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【摘 要】 随着建筑行业的发展,特殊结构和复杂建筑造型在大型公共建筑中的应用越来越普遍,较多的屋架、空中楼阁、塔架和栈桥等特殊构件为满足建筑设计造型需要采用悬挑桁架结构。桁架结构在设计和使用过程中有充分利用有效空间、节约建筑面积、满足设计造型等优点。大悬挑混凝土桁架结构覆盖跨度大,承载力高,造型优美且富有艺术表现力,在实际工程中得到广泛应用。这里以成功施工实践的项目实例为基础,总结编制了高空大悬挑复杂混凝土桁架施工方法技术。
【关键词】 高空大悬挑;复杂混凝土桁架;复杂节点;深化设计
1 前言
随着建筑产业的不断发展,人们对建筑物的要求也越来越多,不仅局限于使用功能,更多的是其外观的新颖独特,能够吸引大众的眼球。目前,为满足建筑设计外观造型需要,大悬挑混凝土桁架在结构中得到越来越广泛的应用,然而该结构以其高空悬挑、跨度大、节点复杂等原因给施工带来一定困难。如何克服高空大悬挑复杂混凝土桁架在施工中的难点便成为可探究的课题。本文主要通过某项目介绍了高空大悬挑复杂混凝土桁架的施工方法,为类似工程提供经验。
2 适用范围
适用于下部建筑面积受限、而上部需要大空间的高空大悬挑混复杂凝土桁架结构施工。
3 技术特点
工法特点悬挑混凝土桁架结构是一种杆件复合承重的结构体系,该结构体系由上下弦杆、腹杆、竖杆等构件组成。该体系具有抗震性能好、施工经济合理、技术先进等优点。
(1)受力合理,充分发挥材料作用,用料省桁架的主要承重结构是桁架体系。它是由拉杆和压杆体系共同组合受力,每一受力杆件都是复合受力。在整个受力体系中,斜腹杆受有推力和拉力作用,水平杆的跨间弯矩得以大大减少;竖杆在整个体系中主要承受轴向力,能够充分利用全截面材料的作用。
(2)整体性强,抗震性很好桁架结构体系作为主要承重结构的杆件都采用的钢筋混凝土骨架,杆件间连接可靠,混凝土龄期差别小,这样就不会由于结合强度不足而导致开裂,也不会因不同材料间收缩、徐变产生的内力重分布而引起结构开裂。
(3)竖向刚度大,保证结构质量钢筋混凝土桁架结构整体竖向刚度大,梁板施工按照普通钢筋混凝土浇筑,并不要求严格的顺序,浇筑桁架梁板混凝土同普通混凝土一样方便,对混凝土施工质量容易控制,能有效保证混凝土施工质量。
4 技术原理
桁架结构是格构化的一种梁式结构,桁架梁和實腹梁相比,在抗弯方面,由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端,增大了内力臂,使得以同样的材料用量,实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面,通过合理布置腹杆(斜撑),能够将剪力传递给支座。这样,无论抗弯还是抗剪,桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥,从而适用于各种跨度的建筑结构。更重要的意义在于,它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架内简单的拉压应力状态,使我们能够直观的了解力的分布和传递,便于结构的变化和组合。在诸如大空间的会议室或具有悬挑造型的结构中,若仍用实腹梁则会带来一系列的后果,比如梁截面太大,顶层柱内力过大和抗震性能减弱等,所以在这种情况下,合理的使用桁架结构能够充分发挥其结构特性,以满足建筑和结构两方面的需要。
5 工程概况
某工程位于沈阳市铁西区,为大型城市综合体,总建筑面积50.1万平方米,地下3层,地上由1座6层的大型商场和8栋高层塔楼组成,商场标准层高为5.4米。该工程设计使用年限为50年,抗震设防烈度为7度。商场为桩基础,高层塔楼为桩筏基础。结构体系主要为框架-剪力墙结构。根据建筑设计使用需要,商场西南侧入口上部结构采用高空大悬挑复杂混凝土桁架。
6 施工方法
(1)节点深化设计
因桁架部位结构节点复杂,而且该部分为大悬挑结构,最远悬挑距离26米,悬挑部位的受力完全依靠桁架进行传递,因此桁架的施工对工程极为关键。为保证复杂节点部位的受力安全,保证工程的结构安全,在施工前期项目应对该部位采用BIM(建筑信息模拟)进行节点演示,对设计有误的节点提前发现、提前解决,对施工中复杂的节点提前进行细致的分析。制定有针对性的施工方案,避免施工过程中影响施工质量、耽误工程进度。
(2)针对桁架部位制定专项施工方案
桁架部位悬挑跨度大,最大悬挑长度达到26m,该部位还布置有劲性钢骨柱斜柱、有粘结预应力施工工艺、桁架与劲性斜柱、桁架与斜撑等节点部位节点形式复杂,施工难度大,施工前必须做好详细的施工策划,制定出专项施工方案,对工程的重难点对管理人员及施工班组等进行详细的交底。
(3)对桁架的位置进行详细的测量定位
因桁架为悬挑部位的主要受力构件,桁架的根部定位、桁架的角度等对桁架的受力影响极大,若桁架根部定位出现偏差,将直接影响到桁架的角度及悬挑结构的施工定位,个别桁架部位需要跨越中庭,测量定位难度较大,需要配备专业的测量员及测量设备对桁架的定位进行详细的测量并进行复核。
(4)桁架钢筋的绑扎
桁架部位钢筋较密,钢筋绑扎的角度必须严格控制,桁架与斜撑的交叉节点部位也是桁架受力的关键节点。钢筋必须结合节点图纸及现场实际情况进行翻样加工,对每根钢筋进行编号,安装时按照编号进行安装定位。钢筋的角度必须按照混凝土桁架的角度进行加工和绑扎。
(5)桁架部位模板支设
钢筋绑扎完成后,严格执行“三检制”,在完成隐蔽验收后,进行模板支设工作,模板的支设必须满足混凝土构件的截面尺寸,保证桁架的角度,同时必须支设紧密,防止混凝土浇筑过程之中漏浆。
(6)桁架混凝土浇筑
桁架、梁板、柱子模板验收通过,进行混凝土浇筑施工。桁架、柱子混凝土浇筑时分层浇筑,分层高度不大于500mm。因桁架节点钢筋较密,为保证混凝土构件的质量,桁架混凝土采用细石混凝土,同时加强振捣,以保证混凝土的浇筑质量。
(7)桁架部位模板拆除
桁架、柱子等竖向构件的混凝土强度达到1.0Mpa时,方可拆除模板;梁板等水平构件属于悬挑结构,混凝土必须达到设计强度的100%才能进行模板的拆除工作。
下图为某项目高空大悬挑复杂混凝土桁架施工完毕现场照片。
7 结束语
本文通过某项目悬挑混凝土桁架施工实例,讲述了高空大悬挑复杂混凝土桁架施工的方法,该施工方法结合了传统的施工工艺,能很好的解决高空大悬挑复杂混凝土桁架施工过程中的难点,方法简明,操作简单,便于控制,为类似工程混凝土桁架施工提供了很好的参考价值。
【关键词】 高空大悬挑;复杂混凝土桁架;复杂节点;深化设计
1 前言
随着建筑产业的不断发展,人们对建筑物的要求也越来越多,不仅局限于使用功能,更多的是其外观的新颖独特,能够吸引大众的眼球。目前,为满足建筑设计外观造型需要,大悬挑混凝土桁架在结构中得到越来越广泛的应用,然而该结构以其高空悬挑、跨度大、节点复杂等原因给施工带来一定困难。如何克服高空大悬挑复杂混凝土桁架在施工中的难点便成为可探究的课题。本文主要通过某项目介绍了高空大悬挑复杂混凝土桁架的施工方法,为类似工程提供经验。
2 适用范围
适用于下部建筑面积受限、而上部需要大空间的高空大悬挑混复杂凝土桁架结构施工。
3 技术特点
工法特点悬挑混凝土桁架结构是一种杆件复合承重的结构体系,该结构体系由上下弦杆、腹杆、竖杆等构件组成。该体系具有抗震性能好、施工经济合理、技术先进等优点。
(1)受力合理,充分发挥材料作用,用料省桁架的主要承重结构是桁架体系。它是由拉杆和压杆体系共同组合受力,每一受力杆件都是复合受力。在整个受力体系中,斜腹杆受有推力和拉力作用,水平杆的跨间弯矩得以大大减少;竖杆在整个体系中主要承受轴向力,能够充分利用全截面材料的作用。
(2)整体性强,抗震性很好桁架结构体系作为主要承重结构的杆件都采用的钢筋混凝土骨架,杆件间连接可靠,混凝土龄期差别小,这样就不会由于结合强度不足而导致开裂,也不会因不同材料间收缩、徐变产生的内力重分布而引起结构开裂。
(3)竖向刚度大,保证结构质量钢筋混凝土桁架结构整体竖向刚度大,梁板施工按照普通钢筋混凝土浇筑,并不要求严格的顺序,浇筑桁架梁板混凝土同普通混凝土一样方便,对混凝土施工质量容易控制,能有效保证混凝土施工质量。
4 技术原理
桁架结构是格构化的一种梁式结构,桁架梁和實腹梁相比,在抗弯方面,由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端,增大了内力臂,使得以同样的材料用量,实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面,通过合理布置腹杆(斜撑),能够将剪力传递给支座。这样,无论抗弯还是抗剪,桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥,从而适用于各种跨度的建筑结构。更重要的意义在于,它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架内简单的拉压应力状态,使我们能够直观的了解力的分布和传递,便于结构的变化和组合。在诸如大空间的会议室或具有悬挑造型的结构中,若仍用实腹梁则会带来一系列的后果,比如梁截面太大,顶层柱内力过大和抗震性能减弱等,所以在这种情况下,合理的使用桁架结构能够充分发挥其结构特性,以满足建筑和结构两方面的需要。
5 工程概况
某工程位于沈阳市铁西区,为大型城市综合体,总建筑面积50.1万平方米,地下3层,地上由1座6层的大型商场和8栋高层塔楼组成,商场标准层高为5.4米。该工程设计使用年限为50年,抗震设防烈度为7度。商场为桩基础,高层塔楼为桩筏基础。结构体系主要为框架-剪力墙结构。根据建筑设计使用需要,商场西南侧入口上部结构采用高空大悬挑复杂混凝土桁架。
6 施工方法
(1)节点深化设计
因桁架部位结构节点复杂,而且该部分为大悬挑结构,最远悬挑距离26米,悬挑部位的受力完全依靠桁架进行传递,因此桁架的施工对工程极为关键。为保证复杂节点部位的受力安全,保证工程的结构安全,在施工前期项目应对该部位采用BIM(建筑信息模拟)进行节点演示,对设计有误的节点提前发现、提前解决,对施工中复杂的节点提前进行细致的分析。制定有针对性的施工方案,避免施工过程中影响施工质量、耽误工程进度。
(2)针对桁架部位制定专项施工方案
桁架部位悬挑跨度大,最大悬挑长度达到26m,该部位还布置有劲性钢骨柱斜柱、有粘结预应力施工工艺、桁架与劲性斜柱、桁架与斜撑等节点部位节点形式复杂,施工难度大,施工前必须做好详细的施工策划,制定出专项施工方案,对工程的重难点对管理人员及施工班组等进行详细的交底。
(3)对桁架的位置进行详细的测量定位
因桁架为悬挑部位的主要受力构件,桁架的根部定位、桁架的角度等对桁架的受力影响极大,若桁架根部定位出现偏差,将直接影响到桁架的角度及悬挑结构的施工定位,个别桁架部位需要跨越中庭,测量定位难度较大,需要配备专业的测量员及测量设备对桁架的定位进行详细的测量并进行复核。
(4)桁架钢筋的绑扎
桁架部位钢筋较密,钢筋绑扎的角度必须严格控制,桁架与斜撑的交叉节点部位也是桁架受力的关键节点。钢筋必须结合节点图纸及现场实际情况进行翻样加工,对每根钢筋进行编号,安装时按照编号进行安装定位。钢筋的角度必须按照混凝土桁架的角度进行加工和绑扎。
(5)桁架部位模板支设
钢筋绑扎完成后,严格执行“三检制”,在完成隐蔽验收后,进行模板支设工作,模板的支设必须满足混凝土构件的截面尺寸,保证桁架的角度,同时必须支设紧密,防止混凝土浇筑过程之中漏浆。
(6)桁架混凝土浇筑
桁架、梁板、柱子模板验收通过,进行混凝土浇筑施工。桁架、柱子混凝土浇筑时分层浇筑,分层高度不大于500mm。因桁架节点钢筋较密,为保证混凝土构件的质量,桁架混凝土采用细石混凝土,同时加强振捣,以保证混凝土的浇筑质量。
(7)桁架部位模板拆除
桁架、柱子等竖向构件的混凝土强度达到1.0Mpa时,方可拆除模板;梁板等水平构件属于悬挑结构,混凝土必须达到设计强度的100%才能进行模板的拆除工作。
下图为某项目高空大悬挑复杂混凝土桁架施工完毕现场照片。
7 结束语
本文通过某项目悬挑混凝土桁架施工实例,讲述了高空大悬挑复杂混凝土桁架施工的方法,该施工方法结合了传统的施工工艺,能很好的解决高空大悬挑复杂混凝土桁架施工过程中的难点,方法简明,操作简单,便于控制,为类似工程混凝土桁架施工提供了很好的参考价值。