30-型钢混凝土梯形框架转换结构施工技术

PAGEPAGE13中建七局科技研发课题立项报告课题名称：型钢混凝土梯形框架转换结构施工技术申报单位：中国建筑第七工程局有限公司课题负责人：陈磊起止年限：2010年01月01日至2011年06月30日中国建筑第七工程局有限公司二○一○年一月

一.基本信息课题名称型钢混凝土梯形框架转换结构施工技术课题负责人姓名陈磊职务/职称高级工程师电话0371—66350531e—mailchenlei@cscec7b。com选题背景我单位承担施工的某部队建筑工程,主体结构为框架剪力墙结构，地下2层，地上12层，结构高度52。2m，建筑物长度150m，属于超长结构。建筑设计中部为18m×18m高10m(2层）中央大厅,大厅上部为10层的普通框架结构.实现大跨度结构和最大限度的满足建筑、设备使用要求成为本工程结构设计、施工的难点和重点。对于中央大厅大跨度结构进行了多种方案的比较和分析，其中有：型钢混凝土梁+18m长向SP板方案;双向钢组合梁方案;每层设混凝土实腹大梁方案；转换方案等。各方案的优缺点如下:1.1型钢混凝土梁+18m长向SP板方案：方案思路是采用18m跨的SP长向预制板使楼面荷载直接传递到两侧，18m跨度大梁不承受楼面荷载，型钢混凝土梁可减小截面尺寸并具有较好的延性,同时在结构中部采用预制楼板可减少因超长带来的收缩和温度应力。具体分析：本工程原定位为超长结构，而在其中部自下而上采用预制楼板是不合适的，即使采用预制楼板也必须加强预制板与结构的连接构造并做叠合层，设叠合层后18m跨度大梁不承受楼面荷载的假定就不完全成立,预制板与结构超长方向一致，当预制板端部与结构可靠连接时对温度应力的影响与现浇板几乎是一样的，而混凝土的收缩问题完全可以通过施工工艺来解决，因此采用预制板对结构没有太多的优点。采用预制板不利于结构抗震设计。1.双向钢组合梁方案：钢组合梁充分发挥型钢与混凝土的材料特性，受力特点优势明显，且具有较好的延性。具体分析：钢组合梁作为楼面梁是很好的结构形式，但作为框架梁，钢组合梁承受负弯矩不太理想，并且刚度偏低，不利于抗震。同时双向钢组合梁需要较强的边梁做为支座，实现难度较大并且建筑使用功能上也不容许。2。每层设混凝土实腹大梁方案，就是每层设18m跨度混凝土实腹大梁，大梁高度1。5m-1.7m,传力直接明确。具体分析:进一步分析发现实腹大梁方案也存在很多问题，实腹大梁自重较大，与其连接的柱均为短柱，由于大梁宽度宽于填充墙体的厚度给建筑使用带来不便，大梁位于走廊两侧对设备管线入房间带来困难，顶层与大梁相连的柱配筋较大。3.转换方案：通常托柱转换的结构转换形式有：实腹梁转换;空腹桁架转换；桁架转换等。主要研究内容对“型钢混凝土梯形框架转换结构体系”进行研究,主要内容包括：1.型钢混凝土梯形框架转换结构的结构体系的构成；2型钢混凝土梯形框架转换结构体系的受力原理分析；3型钢混凝土梯形框架转换结构体系的施工技术；4型钢—混凝土梯形框架节点位移变形监测技术。研究目标与成果研究目标:实现大跨度结构和最大限度的满足建筑、设备使用要求,指导类似工程的施工.研究成果:研究报告1份2.发表2篇论文3。专利2项经费总预算280万元起始日期2010年01月完成日期2011年06月二.经费预算表金额单位：万元序号预算科目名称合计财政经费自筹经费1一、经费支出（合计）28028021、设备费3（1）购置设备费90904（2）试制设备费5(3）设备租赁费62、材料费252573、测试化验加工费505084、燃料动力费202095、差旅费1515106、会议费1010117、国际交流与合作费128、出版/文献/信息传播/知识产权事务费55139、劳务费25251410、专家咨询费30301511、管理费10101612、其他1713、18二、经费来源（合计)280191、中建股份经费资助202、自筹经费来源280（1）其他财政拨款（2）单位自有货币资金280（3）其他资金三。课题申报书（一）课题概述1。课题基本情况课题名称:型钢混凝土梯形框架转换结构施工技术类型：工程技术开发与应用依托工程：海军9155工程2。课题申报单位基本情况单位名称中国建筑第七工程局地址河南省郑州市城东路116号法人代表贺海飞资质等级房屋建筑工程施工总承包特级；公路工程施工总承包壹级；机电安装工程施工总承包壹级;地基与基础工程专业承包壹级；公路路基工程专业承包壹级。业绩良好财务收支良好联系电话0731-663505313.课题负责人基本情况姓名陈磊性别男职务/职称高工专业工民建联系电话/手机/e—mailchenlei@Cscec7b。com特长建筑施工管理能力良好与课题相关的主要业绩(二）课题的可行性分析1.课题提出的背景在国家大力发展基础设置的前提下，作为施工企业掌握基础设施的新型施工技术至关重要。底部高空间大跨度、上部写字楼或住宅的建筑工程,广泛应用在各种等重要公共项目中，对此种结构要求的处理方法，大多都是大型混凝土构件或型钢混凝土结构转化层.即使这样，也很难满足公共项目的空间、跨度使用要求。型钢混凝土梯形框架转换结构，作为一种创新的结构形式，具有一定的国内领先的先进性，对于这种结构的施工技术，由于研究不足，该技术的推广应用同时又存在一定的局限性，施工技术本身多方面又存在可改造性，需要我们更进一步的加以创新、改造，并大力进行推广。2.相关领域国内外技术现状、发展趋势及国内现有工作基础型钢梯形框架转换结构设计与国内常用转换层结构形式的对比型钢梯形框架转换结构设计，和目前国内常用转换层结构形式相比，施工模板用量和混凝土用量减少约1/3,并且结构构件本身占用空间少、受力均衡合理、整体空间刚度大抗震性能高，能够最大限度满足建筑功能，符合目前国家提倡的绿色、节能环保施工和建筑政策。随着超长、超大和建筑局部功能转换的建筑设计增多,型钢混凝土梯形框架转换结构的结构体系的构成，将对钢骨-混凝土组合梯形框架转换结构进行广泛推广应用。3。课题实施的意义与必要性降低施工成本、提高施工质量、加快施工进度、降低施工风险，创建品牌工程。4。课题实施的可行性分析（技术、人员、经费）近几年以来，中建七局大力发展集团内部的技术公关能力，实施了一系列“发展企业核心技术，提高核心竞争力”的举措，使集团内部技术保证能力得到持续提高。特别是技术中心，已经在相关领域取得了一系列研究成果。为了确保本科研项目的顺利实施,中建七局将以技术中心“科技研究小组”为平台,充分整合内部资源，调配各级单位技术骨干，利用国内及国际的相关技术成果及专家库资源,成立项目技术服务保证中心。针对本项目相关技术难点及施工特点，技术服务保证中心将进行一系列的专题研究,不仅要满足本项目的施工要求,并且要以“创新中建集团核心技术”为工作目标，全面、及时的开展各项技术服务保证工作。科研项目工作组向国内设计、施工的部分专家进行了咨询，得到以下结论；本项目的创新效果明显，结构新颖有较好的推广价值，但综合设计方面,较欠缺，将对结构的型钢混凝土梯形框架转换结构体系的受力原理、型钢混凝土梯形框架转换结构体系的施工技术、型钢—混凝土梯形框架节点位移变形监测技术等多方面需进一步进行深入研究。科研项目工作组应对技术管理充分重视，集中建七局的现有技术能力,可以保证此项目的顺利实施。因此，综合考虑本项目的技术特点、中建集团的现有施工水平、集团内部充足的技术攻关能力,实施本项目技术可行性良好。(三）课题实施的目标及主要研究内容1。课题实施的主要研发目标（预期总目标、阶段性目标)研究目标：创新一种经济合理、安全可靠、适用性强、操作人性化的挂篮新品种，并在相关桥梁工程施工中大力推广，促使该挂篮进一步工厂化、定型化、产品化是本课题的主要研发目标。2.研究与开发的具体内容（详细描述)2.1挂篮结构研究挂篮主要有承重系统、走行系统、锚固定位系统、底篮、模板系统以及安全防护系统等几个系统构成，目前挂篮设计已向轻型化方向发展，挂篮设计的主要控制指标为：挂篮的总重量与箱梁块件重量之比K，在满足挂篮承载力要求,以及箱梁施工必要要求的前提下，K值越低，表示整个挂篮结构设计越合理，挂篮建造的材料越节省，施工成本越低。无主桁体内斜拉超轻型挂篮主要从以下几点考虑,减轻挂篮自重：2.1.1除了优化结构形式外,最重要的措施是不设平衡重，采用后锚的形式平衡挂篮以及待浇筑块体重量。这也是现代轻型挂篮设计优先考虑的一条，早期挂篮平衡重占到挂篮总重量的50％以上，现代轻型挂篮中后锚系统所占挂篮总重量几乎是微不足道的；2.1.2改进挂篮主承重结构设计，传统挂篮主桁架是挂篮的主要承重结构,多采用双片或多片桁架组合成挂篮主桁，由于桁架所承受荷载以弯曲、剪切应力为主，所以不管是平行桁架，菱形桁架还是三角桁架，一般情况下挂篮主桁都比较笨重，主桁重量占到挂篮总重量30％～50％以上，体内斜拉挂篮采用斜拉带承重,斜拉带基本上只承受轴心拉力,充分的利用了钢材的轴心抗拉强度高的特性，主承重结构占整个挂篮重量不足1—5％，大大降低了挂篮重量;2.1。3挂篮设计无主桁,无前、后上横梁。箱梁侧模以及内模板系统前端通过支撑吊挂系统直接支撑与挂篮前下横梁上,后端直接锚固于已完成箱梁块体混凝土上，以解决挂篮模板系统的支撑问题;2.1.4改变挂篮行走时的结构受力体系,挂篮行走时，由内滑梁临时充当传统挂篮的主桁，解决行走时挂篮的支撑问题。挂篮行走时的荷载相对于箱梁块体施工时的荷载要小的多，传统挂篮行走以及箱梁块体施工时均由主桁架受力，显然,当挂篮行走时，主桁的承载能力远大于实际荷载，理论上可以说是一种浪费；2。1。5另外进一步优化模板系统,在保证模板强度及刚度的前提下，尽量减轻模板及支撑重量。底篮采用型钢纵梁,整体式钢模,侧模采用钢桁架整体模板，内顶板采用角钢桁片整体式模板。挂篮结构基于以上考虑，在挂篮设计过程中，采用了无主桁梁、无上横梁，体内斜拉等尽量减少桥面以上结构的设计，创制一种新型挂篮结构形式。2。2挂篮安全技术无论如何进行结构优化,如何进行改进，安全总是一个不变的主题.挂篮安全技术研究主要着手于以下几点：2。2。1挂篮斜拉带材料研究.斜拉带是挂篮的主承重结构，其材料特性应绝对保障施工过程中的安全。传统挂篮吊带多采用精轧螺纹钢或是钢板。精轧螺纹钢抗拉强度高,重量体积相对较小，并可安装至任意长度，安装锚固非常方便，但是由于自身力学特性，容易脆断,而造成严重的挂篮事故;钢板吊带一般不容易脆断，安全可靠，但施工中又存在定位锚固麻烦，调整过程繁琐,加之本身较笨重,不太适于体内斜拉的实现。所以斜拉带材料的选择将是无主桁体内斜拉挂篮设计以及施工运用的关键，需要在多方面进一步深入研究；2.2.2挂篮各项限位装置的研究.无主桁体内斜拉挂篮可以说是将已施工梁端作为了传统挂篮的主桁架，优化挂篮的多个系统由于与传统挂篮存在较大差异，需设置各种限位装置确保挂篮施工安全,如何设置各种限位装置,更加有效的确保施工，是无主桁体内斜拉挂篮成功运用的关键；2。2。3挂篮常规安全技术研究。挂篮施工高空悬臂施工，确保挂篮安全，以及上下施工人员的安全是一项重要的工作。无主桁挂篮如何做到全封闭，工厂化生产，需要多方面考虑。2。3挂篮人性化自动化研究挂篮是一项相对较笨重的施工设备，目前为止，挂篮施工机械化程度不高，许多操作仍停留在手工工具操作阶段，例如挂篮行走目前基本上仍是靠手拉葫芦,手摇千斤顶等进行,尚未实现机械化，电控操作的层面,人力仍是挂篮施工的关键，这也在一定程度上制约了挂篮施工的进一步发展，如何实现挂篮施工的机械化、电气化，以使挂篮施工操作更人性化，这也需要认真研究.3。课题研究技术路线以中建七局海军9155等项目连续梁挂篮施工为依托,在施工过程中研发团队采集数据进行分析整理、总结经验,并与其他研发单位合作，最终获得研发成果。4。课题的技术关键,包括技术难点、创新点4.1挂篮斜拉带材料的选择。这是该挂篮摒弃主桁架，实现结构大幅减轻，降低成本的关键，如何实现安全、合理、有效需深入研究;4.2常规挂篮各系统都是由主桁架发生关系,由于该摒弃了挂篮主桁架的设计,挂篮各系统之间如何很好的作用、联系也是一个研究的关键；4.3挂篮如何实现安全施工,常规挂篮考虑的并不多，安全系统应该成为挂篮的重要组成系统，设计时应进行全面考虑应从全封闭化、人性化方面进行深入研究;4。4挂篮操作应逐渐实现自动化、机械化，常规挂篮基本还处于手工操作阶段，手动工具依然是挂篮施工的基本操作工具，应该在自动化、机械化方面进行深入研究；4.5如何实现该新型挂篮的产品化,定型化，也是需要深入研究的。5。可能获得的成果和知识产权（专利、软件著作权、标准、规范、工法、新产品、研究报告、论文、专著、人才等)预期完成专利两项；预期编制工法2项；预期完成研究报告3项；预期在国家重要技术刊物发表论文4篇；培养高级专业人才20名左右.（四）技术、经济效益分析1。技术经济效益分析（经济、社会、环境）确定合理的施工工艺，从进度和质量方面创造最大的利润.2.推广应用前景分析（产业化可行性）基础设施桥梁建设日新月异,各类桥梁施工对挂篮的需求量依然是很大的,实现该经济性挂篮的产品化、定型化，实现工厂化生产，具有较好的开发应用前景.3。对公司提高经营业绩的作用掌握新型施工技术有助于公司建设品牌工程，增强企业的社会竞争能力,提高企业社会信誉。（五）课题进度安排1.课题研究完成年限2011年6月2。课题分阶段任务安排序号日程安排项目内容12010年1月初科技推广领导小组成立22010年2月中旬推广项目选择、立项32010年4月上旬培训研讨会42010年4月下旬邀请工程局、公司科技部门到项目做培训、指导52010年5月中旬组织人员到其他科技示范项目考察、学习62010年6月-7月组织相关单位到工地观摩、交流72010年7月-11月请专家、领导现场指导、总结82011年1月至2月月也结合现场施工的实际情况不断总结经验92011年3月—5月推广项目总结，出成果、论文，上报建设部102011年6月召开科技推广研讨会，并表彰先进(六)课题的组织管理及相关保障、支撑条件1.课题的组织管理与措施以中建七局海军9155等项目为依托，成立科研小组，并将针对本工程特点，借鉴成