CN111502275A - 一种地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法 - Google Patents

Abstract

一种地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法，通过设置支撑胎架及液压千斤顶卸载已安装完的钢结构柱，将上部恒荷载分摊到两侧其他钢结构柱上，待恒荷载施加完成后再将钢结构柱重新连接上以承担后续施加的活荷载。通过钢结构柱的内力重分配，卸载恒荷载来减少钢结构柱对地基的作用力，解决地质不均匀复杂区域钢结构柱地基承载力不足的问题。本发明的有益效果在解决复杂区域地基承载力不足的要求下节约投资，缩短施工周期，具有明显的经济和社会效益，适合于地质不均匀复杂区域的地基处理。

Description

一种地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法

技术领域

本发明涉及一种地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法。

背景技术

在房屋建筑领域，针对地质不均匀区域地基承载力不足的处理方法有很多种，目前主要有加大基础开挖深度至持力层，采用换填、强夯、桩基础等多形式的加固处理方式。以上方法针对岩质边坡承载力不均匀地基处理难度非常大，且处理方式成本高，危险性较大，往往花费很大的代价还达不到所需的要求。

而在工程项目的实施中，遇到钢结构柱落在边坡岩石承载力不均匀的地基上部时，传统有如下几种处理方法，一、是将岩石开挖至稳定区域；二、是在岩石边坡上打桩至稳定层。但是以上方法处理，需要增加成本上千万，而且处理时间需要至少增加三个月以上。因此如何在确保安全的前提下，加快工程减少施工成本是现在需要解决的难题。

发明内容

针对现有技术的不足本发明提出一种使得地质不均匀岩石边坡地基承载力满足设计要求、确保安全的地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法。

本发明采用下述一种实施方案实现：

一种地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法，包括以下步骤：

a、将地质不均匀区域、且地基承载力不足的钢结构柱设定为分阶段承载钢结构柱，先将分阶段承载钢结构柱与水平构件焊接完成，分阶段承载钢结构柱承受水平构件的自重荷载；

b、在分阶段承载钢结构柱两侧、水平构件下部分别对称设置至少两组标准化的支撑胎架作为楼面恒荷载结构的卸载临时支撑，支撑胎架支撑在地面上；

c、在每个支撑胎架顶部设置液压系统装置，水平构件通过液压系统装置支撑在支撑胎架上；

d、在分阶段承载钢结构柱沿水平面切割，使得分阶段承载钢结构柱与水平构件断开；

e、分阶段承载钢结构柱断开后，通过支撑胎架上部设置的液压系统装置同步分级卸载，使得水平构件支撑在分阶段承载钢结构柱两侧钢结构柱上，然后将液压千斤顶与水平构件脱开；

f、在水平构件上施加楼面恒荷载结构，楼面恒荷载结构全部施加完成后，将分阶段承载钢结构柱重新焊接，分阶段承载钢结构柱继续承担后续施加的活荷载。

采用上述方法，通过设置支撑胎架使得分阶段承载钢结构柱卸载过程中轴心受力，并将自重荷载转移到支撑胎架上，由支撑胎架承担，保证了分阶段承载钢结构柱切割过程不发生突变。通过支撑胎架顶部液压系统装置同步分级卸载，缓慢地改变上部水平构件的传力路径，将原本分阶段承载钢结构柱所承担的自重力分配到分阶段承载钢结构柱两侧钢结构柱上。卸载后施加楼面恒荷载结构，施加的楼面恒荷载结构由两侧钢结构柱承担。最后将分阶段承载钢结构柱重新焊接与上部水平构件连接上，承担后部施加的活荷载。因此本方法将分阶段承载钢结构柱原本需要承担恒荷载与活荷载共同作用力，转换成将恒荷载分摊至该分阶段承载钢结构柱两侧的其他柱上，分阶段承载钢结构柱只承担后续施加的活荷载，从而减少钢结构柱对地基的作用力，满足地基承载力要求。

本实施方式中，上述步骤b中，所述支撑胎架包括底座、底层节、标准节、调整节及顶梁，所述底座、底层节、标准节、调整节及顶梁从下到上依次连接。

本实施方式中，所述液压系统装置包括箱梁、液压千斤顶和钢垫板，所述支撑胎架上设置有箱梁，液压千斤顶固定在所述箱梁上，所述钢垫板设置在液压千斤顶的顶部。

本实施方式中，所述液压千斤顶为500吨级液压千斤顶。

本实施方式中，所述步骤d中，所述分阶段承载钢结构柱切割时采用对称切割法进行切割，并且共分两次切割，支撑胎架与水平构件顶紧后进行第一次切割，待水平构件与液压千斤顶脱开后进行第二次切割。

本实施方式中，所述分阶段承载钢结构柱切割由内而外对称进行，在分阶段承载钢结构柱卸载阶段，在分阶段承载钢结构柱的相对侧安装有限制分阶段承载钢结构柱径向位移的限位板，相对侧中，一块限位板固定在切割线上端的分阶段承载钢结构柱上，另一块限位板固定在切割线下端的分阶段承载钢结构柱上。在切割分阶段承载钢结构柱周边设置差异连接限位板，防止分阶段承载钢结构柱切割过程产生偏转，限制水平位移。

本实施方式中，上述步骤f中，所述施加楼面恒荷载结构时，以分阶段承载钢结构柱为中心恒荷载对称施加，在施加楼面恒荷载结构施加前将限位板拆除。

本实施方式中，上述步骤e中，所述支撑胎架同步分级卸载时，卸载过程按照理论值大小卸载10％，20％，40％，60％，80％，100％依次进行卸载。

本实施方式中，步骤f中，分阶段承载钢结构柱重新焊接时，在分阶段承载钢结构柱上下两段之间设置一个调节段，将分阶段承载钢结构柱的上下两段分别与调节段焊接连接，调节段采用牵引葫芦和固定耳板固定在分阶段承载钢结构柱上，通过调节段过渡恒荷载不完全对称施加过程中分阶段承载钢结构柱上端产生的水平偏转，减少分阶段承载钢结构柱的基础作用力，解决了地质不均匀岩质边坡承载力不足的问题。

本发明的有益效果在于：

(1)通过对钢结构柱卸载恒荷载后再承载活荷载内力重分配的分阶段实施方法，有效地解决地质不均匀地基承载力不足的问题，为复杂区域地基承载力不足的处理提供了一种新方法；

(2)该施工方法与传统的地基处理方法对比，主要投入的是支撑材料使用，该材料标准定制可回收周转使用，成本较低。该方法施工周期在5天左右，相比传统岩石地基处理的切割或桩基础处理方法能大大缩短工期，减少施工难度。该方法针对复杂岩石地基处理有节约投资缩短工期的效果；

(3)该施工方法简单，传力路径清晰合理，施工过程安全可靠，安全风险较低，具有推广应用的价值。

综上所述，本发明通过设置支撑胎架及液压千斤顶卸载已安装完的分阶段承载钢结构柱，将上部恒荷载分摊到两侧支撑胎架上，待恒荷载施加完成后再将分阶段承载钢结构柱重新连接上以承担后续施加的活荷载。通过分阶段承载钢结构柱的内力重分配，卸载恒荷载来减少分阶段承载钢结构柱对地基的作用力，解决地质不均匀复杂区域钢结构柱地基承载力不足的问题。本发明解决复杂区域地基承载力不足的要求下节约投资，缩短施工周期，具有明显的经济和社会效益，适合于地质不均匀复杂区域的地基处理。

附图说明

图1为钢结构体系及支撑胎架布置图；

图2为支撑胎架组装节示意图；

图3为支撑胎架顶梁俯视图；

图4为液压系统装置安装节点图；

图5为分阶段承载钢结构柱限位装置立面图；

图6为分阶段承载钢结构柱限位装置俯视图；

图7为分阶段承载钢结构柱对称切割顺序图；

图8为分阶段承载钢结构柱调整段安装示意图

图中，1、分阶段承载钢结构柱，2、钢结构柱切割线，3、水平构件，4、两侧钢结构柱，5、支撑胎架，6、液压系统装置，7、楼面恒荷载结构，8、底座，9、底层节，10、标准节，11、调整节，12、顶梁，13、腹杆，14、立杆，15、顶梁横杆，16、顶梁斜杆，17、箱梁，18、液压千斤顶；19、钢垫板；20、限位板；21、连接焊缝；22、调整段；23、牵引葫芦；24、固定耳板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3，一种地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法的具体实施方法如下：

(1)先在需要分阶段承载钢结构柱1两侧水平构件下部设置支撑胎架5，由于在地质不均匀边坡位置的分阶段承载钢结构柱1地基承载力不满足要求，因此采用分阶段承载的方法将恒荷载作用力分担到两侧钢结构柱4上，

先在分阶段承载钢结构柱1两侧的水平构件3下部分别设置两组支撑胎架5，支撑胎架5的布置确保在分阶段承载钢结构柱1卸载过程中轴心受力，不产生水平力，为防止水平构件局部屈曲，支撑胎架5布置在水平构件3的节点位置，

支撑胎架5由底座8、底层节9、标准节10、调整节11及顶梁12从下到上依次连接组成，底层节9、标准节10和调整节11的侧面设有腹杆13支撑，本实施例中，支撑胎架5横截面截面尺寸为2.5m*2.5m，标准节高4m，顶梁12由立杆14、顶梁横杆15及斜杆16组成，立杆14截面大小为PIP219*12，腹杆13截面大小为PIP76*5，顶梁横杆15及斜杆16截面为HN450*200。通过调整节组成所需高度，支撑胎架需要经过计算，满足承载力及稳定性要求。

参见图1、图4，对液压系统装置6进行安装，液压系统装置6包括箱梁17、液压千斤顶18和钢垫板19，先在支撑胎架5顶部设置一根500*40mm箱梁17进行分配，支撑胎架箱梁17上设置1组500吨液压千斤顶18，并在液压千斤顶18顶部铺设两块800*40mm的钢垫板19扩散应力。防止桁架局部受力产生变形，两块钢板接触面需打磨平整，涂抹黄油，释放液压千斤顶18水平力。

(3)、液压千斤顶18与水平构件3顶紧后对分阶段承载钢结构柱1进行对称切割及限位，

参见图5、图6、图7。本实施例中，切割部位2位于分阶段承载钢结构柱1的上部1/3位置，为了避免一次性切割完成后间隙过大，钢结构柱共分两次切割，第一次在支撑胎架5与水平构件3顶紧后切割20mm，第二次在水平构件3液压千斤顶18卸载后切割15mm，分阶段承载钢结构柱1切割由内而外对称进行，见图7所示。在分阶段承载钢结构柱1卸载阶段，通过安装限位板20将分阶段承载钢结构柱1上下两端进行差异化的限位，每侧设置两块限位板20，其中一块与切割线以上分阶段承载钢结构柱1焊接，另一块与切割线以下分阶段承载钢结构柱1焊接，两部分焊接处形成连接焊缝21，限位板20尺寸为PL20*150*600，限位板20间距为160mm，确保焊接空间。

(4)、支撑胎架5顶部液压千斤顶18同步分级卸载，

参见图1，分阶段承载钢结构柱1第一次切割完成后通过设置的液压系统装置6对水平构件3进行同步分级卸载，卸载过程按照理论值大小卸载10％，20％，40％，60％，80％，100％进行，卸载时控制好流量，注意卸载时的压力变化，超过10％的卸载力应停止卸载，将液压千斤顶6与水平构件3脱开，完成整个卸载过程。卸载过程随时观测分阶段承载钢结构柱1、水平构件3的变形变化，并做好记录。

(5)施加楼面恒荷载结构，

参见图1。结构卸载完成后将限位板20拆除，施加楼面恒荷载结构7，包括混凝土楼面浇筑，楼面装饰装修荷载等，为防止已断开分阶段承载钢结构柱1上端在浇筑混凝土楼面过程中产生过大的偏转，分阶段承载钢结构柱1两侧楼面恒荷载结构7对称浇筑，减小偏心受力。由于分阶段承载钢结构柱1与水平构件3脱开，不再承担该过程施加的恒荷载，通过水平构件3传递到卸载钢结构柱两侧钢结构柱4上。

(6)将分阶段承载钢结构柱1重新连接上承担后续施加的活荷载，

参见图8，由于楼面恒荷载结构7不完全对称施加在钢结构柱切割线2位置将会产生一定的水平力，由于限位板20拆除，钢结构柱切割线2上端分阶段承载钢结构柱1有一定的水平位移，为平滑过度，在分阶段承载钢结构柱1切割线下部设置一个1m高的调整段22，采用牵引葫芦23和固定耳板24进行安装，通过调整段将钢结构柱重新焊接上，并保证焊接质量。

通过上述过程将地基承载力不足的分阶段承载钢结构柱1上部恒荷载作用力分摊至两侧钢结构柱4上，然后将分阶段承载钢结构柱1重新连接，继续承担后续施加的活荷载，完成内力重分配的过程，以满足地质不均匀复杂区域钢结构柱地基承载力的要求。

上述为本发明的优选实施方式，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式和细节上对本发明所作出的各种变化，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将地质不均匀区域、且地基承载力不足的钢结构柱设定为分阶段承载钢结构柱，先将分阶段承载钢结构柱与水平构件焊接完成，分阶段承载钢结构柱承受水平构件的自重荷载；

b、在分阶段承载钢结构柱两侧、水平构件下部分别对称设置至少两组标准化的支撑胎架作为楼面恒荷载结构的卸载临时支撑，支撑胎架支撑在地面上；

c、在每个支撑胎架顶部设置液压系统装置，水平构件通过液压系统装置支撑在支撑胎架上；

d、在分阶段承载钢结构柱沿水平面切割，使得分阶段承载钢结构柱与水平构件断开；

e、分阶段承载钢结构柱断开后，通过支撑胎架上部设置的液压系统装置同步分级卸载，使得水平构件支撑在分阶段承载钢结构柱两侧钢结构柱上，然后将液压千斤顶与水平构件脱开；

f、在水平构件上施加楼面恒荷载结构，楼面恒荷载结构全部施加完成后，将分阶段承载钢结构柱重新焊接，分阶段承载钢结构柱继续承担后续施加的活荷载。

2.根据权利要求1所述的地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法，其特征在于：上述步骤b中，所述支撑胎架包括底座、底层节、标准节、调整节及顶梁，所述底座、底层节、标准节、调整节及顶梁从下到上依次连接。

3.根据权利要求1所述的地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法，其特征在于：所述液压系统装置包括箱梁、液压千斤顶和钢垫板，所述支撑胎架上设置有箱梁，液压千斤顶固定在所述箱梁上，所述钢垫板设置在液压千斤顶的顶部。

4.根据权利要求3所述的地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法，其特征在于：所述液压千斤顶为500吨级液压千斤顶。

5.根据权利要求1所述的地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法，其特征在于：所述步骤d中，所述分阶段承载钢结构柱切割时采用对称切割法进行切割，并且共分两次切割，支撑胎架与水平构件顶紧后进行第一次切割，待水平构件与液压千斤顶脱开后进行第二次切割。

6.根据权利要求5所述的地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法，其特征在于：所述分阶段承载钢结构柱切割由内而外对称进行，在分阶段承载钢结构柱卸载阶段，在分阶段承载钢结构柱的相对侧安装有限制分阶段承载钢结构柱径向位移的限位板，相对侧中，一块限位板固定在切割线上端的分阶段承载钢结构柱上，另一块限位板固定在切割线下端的分阶段承载钢结构柱上。

7.根据权利要求6所述的地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法，其特征在于：上述步骤f中，所述施加楼面恒荷载结构时，以分阶段承载钢结构柱为中心恒荷载对称施加，在施加楼面恒荷载结构施加前将限位板拆除。

8.根据权利要求1所述的地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法，其特征在于：上述步骤e中，所述支撑胎架同步分级卸载时，卸载过程按照理论值大小卸载10％，20％，40％，60％，80％，100％依次进行卸载。

9.根据权利要求1所述的地质不均匀复杂区域钢结构柱分阶段承载方法，其特征在于：步骤f中，分阶段承载钢结构柱重新焊接时，在分阶段承载钢结构柱上下两段之间设置一个调节段，将分阶段承载钢结构柱的上下两段分别与调节段焊接连接。

Images