高层建筑转换层钢结构支撑体系的设计要点

阳 芳

0 引言

随着建筑形式的多样化,高层建筑越来越普遍,由于建筑功能和建筑造型的需要,越来越多的建筑采用底部大空间的结构形式,底部大空间可作为商场或者是通透的活动空间。但上部结构施工时,会有较大的施工荷载,仅仅依靠满堂红脚手架支撑转换层施工全部荷载有时不可能,这就需要设置临时的支撑。钢结构临时支撑方便拆除,制作周期短,因此目前一般采用钢结构支撑体系。

1 荷载的计算

临时支撑的荷载计算是设计的关键。荷载计算太大,会使支撑体系成本太高,经济上不合理。但荷载计算如果太小,支撑体系不安全,施工安全问题往往关系施工作业人员的人身安全。

一般情况下,荷载计算时应注意考虑以下几点:1)上部转换层施工荷载由临时钢结构支撑和满堂红脚手架共同承担。2)上部结构施工时,混凝土养护一段时间就会具备一定的强度,本身能够承担一部分荷载。比如转换层共4层,前两层施工荷载由临时支撑承担,但后两层施工时,前两层混凝土已经具备强度,可以承担一部分荷载。

2 支撑结构体系的选择

支撑体系一般包括支撑柱、柱间支撑、直接承受上部荷载钢结构体系、预埋件等。其中直接承受上部荷载钢结构体系结构形式的选择直接关系支撑结构体系的支撑效果。一般应根据上部荷载情况及临时支撑的平面形式,选择合适的支撑结构体系。常见的有钢桁架、平板网架等形式。

3 支撑体系的设计要点

支撑柱宜采用等截面实腹柱,常用截面为工字型钢、H型钢、方管或圆管等形式。必要时,可设计成用两个槽钢或双角钢组成的格构柱。一般按轴心受压构件设计,柱的长细比不宜大于150,可先假定长细比为80～120。一般情况柱上、下两端均设计为铰接。此外设计时应注意下列几点:1)满足工艺生产操作要求;2)保证通行的净高;3)便于制造,经济合理。

支撑柱的整体稳定一般由柱间支撑保证。柱间支撑设计时应注意连接方便,并能保证支撑的有效性。

直接承受上部荷载钢结构体系设计时应特别注意与上部结构模板的连接,能保证上部结构荷载按计算假设情况传递给支撑体系。此外还应考虑施工时吊装的要求,大型结构应可进行现场拼装。

4 实际工程算例

本文以天津市某高层建筑转换层施工时,临时钢结构支撑体系为例叙述设计过程。该工程5层～8层为转换层,转换层结构形式为大型混凝土桁架结构。施工时,底部钢结构提供转换层施工的临时支撑,其平面尺寸为 19.8 m×10.9 m,见图1。该支撑体系采用钢桁架结构形式,底部用四根方钢管柱支撑钢桁架。

4.1 荷载计算

综合考虑临时支撑的安全可靠、经济合理,该支撑体系的荷载计算范围为桁架自重及两边各1 m宽楼面的荷载。楼面荷载包括5层～8层恒荷载,施工期间一般只有一层活荷载,其中均布恒荷载和活荷载均取为4 kN/m2。通过计算每榀桁架承受均布荷载为98.1 kN/m。钢材采用Q235B。

4.2 桁架设计

桁架计算简图见图2。采用计算软件计算该桁架的内力。受力最大的杆件(5)(6)(7)(8)选一种截面,采用截面350mm×200mm×12mm的矩形钢管。(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)选一种截面,为2∠125×10,节点板厚10mm。其余杆件受力很小,为制作方便,选等边双角钢2∠125×10。

桁架设计时应注意以下几点:1)杆件的计算长度取值。2)杆件平面内稳定、平面外稳定的验算。3)节点的焊缝计算。

4.3 柱及支撑设计

柱承受轴心压力N=643.62 kN,由于该支撑柱几何长度达13.55 m,对整个支撑体系至关重要,偏安全采用截面450mm×450mm×14mm的方钢管,柱支撑按构造设计。

柱间支撑采用双角钢。

4.4 预埋件计算

要保证支撑体系的安全有效,支撑体系应与原结构可靠连接,需在原结构上相应位置设置预埋件。本设计最关键的预埋件在钢桁架上下弦支座处。依据GB 50367-2006混凝土结构加固设计规范来进行预埋件设计。

1)桁架下弦支座处:锚筋选用5.8级,锚筋直径 d=25mm,锚板厚度16mm。锚筋排列为四排两列。锚筋长度750mm。2)桁架上弦支座处:锚筋选用5.8级,锚筋直径 d=20mm,锚板厚度12mm。植筋排列为三排两列。锚筋长度600mm。3)墙体其他预埋件:锚筋选用5.8级,锚筋直径 d=20mm,锚板厚度12mm。植筋排列为两排两列,锚筋长度600mm。

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