《安全技术》之转换层支撑系统的选型及其安全性分析 VIP专享VIP免费

转换层支撑系统的选型及其安全性分析随着我国建筑业的发展，在多功能的高层建筑中转换层的施工越来越普遍。由于转换层往往自重很大，支撑系统的设计计算有它的特殊性，设计计算不周则可能导致支撑系统坍塌事故，造成人员伤亡和重大经济损失，所以，转换层支撑系统的设计是施工安全技术管理中控制的重点。本文以笔者参与施工管理的深圳蛇口四海华庭工程转换层支撑系统的设计施工为例。阐述转换层砼浇筑方案的选用，并根据砼浇筑方案进行支撑系统的选型，分析其内力和变形，以保证施工安全。深圳蛇口四海华庭工程总建筑面积23429m2。地下2层，地上21层，其中裙楼四层，为大轴网框筒结构，标准层17层，为小轴网剪力墙结构。地上第5层为转换层，面积1830m2，砼1921m3，钢筋506t转换层标高17.8m，主框架梁截面2000×1200mm，最大梁截面2000×1400mm，板厚200mm，采用C45泵送砼。1．转换层砼浇筑方案的选用1.1一次性浇筑成型方案转换层砼可一次浇筑成型，也可根据叠合梁的原理分两次浇筑。如采用一次浇筑成型的方法，荷载（包括钢筋砼自重、模板及支撑、施工人员及设备、振捣砼的荷载等）经计算为31.7kN/m2，根据设计部门提供的楼面承载力，转换层以下5层楼面的总承载力为23kN/m2，因此，必须利用地基承载力，从地下室底板开始，层层搭设满堂红支撑至转换层。如采用48×3.5钢管，约需用立杆11000根，加上水平杆剪刀撑，约需用钢管340t。1.2分两次浇筑成型方案根据本工程设计特点、工期和物资条件，为节约钢管等周转材料，决定转换层采用两次浇筑方案。第一次浇筑下半梁，浇筑高度800mm，经计算荷载为8.9kN/m2。根据设计部门提供的楼面承载能力裙楼3~4层的楼面总承载能力为9.2kN/m2，因此只须布置2层满堂红钢管支撑，为节省钢管用量，支撑的间距逐层按扣除各楼层的承载能力的方法减少。上述满堂红支撑，约需用钢管立杆4000根，加上水平杆的剪刀撑，约需用钢管120t。比一次性浇筑少用钢管220t。2．支撑系统内力和变形计算2.1下半梁受力分析第一次砼浇筑后，强度达到设计强度80%以上，开始进行上半梁及楼板的砼浇筑。此时下半梁承担的荷载为q=64.4kN/m，转换层楼板新浇砼及其它施工荷载qp=8.5kN/m2，则通过满堂红支撑传递到四层和三层楼板（再由次梁传递到这两层主梁上），经计算，上半梁荷载将下半梁承载力的15%~25%，在整体大梁形成后，可视为承载力已发挥了15%~25%，而且下半梁钢筋产生的应变是永久性的、不可恢复的，降低了结构的可靠度。2.2第二次浇筑砼的支撑系统为减少下半梁钢筋的永久性变形，通过在次梁支座处设置4×5φ48×3.5钢管的方法，将荷载逐层传递至于地下室底板，由各层大梁和钢管共同承担转换层的荷载。受力模型如图1。图1支撑系统计算图2.3支撑系统的荷载转换层上半梁均布荷载为q，以在支撑点产生的竖向变形相等为条件，换算为等效集中力F7，F7的计算如图2所示，（b）、（c）、（d）、三种情况下梁的刚度Kbi分别为48（EI/l3）i、243（EI/4l3）i、162（EI/5l3）i。（a）图中的△1=5ql4/384EI与（b）图中的△1=Fl3/48EI必须相等，（a）图中的△2=0.01168ql4/EI必须分别与（c）图中的△=4Fl3/243EI和（d）图中的△2=5Fl3/162EI相等，以此条件可得出三种情况下的等效集中力F7：图2等效荷载计算示意图①F7=5ql/8；②F7=0.71ql；③F7=0.38qlF6和F5为由转换层楼板荷载传递而产生的第四层和第三层的次梁集中力。F6和F5的计算；转换层楼板新浇砼及其它施工荷载qp=8.5kN/m2，第四层和第三层的次梁所承受的板面荷载分布面积为Ap，可得F6=F5=qpAp/2。2.4内力与变形计算方法Kci=（1/Gi+1/Ki-1）-1……（1）Ki=Kci+Kbi………………（2）Gi为钢管的轴向刚度，Gi=EA/Li，地下室底板K0可认为等于无穷大。由（1）、（2）式联立，从地下室板往上可逐层算出Ki和Kci值。令R7=F7，从转换层逐层往下算，可得：第i层钢管内力Ri=Ri+1Kci/Ki…………（3）第i层梁板的支撑点挠度δi=Ri+1/Ki…………（4）再分别令R6=F6，R5=F5代入（3）、（4）式各计算一次，将以上三次计算的结果叠加，便计算出各层钢管支撑的内力和各层梁的在支撑点的挠度。2.5计算实例以次梁位于主梁1/2跨中的一榀框架之中一跨为...