桁架支撑体系计算与应用

桁架支撑体系计算与应用

杜德明

广厦建设集团有限责任公司

摘要

本文主要论述了高空、大跨度桁架支撑体系的设计与计算，采用桁架推出法施工解决了模板支撑系统架设难题，既不受高空限制，又无需大型的架梁设备，把大量组装需在高空作业的工序移至楼面上，特别是解决了在拆除时上部有建筑物塔吊钢丝绳无法伸进连廊底进行吊装问题，使安全风险大大降低。从而即确保安全又保证了施工工期，取得了显著的经济效益。

关键词桁架支撑计算挠度检测

1、工程概况

西安市西部国际广场工程，地下三层，地上三十七层，十层以下为裙房，十层以上为双塔式高层框筒楼，在标高119.770m（33层）处两塔楼向对方用悬挑梁板构成连廊一层，悬挑梁板跨度为7.65 m，连廊净跨距16.00m，宽度8.30m，层高3.90m，要求与主体结构同时浇筑混凝土，结构设计平面布置详见图一：

西安市西部国际广场效果图:连廊结构设计平面图（图一）

(表一)连廊混凝土工程量表（连廊梁板，底、顶结构相同）

由于连廊围护与装修为二次设计，与桁架支撑体系关系不大，故不作详细介绍。

2、模板支撑体系方案选定

在考虑本施工方案时，认真遵循以人为本，安全可靠，技术先进、经济、施工方便的原则，结合本工程跨度大、荷载重、超高空作业的实际，通过几个可行方案的论证、挑选，最后确定选用桁架为支撑体系的主梁，采用“桁架悬臂推出法”安装桁架，次梁采用18α工字钢架在桁架上，承受由钢管、模板及混凝土自重传来的荷载。该模板支撑体系的受力分析及稳定性计算是施工安全的根本保证，故对主要受力构件作了分析计算。（该方法的优点有：安全度高，即人暴露于危险状态的时间最少，施工简便，速度快且经济。）

（桁架分布经计算分析论证采用2榀×4片＋2榀×2片（321贝雷桁架片）组合）。

3、次梁受力计算

计算依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130—2001）；《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）；《建筑施工安全检查标准》(JGJ59-99)和《钢结构设计规范》(GB50017-2003)及工程设计图纸。

计算简图

模板支撑体系平面布置图:(图二) 支撑体系及安全防护1—1剖面图与计算简图:(图三)

3·1围护架搭设参数

围护架采用“落地式双排扣件式钢管脚手架”立杆采用单管。按步距h=1.8m、纵距L a=1.0m、内立杆与墙外侧a=0.20m、横距L b=1.0m、横向水平杆（小横杆）间距0.9m，双排架基础落在次梁工字钢上，次梁（即工字钢）间距La=1.0m；

施工荷载Q K=2.5KN/㎡，围护架高度H=2.6 m +3.9m，铺脚手片2层

3·2 A段荷载计算

本工程设计连廊底、顶结构基本相同。以下计算是在考虑底、顶结构同时施工，即受力的最不利情况下计算的。

查表（JGJ130-2001）得：钢管脚手架自重标准值G K=0.1103KN/M；竹串片脚手板自重标

准值0.35 KN/㎡；栏杆木挡脚标准值0.14 KN/ M；脚手架上施工均布荷载标准值2.0 KN/㎡；

（1）、架体自重：0.1103×(2.6＋3.9)=0.7170KN

（2）、2层脚手片：1.0×0.35×1.15×2=0.805KN

（3）、栏杆挡脚板0.14×1.0×2=0.28KN/m

（4）、安全网1.0×（2.6＋3.9）×0.02=0.130KN

∑围护架对模板支撑系统产生的轴向力：P2=1.2×（0.805+0.28+0.13＋0.717）+1.4×2=5.1184KN

（5）、施工荷载：QK=2.5KN/㎡

（6）、模板自重：0.34×1×(0.4+0.72+0.6+0.3)=0.687KN×2

=1.37 KN/m

（7）、板混凝土重：24.0×1×0.12×0.5=1.44KN×2=2.88KN/m

（8）、支模钢管重：41.137×3.82×9.8=1.540KN/m

P1=∑支模与砼P1=1.2×(1.37+1.540)＋1.4×2.88=7.524KN

A段承受的均布荷载q:5.1184+7.524+2.5*1.4=16.1424KN/m

A段承受的梁集中荷载p：梁混凝土重：24.0×1×0.72×0.4=6.912KN×2层=13.824×1.4=19.354 KN

3·3 次梁18a工字钢(A段)强度计算：

次梁选择18a号工字钢，间距1.00m，其截面特性为：

面积A=30.6cm2，惯性距Ix=1660cm4，转动惯量Wx=185cm3，回转半径Ix=7.36cm

截面尺寸 b=94.0mm，h=180.0mm，t=10.7mm

3·3·1内力计算

内力按照集中荷载P与均布荷载q作用下的简支梁计算，计算简图如下：

最大弯矩M的计算公式为

（图四）（公式1）

经计算得到，活荷载计算值

M =

820 .1

1424

.

162

⨯+

420 .1

354

.

19⨯=8.7118kN.m

3·3·2抗弯强度计算

（公式2）

其中x ——截面塑性发展系数，取1.05；

[f] ——钢材抗压强度设计值，[f] = 205.00N/mm2；

经过计算得到强度

=8.7118×106/(1.05×185000.00)=44.848N/mm2；

次梁工字钢的抗弯强度计算 < [f],满足要求!

3·3·3整体稳定性计算

（公式3）

其中 b ——均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，按照下式计算：

（公式4）

经过计算得到b=570×10.7×44.848×235/(1200.0×180.0×235.0)=1.266 由于b大于0.6，按照《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录B其值用b'查表得到其值为0.688

经过计算得到强度=8.091×106/(0.688×185000.00)

=63.569N/mm2；

次梁工字钢的稳定性计算 < [f],能满足要求

3·4 次梁工字钢B段受力计算

次梁选择18a号工字钢，间距1.00m，其截面特性为：

面积A=30.6cm2，惯性距Ix=1660cm4，转动惯量Wx=185cm3，回转半径Ix=7.36cm

截面尺寸 b=94.0mm，h=180.0mm，t=10.7mm

3·4·1荷载计算（取最大荷载有梁段进行计算）

（1）、施工荷载：QK=2.5KN/㎡

（2）、模板自重：0.34×1×(1+0.48)=0.503×2=1.006 KN

（3）、混凝土重：24.0×1×（0.6×0.125+0.875×0.12）

=4.32×2=8.64KN

（4）、支模钢管重：10×3.82×9.8/1.6×（1.6+3.7）=1.24KN

（5）工字钢自重荷载 Q3=0.24kN/m

（6）工字钢顶铺木板自重荷载 =0.1kN/㎡

经计算得到，静荷载计算值

q = 1.2×(1.006+1.24+0.24+0.1)+1.4×8.64=15.199KN

经计算得到，活荷载计算值

P = 1.4×2.50×1.00=3.50kN/m