双扇人防门门框先置安装支撑体系的设计

□ 龙智卓 □ 田江泽 □ 闫 灿 □ 孙志峰

中国建筑标准设计研究院有限公司 北京 100048

1 设计背景

人防门主要应用于人防出入口、连通口等部位的战时封堵,通常当门洞宽度大于3 000 mm时选用双扇人防门[1]。目前,双扇人防门门框在安装过程中主要采用门框后置安装方案。

采用门框后置安装方案,门框安装与钢筋、模板施工穿插进行,在门框墙结构筋绑扎完成后安装门框[2],并基于钢管或钢筋建立支撑体系进行固定。土建施工单位封模板后浇捣混凝土,混凝土强度达标后拆除模板,完成门框安装。

由于门框后置安装,门框墙结构筋先行绑扎完成,门框锚筋与门框墙结构筋经常产生冲突,需要现场调整,并且支撑体系也需要根据门框墙锚筋情况进行调整。以上因素导致双扇人防门门框施工不能完全按照设计要求进行,在控制门框垂直度、变形量等关键参数方面效果较差,最终导致施工质量合格率较低[3-6]。

为解决双扇人防门门框主流安装方法存在的问题,笔者设计了两种双扇人防门门框先置安装支撑体系,并建立真实工况模型,经过计算及仿真选出较优的双扇人防门门框先置安装支撑体系,为今后双扇人防门门框的安装提供参考。

2 双扇人防门门框先置安装支撑体系

双扇人防门门框先置安装技术的核心是门框安装时先立框,后绑筋,门框安装到位后,安装门框支撑体系。门框立装完成后,土建单位再绑扎门框墙结构筋。门框支撑体系包括外支撑与内支撑,门框先置安装的整体结构和支撑体系完全符合设计要求,施工质量的合格率相比后置安装显著提高。

双扇人防门门框先置安装技术的关键在于门框外支撑形式,外支撑可以保证门框在安装过程中各参数符合规范要求。先置安装的门框外支撑有多种形式,笔者在现有基础上设计了两种外支撑形式,进而形成两种双扇人防门门框先置安装支撑体系。

2.1 内支撑

以常规5 500 mm×2 800 mm双扇人防门门框为基础设计门框安装支撑体系,门框外支撑杆件采用φ80壁厚4 mm的钢管,内支撑采用I14号工字钢制作。门框内支撑如图1所示。

▲图1 门框内支撑

2.2 外支撑形式一

门框外支撑形式一如图2所示。斜支撑下端顶紧支撑预埋件,接触点焊接牢固。斜支撑上端与门框内支撑焊接牢固。设置三道斜支撑,并在中间架设两道水平支撑。

▲图2 门框外支撑形式一

2.3 外支撑形式二

门框外支撑形式二如图3所示。斜支撑下端顶紧支撑预埋件,接触点焊接牢固。两侧斜支撑上端及两侧水平支撑中部与侧门框角钢焊接牢固。设置三道斜支撑,并在中间架设两道水平支撑。

▲图3 门框外支撑形式二

3 仿真分析

针对两种双扇人防门门框先置安装支撑体系,笔者按照施工工况建立门框浇筑过程中的受力模型,对两种支撑体系在浇筑过程中的受力及变形情况进行仿真分析。

门框施工时,门框的下门槛先浇筑,左右框及上门框后浇筑。在浇筑过程中,混凝土的侧压力及门框自身重力会导致门框和支撑杆件产生变形。

应用ANSYS Workbench Environment仿真软件,对两种双扇人防门门框先置安装支撑体系建立有限元模型。为简化计算,模型采用梁-板组合结构,四边角钢和内支撑工字钢采用面体模型,支撑杆件采用线体模型[7]。根据门框的实际受力特性,对门框施加如下约束[8-9]:① 六根支撑钢管下部施加固定约束;② 底部角钢施加固定约束。

在混凝土浇筑时,门框主要受到混凝土的侧压力及自身重力影响,对侧门框施加非均布扰动载荷,如图4所示,同时对门框整体施加竖直方向的重力载荷。

▲图4 侧门框非均布扰动载荷

对于门框外支撑形式一,在门框下门槛先浇筑,左右框和上门框后浇筑的情况下,位移云图如图5所示。最大位移为2.495 6 mm,位于边框中上部。邻近边框的支撑杆件上部产生较大位移。

▲图5 门框外支撑形式一位移云图

门框外支撑形式一应力云图如图6所示,可见门框最大等效应力为122.5 MPa,出现在上部内支撑与支撑钢管连接处。门框支撑杆件的最大复合应力为14.704 MPa,出现在支撑钢管与门框内支撑工字钢连接处。

▲图6 门框外支撑形式一应力云图

对于门框外支撑形式二,在门框下门槛先浇筑,左右框和上门框后浇筑的情况下,位移云图如图7所示。最大位移为0.891 74 mm,位于边框中部。邻近边框的支撑杆件中上部产生较大位移。

▲图7 门框外支撑形式二位移云图

门框外支撑形式二应力云图如图8所示。门框最大等效应力为61.663 MPa,出现在左右框与下门槛连接处。门框支撑杆件的最大复合应力为19.004 MPa,出现在斜支撑钢管与水平支撑钢管连接处。

▲图8 门框外支撑形式二应力云图

在门框下门槛先浇筑,左右框和上门框后浇筑的情况下,两种门框外支撑形式仿真分析结果对比见表1。门框外支撑形式二与门框外支撑形式一相比,最大位移减小64.27%,门框最大等效应力减小49.66%,支撑杆件最大复合应力增大29.24%。

4 结束语

通过有限元仿真分析确认,笔者设计的两种双扇人防门门框先置安装支撑体系在混凝土浇筑过程中,位移及应力均满足双扇人防门门框相关安装规范的指标要求[10]。

综合比较,门框外支撑形式二采用两侧斜支撑上端、两侧水平支撑中部与侧门框角钢焊接牢固的形式,相比门框外支撑形式一,可以有效减小门框变形位移,并减小门框整体应力,对支撑体系中支撑钢管受力情况的影响较小。综合而言,门框外支撑形式二更适合应用于双扇人防门门框的先置安装。

表1 门框外支撑形式分析结果对比