CN101538896A - 高层建筑之高空悬挑结构的施工工法 - Google Patents

高层建筑之高空悬挑结构的施工工法 Download PDF

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Jin Xiaohong
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本发明涉及高空悬挑结构施工的技术领域,特指一种高空悬挑结构施工工法,其工艺流程及操作要点是:方案设计→埋设预埋件→挑选钢管、扣件→工字钢或型钢加工→工字钢或型钢就位固定→用φ48×3.5钢管横向使各型钢联接成平台→搭设钢管支撑架体→铺设模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土,本发明采用型钢外挑承重平台支撑技术,解决了高空较大跨度外挑结构支模难的问题,大大节约了周转材料、降低了施工成本,并加快了施工进度,从安全角度看,只要把安全措施做到位,比其他施工方法更具安全性,本工法施工工艺简单,无特殊要求,安装拆除方便,占用场地少,有利于文明施工,具有很强的实用性,可应用于高空钢筋混凝土悬挑结构的施工。

Description

高层建筑之高空悬挑结构的施工工法
技术领域:
本发明涉及高空悬挑结构施工的技术领域,特指一种高层建筑之高空悬挑结构的施工工法。
背景技术:
随着城市建设的突飞猛进,建筑师们充分地发挥聪明才智,奇思妙想,相继涌现出一批批造型特异的建筑。为城市增添了一道亮丽的风景线,其间无疑给建筑师带来了挑战。例如:高层建筑的高空悬挑结构,又称飘板飞檐,一直是施工的难题。当前,公共建筑常采用高空大悬挑的手法,来满足使用功能的需求,公共建筑和超高层商住楼的大跨度中庭,有时高度也会达到十多层以上,以达到空旷、通透、视野开阔的建筑效果,高层和超高层住宅楼的屋顶造型更显得丰富多彩、争奇斗艳,为了张扬建筑物的个性,屋顶上的构架梁甚至悬挑出建筑平面之外,屋顶的造型已成为城市建筑的一道标志性风景线。两幢或几幢成排高层、超高层建筑的塔楼,有时设计要求在半空中通过钢筋混凝土结构再次联成一个整体,利用空洞的效果,以实现环境的通透和视觉的变化,以立面的明暗和空间的虚实,突出建筑物的雄姿风韵。
这几类高空大悬挑结构支模的施工特点是:跨度大、高度高、施工荷载大、施工难度高,为了做到技术先进、经济合理、保证质量、确保安全,因此完善高空大悬挑结构高支模的施工方法是一个新课题,具有非常显著的现实意义。
发明内容:
本发明的目的是利用逐根外挑的工字钢或型钢梁搭建的承重平台,进行砼悬挑结构的支模及浇注钢筋砼,形成一种施工工法简单、无特殊要求、安装拆除方便、占用场地少、安全性好、有利于文明施工的高层建筑之高空悬挑结构的施工工法。
本发明的目的是这样实现的:
高层建筑之高空悬挑结构的施工工法,施工步骤如下:
(1)根据建筑结构荷载规范及高空悬挑结构,计算荷载值,以确定预埋件的埋设楼层、位置及工字钢或型钢、钢丝绳的型号、规格;
(2)在确定的楼层的对应位置埋设锚筋或猫环型预埋件;
(3)待搭设承重平台的楼层混凝土强度达到设计等级后,搭设第一层承重平台:
①安装工字钢或型钢:将每根工字钢或型钢的里端与预埋件的锚筋进行锚固,将每根工字钢或型钢的外端用钢丝绳固定在上层建筑物的预埋件的猫环上;
②在工字钢或型钢上焊接短钢管和短钢筋;
③各工字钢梁或型钢之间用φ48×3.5的钢管利用扣件连接在短钢管上,然后满铺竹芭,形成承重平台;
(4)搭设梁板支撑钢管架、预制高空悬挑的部分承力结构:
①将支撑钢管架的立杆插在工字钢或型钢的短钢筋上,搭设梁板支撑钢管架;
②铺设模板,绑扎钢筋,浇筑高空悬挑的部分承力结构的混凝土;
(5)搭设第二层承重平台:
①方法与步骤(3)相同,其中的钢丝绳采用两条,分别固定在预埋件和/或架设的钢管支撑架上;
②铺设模板,绑扎钢筋,浇筑悬挑部分的混凝土;
(6)拆卸承重平台:
当构件的砼强度达到设计标号后,拆除架设的构件模板,支撑钢管架、钢丝绳及工字钢或型钢。
上述的预埋件是用φ18以上的钢筋制作的。
在所述的工字钢或型钢上焊接的短钢筋和短钢管的四周的焊缝为满焊,焊缝高度大于8mm。
在进行梁板支撑钢管架的搭设时,立杆和水平杆的接头均应错开,在不同的框格层中设置,立杆如果有接头,搭设时必须采用“一”字扣连接,钢管搭接接头在同一平面上按小于50%错开。
梁板支撑钢管架的立杆的垂直偏差小于15mm,横杆的水平偏差小于20mm,沿梁板支撑钢管架的四周外立面满设纵向剪力撑,梁下设竖向剪力撑,剪力撑杆件的接头采用搭接,其长度为1m,用3个旋转扣件固定,所有扣件的扭矩采用力矩扳手校核,梁底铺设时应按5‰起拱,梁板砼浇筑时,梁端挂线观察其挠度应小于计算挠度。
上述的承重平台为一层或两层或两层以上,承重平台向外延伸的长度为由下到上逐级加长。
本发明相比现有技术突出的优点是:
1、本发明利用逐根外挑的工字钢或型钢梁搭建的承重平台,高空较大跨度外挑结构支模难的问题,大大节约周转材料,降低施工成本,加快施工进度,安全性好;
2、本发明采用在型钢梁上焊接短钢筋,支撑钢管架的立杆插在其上,保证架体立杆不发生水平位移;
3、本发明采用在型钢梁上焊接短钢管,架体水平杆利用扣件与此杆联接,既方便,又保证支撑体系稳定,同时保证操作平台稳定安全;
4、本发明的承重平台的特点是装拆方便,单一构件的重量较小,工艺简单无特殊要求,占用场地少,便于高空操作,施工工艺简单、成本低,安全可靠,实用性强;
5、本发明有利于组织文明施工,具有较高的推广价值。
附图说明:
图1是本发明的流程图;
图2是本发明实施例的挑架剖面飘板悬挑结构示意图;
图3是本发明的工字钢主梁结构示意图
图4是本发明力的计算简图。
具体实施方式:
下面以具体实施例对本发明作进一步描述,参见图1-4:
以一框架筒体结构,地下1层,地上主楼21层,塔楼28层,建筑总高度115.15m,其平面形状为圆弧形,主楼顶部设计为曲面飘板,飘板檐口悬挑尺寸为7.8m的建筑为例:
该建筑的飘板构造为:
主楼外侧,中间段从18层110(楼高63.55m)开始悬挑,其余二段从19层120(楼高66.85m)开始悬挑,悬挑结构由楼板(18、19、20层110、120、130)、拉结梁(20层130)、局部加强板(楼高69.15m)、斜板(δ=140mm)和构架柱(构架一,中间支点;构架二,两侧支点)共同组成,飘板飞檐,气势宏伟,并与主楼融为一体,十分壮观。
施工工法如下:
该建筑的飘板的施工步骤为:采取分楼层分部施工,即18层110平台板→斜板→19层120平台板→斜板→20层130局部加强板→局部加强梁→构架柱→飘板。
经过各方案的优选,采用悬挑式承重平台,分别搭设在17层100(即第一层承重平台)和20层130(即第二层承重平台)。
一、计算:
(1)荷载的计算:
由于17层100的承重平台外挑为3m,20层130外挑为4.5m,施工19层120、20层130悬挑混凝土板时,下层板的混凝土强度已达到设计强度,可承担一定荷载,故经过受力分析比较,20层130外挑工字钢40承受荷载最大,因此对20层130外挑工字钢40和钢丝绳90进行详细计算,由于悬挑工字钢梁外端安装时,已用钢丝绳90拉接,故工字钢梁40按简支计算,中间一道钢丝绳90考虑增加安全系数,计算中不考虑受力,计算简图如图4所示。
工字钢40梁承受荷载包括钢筋混凝土结构自重、支模钢管及模板等荷重、施工活荷载,根据建筑结构荷载规范,静荷载分项系数1.2,活荷载取1.4。
1)静荷载标准值包括以下内容:①钢筋混凝土梁板结构自重:F1=3.5kN;②模板的自重:F2=0.15×1.0×1.2=0.18kN;③脚手架钢管的自重:F3=0.129×4.7=0.61kN;钢管的自重计算参照《扣件式规范》附录中的排架自重标准值;④平铺钢管、竹脚手片和工字钢自重(为简化计算,此部分自重荷载折算成集中力作用于立杆处):F4=0.038×2.4+0.3×1.2+0.205×1.0=0.33kN;经计算得到,静荷载标准值:FG=F1+F2+F3+F4=4.62Kn
2)活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载(kN),经计算得到活荷载标准值:FQ=(1.0+2.0)×1.0×1.2=3.6kN;
3)不考虑风荷载,作用在工字钢梁上的集中力:
F=1.2FG+1.4FQ=1.2×4.62+1.4×3.6+5.54+5.04=10.58kN;
悬挑16号工字钢梁验算:
为简化计算,悬挑工字钢梁按简支梁进行计算,荷载按集中力作用下等跨考虑,查土木工程手册,最大弯矩和最大剪力为:
M max = n 2 - 1 8 n Fl = 5 2 - 1 8 × 5 × 10.58 × 4.5 = 28.57 kN · m
式中:n-为跨数,取5跨;
l-为跨度,4.5m。
Vmax=10.58×2=21.16kN;
R B = ( 10.58 × 1 + 10.58 × 2 + 10.58 × 3 + 10.58 × 4 ) 4.5 = 23.51 kN .
根据钢结构设计规范,工字钢正应力σ为
σ = M x r x W nx = 28.57 × 10 6 1.05 × 141 × 10 3 = 19.297 N / mm 2
式中:Mx-绕X轴弯矩;
      rx-工字形截面塑形发展系数,为1.05;
      Wnx-对X轴的净截面抵抗矩;
      σ-工字钢的正应力(N/mm2);
      f-工字钢的抗弯强度设计值,为215N/mm2(本工程采用3号钢)。
      σ=192.97N/mm2<f=215N/mm2
      τ=VS/Itw=(21.16×103×85.74×103)/(1130×104×6)=26.76N/mm2<fv=125N/mm2
上式中:τ-计算截面的剪应力;
         V-计算截面的剪力;
         S-计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩;
         I-截面惯性矩;
         tw-腹板厚度;
         fv-工字钢抗剪强度设计值。
根据验算结果,16号工字钢可以满足使用要求。
(2)钢丝绳的计算:
考虑钢丝绳的拉结角度,钢丝绳的拉力为:
钢丝绳拉力=23.15×1.92=44.45kN。
选用φ14,6×19钢丝绳,查土木工程手册,钢丝绳破坏拉力为123kN(其钢丝抗拉强度选用1700N/mm2),可以满足要求。
二、本方案的构造如下:
①第一层承重平台建设在17层100(楼高60.250m),外挑3000mm,工字钢40梁长6000mm,间距≤1500mm,第二层承重平台选用16号工字钢41作为主梁,间距≤1200mm,其间距按设计的支模架立杆间距确定。
②工字钢40或41之间采用φ48×3.5钢管20卡扣连接,间距500mm,使平台形成整体,既便于操作,同时又能减轻平台的自重。
③19层120楼面结构施工完成后,即可将17层100的第一层承重平台外挑工字钢40梁用钢丝绳90拉在19层120的猫环11结构上,花篮螺杆拉紧,然后施工18层110、19层120外挑板。
④17层100的第一层承重平台将支撑18层110、19层120和20层130的外挑板及斜板施工,施工上层悬挑混凝土板时,下层板的混凝土强度应达到设计强度(留置试块且同条件养护),原悬挑外架60不承受模板支承体系外力,仅为工人搭设平台使用。
⑤16号工字钢40或41主梁构造如图3所示。
⑥17层100上16号工字钢40平面布置18根,长度为6m,间距1200mm与脚手架支撑立杆间距相对应。
⑦20层130以下斜板、局部加强板70、梁和20层130顶非悬挑结构施工完成后,着手铺设20层130的第二层承重平台:
a、四支构架柱之间横向埋设一根通长的16号工字钢41(楼高为70.15m)。
b、架设9m长16号工字钢41,外挑4.5m,钢梁之间仍用φ48×3.5钢管连接形成支承平台。
c、悬挑部分工字梁架设后即用二道钢丝绳90斜拉于21层混凝土横梁及承力架80上,使钢平台受力明确平稳可靠。
d、平台搭好后,先施工构架,待构架混凝土及局部加强版70浇完并达到强度后,再浇筑飘板的悬挑梁、板混凝土。
在搭设承重平台过程中,因为有下一层的原悬挑外架60的存在,所以非常安全、方便。构件单一,只要把每根钢梁就位,里端用锚筋10锚固好,外端用钢丝绳40拉紧,然后用φ48钢管20连起来,铺满竹笆脚手,平台即可形成,将立杆插在短钢筋30上,架体则格外牢靠。
e、承重平台的拆卸:当构件的砼强度达到设计标号时,即可拆除构件的模板,架体整理后可作为构件外装饰脚手架,装饰结束后再拆除,架体和平台拆除依后装先拆,逐一清理,做到工完料清,使用塔吊吊运工字钢的吊环50及钢管时,应遵守相关操作规范。
上述的承重平台也可以为一层或两层以上,可根据飘板的跨度及飘板的支撑梁高度而定,承重平台向外延伸的长度为由下到上逐级加长。
本发明采用型钢外挑承重平台支撑技术,解决了高空较大跨度外挑结构支模难的问题,此法比普通高支撑架来施工外挑结构,大大节约了周转材料、降低了施工成本,并加快了施工进度;从安全角度看,采用此法施工,只要把安全措施做到位,比高支撑架、钢管外挑等其他施工方法更具安全性;本工法施工工艺简单无特殊要求,安装拆除方便,占用场地少,有利于文明施工,具有很强的实用性,可广泛地应用于高空钢筋混凝土悬挑结构(飞檐、梁板)的施工。

Claims (6)

1、高层建筑之高空悬挑结构的施工工法,其特征在于:步骤如下:
(1)根据建筑结构荷载规范及高空悬挑结构,计算荷载值,以确定预埋件的埋设楼层、位置及工字钢或型钢、钢丝绳的型号、规格;
(2)在确定的楼层的对应位置埋设锚筋或猫环型预埋件;
(3)待搭设承重平台的楼层混凝土强度达到设计等级后,搭设第一层承重平台:
①安装工字钢或型钢:将每根工字钢或型钢的里端与预埋件的锚筋进行锚固,将每根工字钢或型钢的外端用钢丝绳固定在上层建筑物的预埋件的猫环上;
②在工字钢或型钢上焊接短钢管和短钢筋;
③各工字钢梁或型钢之间用φ48×3.5的钢管利用扣件连接在短钢管上,然后满铺竹芭,形成承重平台;
(4)搭设梁板支撑钢管架、预制高空悬挑的部分承力结构:
①将支撑钢管架的立杆插在工字钢或型钢的短钢筋上,搭设梁板支撑钢管架;
②铺设模板,绑扎钢筋,浇筑高空悬挑的部分承力结构的混凝土;
(5)搭设第二层承重平台:
①方法与步骤(3)相同,其中的钢丝绳采用两条,分别固定在预埋件和/或架设的钢管支撑架上;
②铺设模板,绑扎钢筋,浇筑悬挑部分的混凝土;
(6)拆卸承重平台:
当构件的砼强度达到设计标号后,拆除架设的构件模板,支撑钢管架、钢丝绳及工字钢或型钢。
2、根据权利要求1所述的高层建筑之高空悬挑结构的施工工法,其特征在于:所述的预埋件是用φ18以上的钢筋制作的。
3、根据权利要求1所述的高层建筑之高空悬挑结构的施工工法,其特征在于:在所述的工字钢或型钢上焊接的短钢筋和短钢管的四周的焊缝为满焊,焊缝高度大于8mm。
4、根据权利要求1所述的高层建筑之高空悬挑结构的施工工法,其特征在于:在进行梁板支撑钢管架的搭设时,立杆和水平杆的接头均应错开,在不同的框格层中设置,立杆如果有接头,搭设时必须采用“一”字扣连接,钢管搭接接头在同一平面上按小于50%错开。
5、根据权利要求1所述的高层建筑之高空悬挑结构的施工工法,其特征在于:梁板支撑钢管架的立杆的垂直偏差小于15mm,横杆的水平偏差小于20mm,沿梁板支撑钢管架的四周外立面满设纵向剪力撑,梁下设竖向剪力撑,剪力撑杆件的接头采用搭接,其长度为1m,用3个旋转扣件固定,所有扣件的扭矩采用力矩扳手校核,梁底铺设时应按5‰起拱,梁板砼浇筑时,梁端挂线观察其挠度应小于计算挠度。
6、根据权利要求1所述的高层建筑之高空悬挑结构的施工工法,其特征在于:所述的承重平台为一层或两层或两层以上,承重平台向外延伸的长度为由下到上逐级加长。
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