单层网壳结构钢管满堂支撑体系方案设计与施工管理

单层网壳结构钢管满堂支撑体系方案设计与施工管理当前，钢结构施工中结构支撑体系出现失稳、坍塌等事故，并经常导致群体性伤亡事故。如何提高结构支撑体系特别是高大结构支撑体系的安全可靠性，是钢结构施工中杜绝安全事故发生的一个重要课题。1工程概况惠州市会展中心项目位于惠州市江北中心区，东临城市主干道“惠州大道”，南临“文昌一路”。周边有已建成的体育馆及在建中的博物馆、科技馆、文化艺术中心等重要公建。本工程结构类型为框剪+钢结构，屋面为网壳结构，施工网壳必须在屋面上拼装，因此为支撑网壳需搭设专用结构支撑架。本工程屋面网壳约2.4万皿，最低标高为29.75米，最高标高为34.4米，高差4.65米，整个网壳搭设高度为18m~34m。室内标高15.95以上部分至网壳搭设高度18m；其它局部部分则在最上一层楼板上搭设。本工程网壳是曲面结构，网壳结构支撑系统的搭设要根据曲面进行布置，因此搭设顶端时要先打好标高，再根据标高进行搭设。2结构支撑体系设计方案2.1结构支撑架搭设方法针对结构支撑架搭设最大高度34m，最大跨度48m的超大钢结构支撑体系，设计立杆的纵距b=1.20米，立杆的横距1=1.00米，立杆的步距h=1.50米，扫地杆离地面200哑。钢管规格为&Os1ash;48x3.25。2.2构造要求2.2.1地基处理1、根据会展中心地质报告情况，原会展中心大部分地方是鱼塘和洼地，地质为淤泥层深则需作搅拌桩进行处理。对于原老土部分必须压实平整，并作100mm厚C15垫层。2、对于搅拌桩处的基础作法见下图:立杆1、 立杆的接头除顶层可采用搭接接头外，其余必须采用对接扣件实行对接头。搭接时的搭接长度不应小于1m，用不小于两个旋转扣件来扣牢，扣件的外边缘到杆端距离不小于150mm。2、 立杆接头与相近大横杆的距离不宜大于步高的三分之一。相邻接头的高度应大于500mm。水平杆的设置要求1、 大横杆：大横杆的长度不宜小于三跨，且不小于6m。（1） 立杆和大横杆必须用直角扣件扣紧，不得遗漏。（2） 同一排大横杆的水平偏差不大于该片网壳结构支撑系统总长度的1/300，且不大于500mm。（3） 大横杆最好采用对接扣件连接。如采用搭接连接时，搭接长度不应小于1M，并用三个旋转扣件扣牢。（4） 大横杆接头与相邻立杆的距离不大于纵跨的五分之一。（5） 同一水平内的内外两根大横杆的接头和上下相邻的两根大横杆的接头均应相互错开，不得出现在同一跨间内。相邻接的水平距离应大于500mm。2、 小横杆（1） 小横杆紧贴立杆布置。（2） 小横杆搭于大横杆上，用直角扣件扣紧，对贴近立杆的小横杆亦可紧固于立杆上。剪刀撑设置1、纵向支撑（1） 每道剪刀撑跨越立杆最多根数（45°时7根，50°时6根，60°时5根）。每道剪刀撑宽度不应小于4跨，且不应小于6米，斜杆与地面的夹角宜在45°〜60°之间。（2） 沿支架四周外立面应满足立面满设剪刀撑。（3）中部可根据需要并依构架框格的大小，每隔10--15m设置。2、 横向支撑横向支撑是指在横向承力结构内从顶沿全高呈之字形设置连续的斜撑。在下列位置必须设置横向支撑：A、 网壳结构支撑系统的纵向传力结构架构件限制不能形成封闭形。如“一”字型，“L”字型，或“凹”字型的网壳结构支撑系统，其两端必须设置横向支撑。并于中间每隔六个间距加设一道横向支撑；B、 网壳结构支撑系统高度超过25m时，每隔六个间距要设置横向支撑一道。3、 水平支撑没有铺板的水平板空腹桁架在二棉横向承力结构之间必须设置小横杆，其间距对结构网壳结构支撑系统不宜大于1m，对装修网壳结构支撑系统不宜大于1.2m，这些小横杆和大横杆均应紧密相扣。对承力较大的结构网壳结构支撑系统，为了使其有更大的水平横向刚度，需在设置连墙拉结杆件的网壳结构支撑系统水平面同内连续添设水平斜杆，呈之字型布置，形成一个刚度较大的水平桁架。2.2.5连墙杆设置1、 连墙点的位置在与立杆和大横杆相交的接点处，离节点的间距不宜大于300mm。2、 连墙杆在核心筒处每隔4m上下布置一排，横向方向按两步两跨进行布3、 墙杆的间距大小还与网壳结构支撑系统的总高、立杆承受的内力和地区基本风压大小等有关。4、 连墙杆必须从底部第一根大横杆处开始设置，沿整片网壳结构支撑系统均匀布置。5、 在网壳结构支撑系统周边的端头(包括顶端)以及转角处，要加密连墙杆。6、刚性连墙杆采用如下做法:2.3荷载计算结构支架搭设高度为34.0米，搭设尺寸为：立杆的纵距b=1.20米，立杆的横距1=1.00米，立杆的步距h=1.50米。图落地平台支撑架立面简图图落地平台支撑架立杆稳定性荷载计算单元采用的钢管类型为48x3.25。一、 基本计算参数［同上］二、 纵向支撑钢管的计算纵向钢管按照均布荷载下连续梁计算，截面力学参数为截面抵抗矩W=5.08cm3；截面惯性矩I=12.19cm4；纵向钢管计算简图荷载的计算：脚手板与栏杆自重(kN/m):q1=0.000+0.300x0.300=0.090kN/m堆放材料的自重线荷载(kN/m)：q21=2.000x0.300=0.600kN/m施工荷载标准值(kN/m):q22=1.000x0.300=0.300kN/m经计算得到，活荷载标准值q2=0.300+0.600=0.900kN/m抗弯强度计算最大弯矩考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的弯矩。最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下：最大弯矩计算公式如下：最大支座力计算公式如下：静荷载q1=1.2x0.090=0.108kN/m活荷载q2=1.4x0.300+1.4x0.600=1.260kN/m最大弯矩Mmax=(0.10x0.108+0.117x1.260)x1.2002=0.228kN.m最大支座力N=(1.1x0.108+1.2x1.26)x1.20=1.957kN抗弯计算强度f=0.228x106/5080.0=44.85N/mm2纵向钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求！挠度计算最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度计算公式如下：静荷载q1=0.090kN/m活荷载q2=0.300+0.600=0.900kN/m三跨连续梁均布荷载作用下的最大挠度V=(0.677x0.090+0.990x0.900)x1200.04/(100x2.06x105x121900.0)=0.296mm纵向钢管的最大挠度小于1200.0/150与10mm,满足要求!三、 横向支撑钢管计算横向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算集中荷载P取纵向板底支撑传递力，P=1.96kN支撑钢管计算简图支撑钢管弯矩图(kN.m)支撑钢管变形图(mm)支撑钢管剪力图(kN)经过连续梁的计算得到最大弯矩Mmax=0.659kN.m最大变形vmax=1.682mm最大支座力Qmax=7.117kN抗弯计算强度f=0.659x106/5080.0=129.67N/mm2支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求！支撑钢管的最大挠度小于1000.0/150与10mm，满足要求！四、 扣件抗滑移的计算纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算(规范5.2.5):R<Rc

其中Rc其中Rc扣件抗滑承载力设计值，取8.0kN；R——纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；计算中R取最大支座反力，R=7.12kN单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求！当直角扣件的拧紧力矩达40--65N.m时,试验表明:单扣件在12kN的荷载下会滑动，其抗滑承载力可取8.0kN；双扣件在20kN的荷载下会滑动，其抗滑承载力可取12.0kN。五、立杆的稳定性计算荷载标准值作用于结构支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。静荷载标准值包括以下内容：(1)网壳结构支撑系统钢管的自重(kN)：NG1=0.129x34.000=4.389kN钢管的自重计算参照《扣件式规范》附录A双排架自重标准值，设计人员可根据情况修改。⑵栏杆的自重(^)：NG2=0.150x1.000=0.150kN脚手板自重(kN)：NG3=0.300x1.200x1.000=0.360kN堆放荷载(kN)：NG4=2.000x1.200x1.000=2.400kN经计算得到，静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3+NG4=7.299kN。活荷载为施工荷载标准值产生的荷载。经计算得到，活荷载标准值NQ=1.000x1.200x1.000=1.200kN不考虑风荷载时，立杆的轴向压力设计值计算公式N=1.2NG+1.4NQ六、立杆的稳定性计算立杆的稳定性计算公式其中N——立杆的轴心压力设计值，N=10.44kN；——轴心受压立杆的稳定系数，由长细比10/i查表得到；i——计算立杆的截面回转半径(cm)；i=1.58A——立杆净截面面积(cm2)；A=4.89W——立杆净截面抵抗矩(cm3)；W=5.08 钢管立杆抗压强度计算值(N/mm2)；[f]——钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2；10 计算长度(m)；如果完全参照《扣件式规范》不考虑高支撑架，由公式(1)或(2)计算10=k1uh(1)10=(h+2a)(2)k1——计算长度附加系数，按照表1取值为1.185；u——计算长度系数，参照《扣件式规范》表5.3.3；u=1.70a——立杆上端伸出顶层横杆中心线至结构支撑点的长度；a=0.50m；公式(1)的计算结果：=108.31N/mm2，立杆的稳定性计算＜[f],满足要求公式(2)的计算结果：=76.12N/mm2，立杆的稳定性计算＜[f],满足要求!如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由公式(3)计算10=k1k2(h+2a)(3)k2——计算长度附加系数，按照表2取值为1.078；公式（3）的计算结果：=120.69N/mm2，立杆的稳定性计算<[f],满足要求！结构承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件，否则存在安全隐患。七、基础承载力计算立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求P<fg其中p——立杆基础底面的平均压力（kN/m2），p=N/A；p=41.76N——上部结构传至基础顶面的轴向力设计值（kN）；N=10.44A——基础底面面积（m2）；A=0.25fg——地基承载力设计值（kN/m2）；fg=68.00地基承载力设计值应按下式计算fg=kcxfgk其中kc——网壳结构支撑系统地基承载力调整系数；kc=0.40fgk——地基承载力标准值；fgk=170.00地基承载力的计算满足要求！3技术安全管理措施为保证结构支撑体系能够满足施工设计值的要求和符合架体验收规范，以下三个方面要严格控制搭设质量，从而确保结构支撑体系的安全稳定，满足施工要求。3.1施工前控制确保加快施工进度，提高施工工艺水平，满足设计要求，杜绝质量安全事故发生。1） 由公司技术负责人带领项目技术负责人及相关专业工程技术人员，主要依据国家规范针对项目特点编写出科学、针对性强的施工专项方案；施工技术人员现场跟班作业，及时解决施工作业人员碰到的施工难点。2） 选用熟悉的满足资质要求、信誉度好和有很强履约能力的劳务作业队施工，进场后严格审批搭设作业人员资质关，选出专业技术过硬、素质较高的人员施工。3） 严把材料关，在选材中，技术人员和材料员严格按照方案中的要求进行材料的控制，并及时对进场材料进行检测，检测合格后方可使用，对不满足施工要求的材料做到坚决不允许使用。3.2施工中控制为了确保施工中的质量与安全，严格责任制度的落实，做到谁施工谁负责、谁签字谁负责、谁管理谁负责的责任制，安排技术人员和专职安全管理人员每天跟班作业，做到及时发现问题与解决问题。3.3施工后验收严格按照相关规范和施工专项方案进行验收工作。每次验收均由项目经理、项目技术负责人和监理、甲方共同验收，严格执行签字确认制，验收中发现的问题要及