论文部分内容阅读
[摘 要]本文对梁式钢筋混凝土结构转换层的施工技术进行了深入研究。針对转换层梁模体系及支撑架施工，讨论了转换层支撑体系的形式，详细论述了基于极限状态设计的支撑架计算方法。
[关键词]高层建筑施工，转换层，支撑架
中图分类号：TU974 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0218-01
高层建筑转换层施工应从环境、材料、设计、人工等多方面的因素加以防调并进行有效的事前控制和事中控制，而一些工程施工往往忽略这些防调和控制工作、酿成了工程事故、如对转换层支撑架未进行准确的设计和验算、只是凭以往的工程经验搭设、而支撑架又不能有效承担施工荷载、而导致局部垮塌.显然，上述工程事故反映转换层作为高层建筑结构的特殊部位，其施工极具专业性且有较高的技术难度。
早在1929年，Mate就提出了柔性底层大空间的概念。二十世纪五六十年代，前苏联和东欧一些国家采用这种结构，也是首次通过设置转换层而取得底层大空间的尝试。D.R.Green在1972年对框支剪力墙结构在竖向荷载作用下的性能进行了有机玻璃模型试验，提出了将框支剪力墙结构作为拱的计算方法。L.Gemy对上部为双肢剪力墙、下部为框架的结构进行了光弹性试验。实测表明，其应力与有限元计算结果基本一致。弹性计算分析时，对体型不规则结构考虑双向地震作用。许多体型特殊的结构，除进行弹性计算外，补充进行了弹塑性分析计算，以找出结构的薄弱部位采取构造措施进行加强。如CCTV主楼、广州合景大厦、北京当代万国城、北京电视中心等。
1 高层建筑转换层支撑体系形式
高层建筑转换层施工荷载巨大，转换层支撑架的稳固可靠是转换层施工成功的关键。特别是用碗扣式脚手架系列构件可以组成不同组架密度，不同组架高度，能承受不同荷载的支撑架，现已广泛用十现浇混凝土结构工程施工。在高层现浇混凝土结构施工中，配备快速拆模系统，使模板和支撑架周转速度比常规快1倍左右，材料占用量减少近一半，经济效益显著。横杆层高可根据荷载等要求选择0.6m.、1.2m、或1.8m。使用不同长度横杆组成不同立杆密度的支撑架，其水平框架尺寸可有等几种型式。使用同样长度的横杆也可组成不同立杆密度的支撑架，当用长横杆搭设高密度支撑架（即小立杆间距）时，采用两组或多组组架交叉叠合布置，横杆错层连接；当用短横杆搭设低密度（即大立杆间距）支撑架时，采用两组或多组组架分别设置，增大其中间间距的办法实现。对于楼板等荷载较小的模板支撑，一般不需把所有立杆都连成一整体，高宽（以窄边计）比小于3：1即可，但至少应有两跨（即二根立杆）连成整体。对转换层重载支撑架或高度较高（大于10m）的支撑架，则需把所有立杆连成整体，并根据具体情况适当加设斜撑、横托撑或扩大底部架。
2 基于极限状态设计的转换层支撑架立柱整体稳定计算
在工程施工中，工程技术人员一般都按照极限状态设计计算方法进行脚手架的设计计算，其优点是：可与国家的现行结构标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、《钢结构设计规范》统一，可直接引用结构规范有关参数，以便简化计算。支撑架立柱稳定计算问题，实际上是一个节点为半刚性的空间框架稳定计算问题，为便于应用，对这一问题必须寻求既简便又符合上述支撑架的实际破坏特点的实用计算方法，为此，作如下简化：
a.把支撑架的整体稳定计算简化为对立柱稳定的计算。具体方法是将立柱步距乘以大于1.0的系数作为立柱稳定的计算长度，称这个系数为立柱计算长度系数，根据支撑架的整体稳定试验结果确定。该处理方法一方面反映了支撑架整体失稳的实质，另一方面又可区别不同步距、排距、连墙件竖向间距给出不同的值，以反映主要因素对支撑架整体稳定承载力的影响。
b.忽略作用于支撑架的竖向荷载偏心作用。一般情况下，施工荷载的合力总是偏离支撑架的形心轴作用线；除立柱外，其余的竖向荷载（纵向、横向水平杆施工荷载）通过纵向或横向水平杆与立柱连接的扣件传给立柱时，扣件传力也是偏心的，计算立柱稳定时对上述的施工荷载偏心作用和扣件的偏心传力均予以忽略。
c.由于高层建筑转换层支撑架是支撑于建筑内部，四周处于封闭状态，因此，可不考虑风荷载作用产生的弯曲应力。
-支撑架结构自重产生的轴力标准值，，Hd-支撑架的搭设高度；gk-个柱距范围内的每米高支撑架结构自重产生的轴力标准值，-几个可变荷载产生的轴心压力标准值总和，对于高层建筑转换层重载支撑架来说，主要就是转换层施工荷载，1.4-永久荷载与可变荷载的荷载分项系数，fc-计算立柱段的稳定承载力设计值，一轴心压杆的稳定系数，根据所计算立柱段的长细比由《冷弯薄壁型钢规范》可查得，h一所计算立柱段的支撑架步距，i一立柱截面的回转半径，一计算长度系数。
3 转换层结构施工技术实例
对半刚性的转换层支撑架的分析计算是很复杂的、特别是空间转换层支撑架结构，由于三维的约束作用，计算分析更是繁杂。在施工中也很少触及。我们对“广场”转换层支撑用SAP程序进行了支撑架的分析。
1）SAP计算软件对广场转换层支撑架结构分析
转换层支撑架为三维空间结构，用SAP程序进行分析时，纵向取三跨，并考虑按照实际搭设情况，用了斜撑。用空间析架建模、考虑到碗扣式脚手架节点抗剪性能强、连接可靠、各节点都近似为刚接、而把支座近似为铰接。支撑架的顶托传递施工荷载，因此，考虑在析架顶层节点作用集中荷载。经过SAP分析、其立杆的侧向最大挠度不超过1mm、其挠度能满足小于1/1000L的要求。
SAP分析的最大支反力与荷载效应组合设计法计算得的支座反力相差不超过6%、造成结果的微弱差异主要是荷载效应组合设计法把支撑架剪刀撑看作构造措施、及对杆件的计算长度系数的取值与实际有一定差异。而SAP计算模型则让剪刀撑参与受力、使角点支反力的分配增大、同时、计算模型中的节点刚接假定对此差异的形成也有一定的影响；同时，广场转换层下层楼板在设计时考虑到防止过大变形、楼板厚度设计为250mm，为满足施工技术设计的方便性，SAP计算模型假定楼板无变形对计算结果有一定影响.
4 结论
本文对高层建筑转换层支撑架半刚性连接的长度系数作较为符合实际的修正、运用实验手段、得出支撑架值经验数据、以便支撑架的稳定计算可符合实际，运用SAP有限元分析，进一步分析了支座反力和顶层节点挠度，可以为结构设计提供较为准确的数据参考。高层建筑转换层施工技术迅猛发展为我们提供了研究本课题的巨大空间、随着科学技术的进步，相信对高层建筑转换层施工技术的研究会更加深入。
参考文献
[1] 刘大海、杨翠如，高层建筑结构方案优选（第一版）[M]，中国建筑工业出版社，2011年.
[2] 唐兴荣，高层建筑转换层结构设计与施工（第一版）[M]，中国建筑工业出版社，2010年.
[关键词]高层建筑施工，转换层，支撑架
中图分类号：TU974 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0218-01
高层建筑转换层施工应从环境、材料、设计、人工等多方面的因素加以防调并进行有效的事前控制和事中控制，而一些工程施工往往忽略这些防调和控制工作、酿成了工程事故、如对转换层支撑架未进行准确的设计和验算、只是凭以往的工程经验搭设、而支撑架又不能有效承担施工荷载、而导致局部垮塌.显然，上述工程事故反映转换层作为高层建筑结构的特殊部位，其施工极具专业性且有较高的技术难度。
早在1929年，Mate就提出了柔性底层大空间的概念。二十世纪五六十年代，前苏联和东欧一些国家采用这种结构，也是首次通过设置转换层而取得底层大空间的尝试。D.R.Green在1972年对框支剪力墙结构在竖向荷载作用下的性能进行了有机玻璃模型试验，提出了将框支剪力墙结构作为拱的计算方法。L.Gemy对上部为双肢剪力墙、下部为框架的结构进行了光弹性试验。实测表明，其应力与有限元计算结果基本一致。弹性计算分析时，对体型不规则结构考虑双向地震作用。许多体型特殊的结构，除进行弹性计算外，补充进行了弹塑性分析计算，以找出结构的薄弱部位采取构造措施进行加强。如CCTV主楼、广州合景大厦、北京当代万国城、北京电视中心等。
1 高层建筑转换层支撑体系形式
高层建筑转换层施工荷载巨大，转换层支撑架的稳固可靠是转换层施工成功的关键。特别是用碗扣式脚手架系列构件可以组成不同组架密度，不同组架高度，能承受不同荷载的支撑架，现已广泛用十现浇混凝土结构工程施工。在高层现浇混凝土结构施工中，配备快速拆模系统，使模板和支撑架周转速度比常规快1倍左右，材料占用量减少近一半，经济效益显著。横杆层高可根据荷载等要求选择0.6m.、1.2m、或1.8m。使用不同长度横杆组成不同立杆密度的支撑架，其水平框架尺寸可有等几种型式。使用同样长度的横杆也可组成不同立杆密度的支撑架，当用长横杆搭设高密度支撑架（即小立杆间距）时，采用两组或多组组架交叉叠合布置，横杆错层连接；当用短横杆搭设低密度（即大立杆间距）支撑架时，采用两组或多组组架分别设置，增大其中间间距的办法实现。对于楼板等荷载较小的模板支撑，一般不需把所有立杆都连成一整体，高宽（以窄边计）比小于3：1即可，但至少应有两跨（即二根立杆）连成整体。对转换层重载支撑架或高度较高（大于10m）的支撑架，则需把所有立杆连成整体，并根据具体情况适当加设斜撑、横托撑或扩大底部架。
2 基于极限状态设计的转换层支撑架立柱整体稳定计算
在工程施工中，工程技术人员一般都按照极限状态设计计算方法进行脚手架的设计计算，其优点是：可与国家的现行结构标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、《钢结构设计规范》统一，可直接引用结构规范有关参数，以便简化计算。支撑架立柱稳定计算问题，实际上是一个节点为半刚性的空间框架稳定计算问题，为便于应用，对这一问题必须寻求既简便又符合上述支撑架的实际破坏特点的实用计算方法，为此，作如下简化：
a.把支撑架的整体稳定计算简化为对立柱稳定的计算。具体方法是将立柱步距乘以大于1.0的系数作为立柱稳定的计算长度，称这个系数为立柱计算长度系数，根据支撑架的整体稳定试验结果确定。该处理方法一方面反映了支撑架整体失稳的实质，另一方面又可区别不同步距、排距、连墙件竖向间距给出不同的值，以反映主要因素对支撑架整体稳定承载力的影响。
b.忽略作用于支撑架的竖向荷载偏心作用。一般情况下，施工荷载的合力总是偏离支撑架的形心轴作用线；除立柱外，其余的竖向荷载（纵向、横向水平杆施工荷载）通过纵向或横向水平杆与立柱连接的扣件传给立柱时，扣件传力也是偏心的，计算立柱稳定时对上述的施工荷载偏心作用和扣件的偏心传力均予以忽略。
c.由于高层建筑转换层支撑架是支撑于建筑内部，四周处于封闭状态，因此，可不考虑风荷载作用产生的弯曲应力。
-支撑架结构自重产生的轴力标准值，，Hd-支撑架的搭设高度；gk-个柱距范围内的每米高支撑架结构自重产生的轴力标准值，-几个可变荷载产生的轴心压力标准值总和，对于高层建筑转换层重载支撑架来说，主要就是转换层施工荷载，1.4-永久荷载与可变荷载的荷载分项系数，fc-计算立柱段的稳定承载力设计值，一轴心压杆的稳定系数，根据所计算立柱段的长细比由《冷弯薄壁型钢规范》可查得，h一所计算立柱段的支撑架步距，i一立柱截面的回转半径，一计算长度系数。
3 转换层结构施工技术实例
对半刚性的转换层支撑架的分析计算是很复杂的、特别是空间转换层支撑架结构，由于三维的约束作用，计算分析更是繁杂。在施工中也很少触及。我们对“广场”转换层支撑用SAP程序进行了支撑架的分析。
1）SAP计算软件对广场转换层支撑架结构分析
转换层支撑架为三维空间结构，用SAP程序进行分析时，纵向取三跨，并考虑按照实际搭设情况，用了斜撑。用空间析架建模、考虑到碗扣式脚手架节点抗剪性能强、连接可靠、各节点都近似为刚接、而把支座近似为铰接。支撑架的顶托传递施工荷载，因此，考虑在析架顶层节点作用集中荷载。经过SAP分析、其立杆的侧向最大挠度不超过1mm、其挠度能满足小于1/1000L的要求。
SAP分析的最大支反力与荷载效应组合设计法计算得的支座反力相差不超过6%、造成结果的微弱差异主要是荷载效应组合设计法把支撑架剪刀撑看作构造措施、及对杆件的计算长度系数的取值与实际有一定差异。而SAP计算模型则让剪刀撑参与受力、使角点支反力的分配增大、同时、计算模型中的节点刚接假定对此差异的形成也有一定的影响；同时，广场转换层下层楼板在设计时考虑到防止过大变形、楼板厚度设计为250mm，为满足施工技术设计的方便性，SAP计算模型假定楼板无变形对计算结果有一定影响.
4 结论
本文对高层建筑转换层支撑架半刚性连接的长度系数作较为符合实际的修正、运用实验手段、得出支撑架值经验数据、以便支撑架的稳定计算可符合实际，运用SAP有限元分析，进一步分析了支座反力和顶层节点挠度，可以为结构设计提供较为准确的数据参考。高层建筑转换层施工技术迅猛发展为我们提供了研究本课题的巨大空间、随着科学技术的进步，相信对高层建筑转换层施工技术的研究会更加深入。
参考文献
[1] 刘大海、杨翠如，高层建筑结构方案优选（第一版）[M]，中国建筑工业出版社，2011年.
[2] 唐兴荣，高层建筑转换层结构设计与施工（第一版）[M]，中国建筑工业出版社，2010年.