大跨度砼楼板钢结构转换

大跨度砼楼板钢结构转换桁架临时支撑技术

郭庆生1a , 张元春1b

1中建一局钢结构工程有限公司

北京市丰台区西四环南路52号中建一局大厦1006室邮编100161

a guoqs8@ ,

b zyc821111@

摘要：大型钢结构构件的重量较大，在安装过程中一般采用脚手架多层回顶的方法，假设各层砼楼板平均分担钢构件传递的临时支撑荷载，这对于大跨度砼楼板可能带来安全隐患。结合实际工程实例，对超高层大型钢结构转换桁架的临时支撑方案进行了研究，分析了砼楼板和回顶脚手杆的受力状态，提出了可能出现安全隐患的情况，给出了采用组合钢地梁的解决办法，实际证明是安全、经济有效的。

关键词：大跨度砼楼板，大型钢构件安装，临时支撑，脚手架回顶

1 概述：

某超高层建筑，总高340m, 共93层，位于俄罗斯莫斯科市，主体结构采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，在32至36层及60至64层采用由钢结构伸臂桁架及带状桁架组成的两个钢结构转换层。砼楼板最大跨度为15.36m。钢结构伸臂桁架的构件比较重，在安装过程中需要设置临时支撑，最大的支点重量达到45吨。通常的解决办法是：设置多层砼楼板脚手架回顶支撑体系，假设支撑外力经过回顶钢脚手杆的传递由多层砼楼板平均承担。考虑到本项目的楼板跨度较大，临时支撑的荷载较较重，对钢脚手架的多层回顶方案进行了三维空间的有限元模拟计算，计算表明直接承受临时支撑荷载的砼楼板及本层钢脚手杆承担了较大比例的外力，按此方案进行施工会使得砼楼板产生局部开裂，破坏砼楼板，给结构带来安全隐患。经研究分析，最终采用钢结构H型钢组合地梁的办法，将临时支撑的荷载直接传递给砼柱及砼边梁，有效地避免了安全隐患，顺利完成了安装工作。

2 结构概况及计算假定：

32层钢结构转换层的结构平面布置图及临时支撑的位置（A-J）如图1所示。

图1 钢结构转换层结构布置图图2 钢脚手架多层回顶有限元模拟分析模型

钢脚手架多层回顶做法：采用3层钢脚手架进行回顶，由29层、30层、31层和32层的砼楼板承担临时支撑荷载。回顶层数计算公式：

n1 =临时支撑等效均布荷载

楼层设计活荷载

（1）

也可以通过验算楼面楼板和梁的实际承载能力来确定回顶楼层的数量。回顶钢脚手杆的数量计算公式：

N2 =

临时支撑荷载

单根钢脚手杆的承载能力

（2）

计算假定：

①、所有回顶脚手架与砼楼板顶紧、无间隙。

②、参与回顶的各层砼楼板平均分担临时支撑荷载。

荷载取值表 1 序号荷载工况荷载取值(KN/m2)

1 DEAD 楼板自重

2 LIVE1(施工活荷载) 2.0

3 LIVE2(回顶点集中荷载)A点B点C点D点E点F点G点H点J点回顶点荷载值(KN)450 180 250 200 350 350 400 300 300

3 结构分析

采用有限元分析软件MIDAS进行计算分析，砼楼板采用壳单元，砼梁、柱和钢脚手架采用梁单元。32层砼楼板顶部应力图如图3所示，31层砼楼板顶部应力图如图4所示。

图3 32层砼楼板顶部应力云图图4 31层砼楼板顶部应力云图

（砼最大拉应力为8.7 N/mm2）（砼最大拉应力为8.7 N/mm2）

砼楼板板顶的应力值如表2所示。

不同楼层砼板顶应力值比较(单位：N/mm2) 表2 楼层编号 A点 B点 C点应力比

32层 -81 -32.2 1 1

31层 -56.8 -25.8 1 0.5

30层 -50.7 -25.1 1 0.3

29层 1.43 1.25 1 0.2

由上述分析可知，当采用回顶支撑楼板时，下部回顶脚手架内力并不是均匀分配给各层楼面结构的，而是首层分配的内力占了总内力的40%左右，以下各层基本均匀分配。如果按内力均匀分配进行传导计算，则容易导致首层内力估算不足、架子承载不够等情况，使计算偏于不安全。

各层砼楼板平均分配临时支撑荷载的假定是不合理的。由于钢脚手杆的刚度相对较弱，首层砼楼板的变形最大，向下逐层砼楼板的变形逐步减小，相应的砼楼板的内力也逐层减小，分担临时支撑的荷载作用也相应减小。如若采用上述假定进行逐层回顶施工方案，将会给回顶最上层的砼楼板带来安全隐患,尤其是对于大跨度砼楼板的结构。

最终决定采用H型钢组合钢地梁的方案：在第32层砼楼面上设置转换H型钢组合梁，梁底距离楼板顶面150mm, 梁的两端支撑在钢垫梁上，通过钢垫梁将临时支撑荷载直接传递给砼梁和砼柱。H 型钢组合钢地梁平面布置如图5所示，三维空间图如图6所示。

图5 H型钢组合钢地梁平面布置图图6 H型钢组合钢地梁三维空间图

H型钢的总用钢梁约为28吨，可以周转使用，同时加快了钢脚手杆的周转速度，经测算收

到了比较好的经济效益。

4 结论：

实践表明采用H型钢组合钢地梁的办法避免了由于计算假设的不合理，给砼楼板带来的安全隐患，加快了施工速度，提前5天完成了转换层钢桁架的施工工作。综合以上的施工分析及经验，总结归纳出以下结论：

1）对于大跨度砼楼板，在施工过程中，当临时支撑所传递的荷载值较大时，要慎重采用钢脚手架多层回顶的方法，建议进行三维施工验算分析，以确定最上层砼楼板是否可以承担实际分担实际传递的外荷载。

2）对于大跨度砼楼板，建议采用设置钢地梁的方法，将临时支撑的荷载直接传递给砼梁或砼柱，这种方法传力明确，且安全可靠。

3）要保证钢地梁的底面距离砼楼板的上表面留有足够的高度，防止钢梁在外荷载的作用下下挠，导致砼楼板直接承受临时支撑的荷载，建议高度范围：150mm~200mm。

参考文献：

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