钢管混凝土格构柱

2024-07-23

钢管混凝土格构柱（精选4篇）

钢管混凝土格构柱篇1

1引言

为了提高结构的安全性和可靠性,结构设计人员不断地探索新型结构形式,钢管混凝土是一种新型结构形式,同时它是一种发展前景非常广阔的结构形式。它能适应现代工程结构的大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的需要,符合现代施工技术的工业化要求,已经越来越广泛地应用于工业厂房、高层和超高层建筑、桥梁和地下结构中,成为结构工程科学的一个重要发展方向。钢管混凝土是在劲性混凝土结构、螺旋配筋混凝土结构及钢管结构的基础上演变和发展起来的一种新型结构。它是一种新型的组合结构型式,即在钢管内填充混凝土,将两种不同性质的材料组合而形成的组合结构。管内一般只填素混凝土,不再配钢筋,只有在承受的压力过大或压力过小而弯矩却很大的情况下,才在管内配置纵向钢筋和箍筋。钢管混凝土组合柱具有许多钢筋混凝土结构及钢结构所不能比拟的优点。迄今为止,运用有限元法对钢管混凝土结构的数值模拟已日渐成熟,计算精度日趋提高,但对钢管混凝土格构式柱的数值模拟研究则极少。本文采用有限元软件ANSYS建立有限元实体模型,对试验试件进行非线性有限元分析。

2有限元模型的建立

2.1材料的本构关系模型

钢管混凝土由钢管和混凝土两种材料共同组成,且构件在受力过程中两种材料相互作用,钢材和混凝土一般都处于复杂应力状态。为了实现对钢管混凝土柱力学性能的数值分析,关于材料应力-应变关系(本构模型),对钢材、混凝土采用多线性随动强化本构模型,Mises屈服准则,以考虑在循环荷载作用下钢材的Bauschinger效应。

2.2单元类型的选取与划分

钢管材料假定为各向同性,采用八节点SOLID45实体单元。该单元有8个节点,每个节点有8个自由度。混凝土采用SOLID65实体单元,该单元用来模拟三维配筋及不配筋混凝土结构,具有拉裂、压碎、收缩及蠕变等功能。计算时关闭混凝土单元的压碎功能,设定混凝土抗压强度为-1,以获得完整的求解结果曲线。划分单元时对受力和塑性变形相对较大的节点域进行了局部网格加密,为了保证求解的精度,实体单元的三个方向的尺寸不能悬殊太大,最长的边长比控制在5以内。

2.3钢管与混凝土界面模型

为了更加真实地模拟钢管混凝土格构式柱实际受力情况,混凝土与钢管壁之间的接触部分用三维面与面接触单元。ANSYS支持刚体与柔体的面与面之间的接触单元,钢管为刚性体,刚性面被视为“目标”面,用Targe170单元来模拟“目标”面,管内混凝土为柔性体,柔性体的表面被当作“接触”面,用Contact174单元来模拟,钢管和混凝土之间的摩擦系数取为0.45。Ansys划分的网格以及生成的接触单元如图1所示。

2.4边界条件及加载方案

为了尽可能模拟钢管混凝土格构式柱在结构中的实际受力状态,在模型中约束了钢管混凝土格构式柱柱底结点的所有自由度,即假定钢管混凝土柱脚与地面为理想刚接,在柱顶施加轴向压力N,N为0.4Ny(Ny为柱全截面屈服时所能承受的压力)。另外,对柱顶面的所有结点进行X方向的耦合,程序将产生一个主结点,水平力以位移的方式施加在耦合端面的主结点上。

3有限元计算结果与分析

3.1基本试件设计

为了有效地模拟地震作用下钢管混凝土格构柱的实际受力行为,根据《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98以及《钢管混凝土结构设计与施工规范》CECS28:90并参考了相关文献。基本试件的设计如下:为避免面外失稳,格构柱两个方向的缀板布置完全相同,格构柱平面上为正方形,其外边长为488×488mm,无强弱轴之分,柱肢钢管89×1.8mm,柱高1400mm,缀板35×2.0mm,柱肢与缀板等强焊接。基本试件的模型几何尺寸如图2所示。混凝土强度等级为C60,钢材选用Q34。

3.2受力性能分析

图3为含钢率依次为α=0.075、α=0.085、α=0.095和α=0.120时基本试件在单向水平荷载作用下荷载-位移曲线。由图3可以看出,基本试件在进入弹塑性阶段之前的荷载‐位移曲线为直线,斜率相差比较大,由此可见含钢率对钢管混凝土格构式柱的刚度影响比较大,随着含钢率的增加,曲线越陡,刚度越大。同时含钢率对钢管混凝土格构式柱的极限承载力影响比较显著。由此可知,随着含钢率的增加,钢管混凝土格构式柱无论在弹性阶段还是在非线性强化阶段,其刚度均有所提高,极限承载能力和极限位移也同时提高,这主要是由于随着含钢率的增加,约束效应系数增大。约束效应系数对钢管混凝土性能的影响主要表现在:约束效应系数越大,则在受力过程中,钢管对核心混凝土提供的约束作用越大,混凝土强度和延性增加相对较大;反之,随着约束效应系数的减小,钢管对核心混凝土的约束作用将随之减小,钢管混凝土的强度和延性提高越少。图4为不同含钢率时基本试件的极限承载力对比图,由图4可知随着含钢率的增大基本试件的极限承载力逐渐增大且增大的幅度相对比较大,但是增大的幅度却在逐渐降低。由此可知,当含钢率增大到一定程度再增大含钢率基本试件的力学性能在逐渐的退化,结构的材料性能不能充分发挥。

图5为不同含钢率时基本试件在循环荷载作用下的骨架曲线,骨架曲线为结构或构件在循环荷载作用下应力-应变曲线中,超过前一次加载最大应力的区段相连后得到的曲线。由图5可知,不同含钢率时试件骨架曲线总体形状趋于一致,说明含钢率对基本试件荷载反应比较类似。随着含钢率的提高,钢管混凝土格构式柱弹性阶段的承载力也会有所提高,其极限承载力和极限位移也相应提高。骨架曲线与单向加载时的荷载‐位移曲线特征相似,基本试件表现出良好的延性性能。

图6为不同含钢率时基本试件在循环荷载作用下的割线刚度退化曲线,由图6可知,试件割线刚度弹性阶段退化的速度比较快,弹塑性阶段割线刚度趋于平缓,基本试件割线刚度大小也比较接近。由此看出随着含钢率的提高,钢管混凝土格构式柱的刚度会有所提高。当构件处于弹性阶段,随着含钢率的提高,刚度逐渐增大,而且增大的幅度比较大。当构件处于弹塑性阶段,割线刚度趋于平缓,相差比较小。

图7为不同含钢率时基本试件在循环荷载作用下的耗能曲线。由图可知,基本试件具有良好的耗能能力,但是耗能能力相差比较大,由此可知含钢率对钢管混凝土格构式柱的耗能能力影响比较大,随着含钢率的提高,耗能能力越好,但是当含钢率增大到一定程度,耗能能力提高的幅度有所下降。

图8为不同含钢率时基本试件在单向水平荷载作用下钢管混凝土格构式柱Mises应力图。由图8可知,基本试件破坏时,钢管的高应力区域集中在缀板的端部、钢管柱肢的底部、柱肢与缀板的连接部分,特别在缀板的端部应力集中现象严重,该部位应力值达到了最大。基本试件的最大应力值均超过了材料的屈服强度,进入了塑性变形阶段,而钢管和缀板的其他大部分区域应力较小。随着钢管壁厚的增加高应力区域范围稍有扩大,最大应力值变化比较显著,其中a=0.095最大应力值增幅最大,达到了8.1%。使钢管和缀板的应力集中现象更加严重,因此在选用钢管时钢管壁厚不宜太大,在缀板端部应力集中现象明显,因此应加大缀材的刚度,选择传力更加合理的缀板形式。

综上所述,含钢率对钢管混凝土格构式柱的极限承载力影响比较显著。随着含钢率的增加,钢管混凝土格构式柱无论在弹性阶段还是在非线性强化阶段,其刚度均有所提高,承载能力和极限位移也同时提高。但是,当含钢率增大到一定程度,再增加含钢率,钢管混凝土格构式柱的极限承载力和刚度提高的幅度反而会降低。延性性能和耗能性能增加的幅度也同时会降低。这就降低了材料的利用率,同时也增加了工程造价。所以,实际工程中要严格控制钢管混凝土格构式柱的含钢率,《钢管混凝土结构设计与施工规范》CECS28:90,对于钢管混凝土结构含钢率一般控制在0.05-0.2之间。随着含钢率的增加,基本试件在破坏状态时,柱肢底区域混凝土的Mises应力有所增加,柱肢底部的高应力区域范围逐渐扩展。这是因为随着含钢率的增加,套箍系数增大,钢管对混凝土的约束能力增大,所以提高了构件的刚度、承载能力。最大Mises应力值变化较大,当试件含钢率α=0.095时,最大Mises应力值增幅较大,钢管的应力集中现象更加严重。从经济适用的角度来看,柱肢含钢率可以增大,但是含钢率不宜过大,因为含钢率太大会造成钢管底部的应力集中现象严重,给施工带来不便。所有试件在循环荷载作用下的滞回曲线都比较饱满,无捏缩现象,均呈现出较为良好的耗能和延性性能。

5结论

(1)含钢率对钢管混凝土格构式柱受力性能影响显著,随着含钢率的增大其承载力和刚度都会增加,并且增大的幅度比较大。实际工程中为了保证结构的安全性,可适当提高钢管混凝土格构式柱的含钢率,但是含钢率不宜提高太高,含钢率过高,使柱肢钢管的应力集中现象严重,钢管的强度不能得到充分利用。同时还会加大工程造价,造成浪费,也给施工造成不便。

(2)随着含钢率的提高,柱肢钢管和缀板的连接区域应力集中现象严重,最大Mises应力增幅很大,钢管混凝土格构式柱破坏时该区域首先进入破坏阶段。为了充分发挥格构式柱的优势,因此在选用钢管和缀板时钢材壁厚不宜太大,在应力集中的区域,选择传力更加合理的缀板形式。

(3)钢管混凝土格构式柱在循环荷载作用下,滞回曲线都比较饱满,无捏缩现象,呈现出较为良好的延性性能,是一种发展前景非常广阔的结构形式。特别是在地震活动频繁的地区,采用钢管混凝土格构式柱可以有效地较少地震对人类生命以及财产的威胁。

钢格构柱塔吊基础的施工与计算篇2

1 工程概况

昆山九方城市花园A6地块二期商业用房工程总建筑面积268598.66m2,基坑面积45000m2,总造价7.322亿,是由2层地下室、5层商业裙房、一栋26层(94.50m)公寓和一栋21层(92.18m)酒店组成的一个大型综合体工程。该工程由湖南省第六工程有限公司承建,其中1,2,3号塔吊采用了钢格构柱塔吊基础。钢格构柱主肢选用14号角钢,尺寸为140mm×140mm×14mm;缀板选用400mm×300mm×10mm的钢板,间距为700mm。灌注桩的直径为800mm,桩长45m,间距为2.5m,混凝土强度等级为C30,钢格构柱及支撑全部采用Q345B级钢,支撑选用[20a。塔吊基础承台采用钢筋混凝土结构,长和宽均为4m,高度为1.3m。

2 钢格构柱塔吊基础的施工工艺流程

2.1 钻孔灌注桩施工

(1)钻孔灌注桩的定位。施工前,应根据施工图纸和塔吊布置图确定钢格构柱塔吊基础中灌注桩的坐标,在复核现场导线控制点后,用高精度全站仪将桩位放样出来并做好标记。若其他施工工艺会使标记偏移,则应采取措施保护好已测设的桩点。

(2)护筒埋设。根据桩位标志开挖护筒孔,护筒直径比设计孔径大100cm,护筒高度不小于1.8m,放入护筒后,护筒孔坑内再次精放桩位点,并用吊线锤校验垂直度,校正护筒位置和垂直度后将护筒固定,护筒与孔壁之间用粘性土夯实,确保护筒位置的持久准确及稳定。

(3)钻孔。钻孔时应低锤密击,如表土为软弱土层,可加粘土块夹小片石反复冲击造壁,孔内泥浆面应保持稳定。在各种不同的土层岩层中钻进时,其冲程按其参数进行。钻进的过程中每进2m检查一次孔洞的垂直度,如发现成孔偏斜应停止施工,采取措施进行纠偏。

(4)清孔。清孔的目的是调换孔内泥浆,消除钻渣和沉淀。清孔分两次进行,第一次清孔在钻孔孔完毕后立即进行;第二次清孔是在钢筋笼与钢格构柱连接好并吊放完毕后进行。

(5)钢筋笼的吊放。将制作好并验收合格的钢筋笼吊放,当钢筋笼顶部距孔孔口3m时(即在孔口露出3m钢筋笼),在孔口用型钢将钢筋笼固定好,等待与钢格构柱的焊接。

(6)钢格构柱与钢筋笼的焊接(详见本文2.2中第二条)。

(7)灌注水下混凝土。钢格构柱与钢筋笼焊接后再整体吊放至孔低,清孔结束后,施工人员应会同监理人员对孔低沉渣等情况进行检查,检查完毕后及时填写成孔验收单并在半个小时内灌注水下混凝土,混凝土应浇筑至钢筋笼顶部。

(8)砂土回填。由于钢格构柱与钻孔灌注桩孔壁存在一定的空隙,为保证后期施工安全,需要用中砂将空隙部分填好。

2.2 钢格构柱施工

(1)钢格构柱的制作。钢格构柱可在钢结构加工厂加工制作,在条件允许下也可以在现场制作。制作前应对钢格构柱原材料的质量合格证明文件及原材料的外观进行检查,检查合格后方能制作。制作完成后,应据GB50205—2001《钢结构工程施工验收规范》及设计要求对钢格构柱进行验收,验收合格后才能吊装。

(2)钢格构柱与钻孔桩中钢筋笼的焊接及吊放。钢格构柱制作完成后用起重机进行吊装就位,吊装时吊点应布置合理,防止吊装过程中钢格构柱变形过大或发生破坏。钢格构柱吊装到钢筋笼上部指定位置后再与钢筋笼连接,连接方法:钢格构柱4个面分别采用两根长1.0m、Φ20的钢筋与钢筋笼主筋斜向焊接,焊接长度100mm,钢筋具有一定的长度形成柔性连接,以便能使格构柱作微量调整,钢筋笼顶部3m箍筋均应加密。焊接过程中,钢格构柱的重力仍由起重机承担避免其受力。钢格构柱和钢筋笼连接好后再整体吊装入孔,整个吊装过程中,通过全站仪观测来控制其垂直度,钢格构柱垂直度偏差不大于1/300,中心位置偏差控制在±5 mm以内。

2.3 承台施工

钻孔灌注桩及钢格构柱施工完毕后,便可进行钢格构柱塔吊基础承台施工。承台施工可分为三个步骤:(1),承台标高控制及部分土方开挖;(2),承台钢筋绑扎;(3),承台混凝土浇筑。

2.4 塔吊安装

待承台混凝土强度达到设计强度后,由相应专业单位对塔吊进行安装、检测并投入使用。

2.5 土方开挖及钢格构柱间加撑

塔吊基础钢格构柱间土方应对称开挖,土方开挖过程中严禁挖土机械碰撞钢立柱,塔吊钢立柱附近30cm以内必须采用人工挖。土方应分阶段开挖,边开挖边在钢格构柱间加钢支撑,钢支撑选用[20a,钢支撑类型有水平撑、斜撑及剪刀撑。上层加固完成后方可继续开挖下层土方,以免造成结构失稳。

3 未加撑钢格构柱塔吊基础的理论计算

3.1 塔吊基础承台以上部分荷载计算

(1)塔吊竖向力计算

塔吊作用在基础上的垂直力:Fk=Gc+Gt,其中Gc为承台自重,Gt为塔吊自重,故:

Fk=25×4.00×4.00×1.30+650=1170.0kN。

(2)塔吊风荷载计算

塔吊风荷载标准值由公式ω1=βzusuzω0计算,设计值在标准值基础上乘以分项系数0.7,故:

ω=0.7×1.00×1.90×1.13×0.45=0.68kN/m2

3)塔吊水平力计算

塔吊水平力由塔吊基础水平力及风荷载两部份构成:

Vk=ω×B×H×φ×P=0.68×1.8×40×0.82+16.2=42.81kN

4)塔吊弯矩计算

塔吊弯矩由三部分组成:第一,塔吊额定力矩;第二,塔吊基础水平力产生弯矩;第三,风荷载产生的弯矩。

所以,Mmax=1.4×(Me+Mw+P×h)=2215.88kN·m。其中,风荷载对塔吊基础产生的弯矩:Mw=l/2ωφBH2=799.82kN·m。

3.2 承台验算

(1)承台弯矩计算

矩形承台弯矩计算截面取在柱边,可按下列公式计算:

经过计算得到弯矩设计值:Mx=My=2×0.35×789.25×1.2=662.97kN·m

(2)承台截面主筋计算

承台正截面受弯承载力应满足:

经过计算得:Asx=As=1477.9mm2,由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:1300×4000×0.15%=7800mm2。配20@150,承台底面单向根数25根。

3)承台斜截面抗剪计算

代入本工程数据,计算入如下:

V=1.2Nkmax=1103.09kN<0.89×1.367×1.57×4000×1250/1000=9599.37kN

经过计算该承台已满足抗剪要求,只需构造配箍筋。

3.3 未加撑钢格构柱塔吊基础最大应力计算

3.3.1 钢格构柱顶荷载计算

在承台以上荷载作用下,钢格构柱顶部受到两个力的作用[3]:

(1)竖向力:

(2)水平力:

经计算钢格构柱顶中最大竖向力919.25kN,水平力为10.7kN。

3.3.2 钢格构柱强度计算

钢格构柱在柱顶水平力和竖向力作用下属于压弯构件,其强度按下式计算:

代入数值得σmax=122.97MPa<310MPa

故钢格构柱满足强度要求。

3.3.3 钢格构柱稳定性计算

代入数值得:σ=163.66MPa

因为,σmax=163.66MPa≤310MPa,故稳定性满足要求。

综上,未加撑钢格构柱塔吊基础在上部荷载作用下不会发生破坏。

4 未加撑钢格构柱塔吊基础的有限元分析

4.1 有限元分析的必要性

钢格构柱塔吊基础的使用贯穿整个项目施工过程,这部分结构的安全与否除了对工程本身有重大影响外,还直接关系到施工人员的人身安全,尤其是操作塔吊的司机生命安全,而钢格构柱塔吊基础在没有加撑时是整个使用过程的最不利时期,因此保持其在未加撑时的安全性尤为重要。本文虽用理论方法验证了未加撑钢格构柱塔吊基础在实际最不利荷载作用下不会发生破坏,但为了更具说服力,有必要用有限元法再次对其进行分析。

4.2 建立模型

根据钢格构柱塔吊基础的几何尺寸,采用自低向上建模方法在ANSYS中建立实体模型。本文钢格构柱角钢选用beam189单元,缀板选用shel193单元,承台选用solid65单元。承台与钢格构柱的采用MPC约束连接起来,钢格构柱中角钢和缀板的连接不需采用任何特殊方法和单元。钢材弹性模量为2.06×1011N/m2,泊松比为0.3,密度为7850kg/m3,壳单元的实常数为0.01。

4.3 最大应力分析

在完成几何建模之后,需对模型进行网格划分,本模型采用自由网格划分法,网格尺寸为0.05。完成网格划分后在模型上施加竖向力Fk=650kN、弯矩M=2215.88kN·m、水平力V=42.8kN。经运算,钢格构柱塔吊基础最大应力出现在钢格构柱底部,其值为112MPa,小于许用应力310MPa。因此,未加撑钢格构柱塔吊基础在实际最不利荷载作用下不会发生破坏。

5 结束语

本文以工程实例为背景,介绍了钢格构柱塔吊基础的施工工艺流程,其相关经验可供类似工程参考。在厘清了钢格构柱塔吊基础的受力边界条件后,笔者采用了两种方法对未加撑钢格构柱塔吊基础进行了受力计算,第一种方法是根据国家现行规范总结出的理论公式计算法,第二种方法是采用大型通用有限元软件ANSYS对其进行仿真模拟,两种方法计算所得的最大应力分别为163.66MPa和112MPa,均小于许用应力310MPa,故未加撑钢格构柱塔吊基础在实际最不利荷载作用下不会发生破坏,可以投入使用。

参考文献

[1]刘伟南.高桩承台塔吊基础的分析研究[D].天津:天津大学,2012

[2]房朝君.钢格构柱塔吊的基础设计及施工[J].浙江建,2011,28(8):32—35.

[3]JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S].

[4]GB50017—2003钢结构设计规范[S].

杯基中钢格构柱的安装施工技术篇3

1)钢柱准确定位困难,因为基础杯口比柱脚大,在调整钢柱垂直度的同时很难保证钢柱的中心不发生偏移。

2)钢柱的标高较难调整。土建基础的允许误差范围在±3 mm,我们对现场的杯基底标高进行检查发现,标高大多为负偏差,而且混凝土表面不平整。由于预留杯口较小,钢柱安装时人无法在底部加斜铁进行标高处理工作。

3)安装工期相对较长,对合同工期易造成影响。

1 工程概况

亿通钢结构铸造厂房位于山西省临汾境内,结构形式为重型单层钢结构厂房,面积3 600 m2,檐口高度18 m,柱距为6.0 m,总长120 m,跨度30 m,门架共21榀。钢柱采用排架柱,上柱是实腹式H型钢柱,下柱为H型格构式柱,屋面为轻型钢屋架。钢柱底部为预留杯口基础,杯基顶标高为-0.500 m,底标高为-1.600 m,钢柱深入杯基中1.1 m(见图1)。

2 钢柱安装施工方法

钢柱安装就位:吊装采用25 t吊车单机旋转法吊装。

钢柱的校正:利用两台经纬仪、一台水准仪,在钢柱上部标注+0.500 m标高线和中心线,通过千斤顶、钢楔、自制的方盒子调整控制其垂直度、标高、轴线,从而达到对钢柱的校正。

3 安装过程

3.1 安装钢柱使用工具

缆风绳数根、卡环、木方、枕木、两台经纬仪、一台水准仪、塔尺、盒尺、钢板尺、25 t起重机一台(25 t吊车参数:吊车幅度9 m,起升高度可达28 m,起升重量可达4.6 t)、水平尺、线坠、墨斗、5 t螺旋式千斤顶等。

3.2 安装前期准备

3.2.1 施工材料准备

1)钢柱腹板边垫大钢楔,一个钢柱需要2个,钢楔宽度为100 mm。立面图见图2。

2)钢柱翼缘处垫小钢楔,一个钢柱需要4个,钢楔宽度为100 mm。立面图见图3。

3)用于起支撑作用的方盒子,一个钢柱安装时需要4个,由于钢柱连接角钢底部与地面之间的间距为200 mm,所以我们在连接角钢下放置150 mm高的方盒子,盒子上留有50 mm的调节余量。具体做法:利用现成的角钢∠150焊接成长、宽、高均为150 mm的方盒子,用于支撑钢柱的重量。

4)调整标高的钢板条-6,-8,-10,-20,宽度100 mm,长度120 mm左右。

5)用于支撑千斤顶的角钢∠140×12,长度150 mm,一个钢柱安装需要4段角钢。具体示意图见图4。

3.2.2 施工放线准备

1)找出南北、东西两个方向的控制基准线;东西方向以钢柱上柱柱翼缘外皮作为钢柱安装垂直方向控制线,在下柱柱身靠近杯口顶部的位置(基础杯口顶标高为-0.500 m)、靠近牛腿部位分别标出对应控制线;南北方向在钢柱腹板上分别对应牛腿附近、杯口端部、柱顶分别标出中心线位置;

2)找出标高控制线。从牛腿设计标高往下返出+0.500标高线;

3)找出安装钢柱过程中用于承受钢柱重量的方盒子的位置。在基础杯口顶部,两侧距离杯口200 mm的地方(对应钢柱角钢下部)标出方盒子放置的位置;

4)对杯基顶面、底面标高和杯口尺寸进行尺寸测量。对42个混凝土杯基底标高、顶标高进行测量,对发现杯底偏高的进行剔凿。对杯口的尺寸进行检查,有杯口尺寸偏小或偏移的情况依据尺寸位置进行剔凿处理。剔凿后,将杯底和杯口清理干净;

5)在杯基表面弹出轴线。柱子吊装前,利用经纬仪,用墨斗在基础的上平面弹出十字轴线。

3.2.3 钢柱安装的人员准备

钢柱安装人员汇总表见表1。

3.3 钢柱安装

钢柱自重约5.5 t,长为18 m,根据吊车参数故选用25 t汽车式起重机吊装施工。

在立钢柱之前将方盒子对应放置在已经弹好的位置线上,准备好需要安装的钢板条、角钢以及钢楔。

1)钢柱的就位。

由于钢柱下部重,上部轻,故在吊装时吊点选在牛腿部位,用钢丝绳绑扎牛腿部位起吊,钢柱起吊后慢慢移至基础上方缓缓下落(起吊后尽可能使用辅助绳索调整柱身保持垂直,易于对线校正)至基础杯口底部,在杯口上方时稍停对好轴线后徐徐降落,钢柱中间停留并支撑在方盒子中部,使钢柱上的连接角钢(∠90×8)受力。

将柱身上的中心线与基础上标注的十字轴线相重合,分别在垂直方向插入特制钢楔,稍微降落钢柱使钢楔受力,临时固定住钢柱。

钢柱安装钢楔及方盒子平面位置图见图5。

2)钢柱的校正。

钢柱立稳之后,在钢柱两边(两个杯基的外侧)在超出杯口高度320 mm的位置分别焊接两根准备好的角钢。在钢柱的两个方向分别架经纬仪和水准仪。

利用经纬仪、水准仪和钢柱上部标注的+0.500 m标高线和中心线,对钢柱的垂直度、标高、轴线进行调整。

先将两台5 t螺旋千斤顶放置在杯口一侧角钢上,然后通过千斤顶带动柱脚,将钢柱的一边先进行调整,待一端调整好后,将钢楔打紧,用焊条将钢柱与钢楔点焊,防止钢楔滑动。然后将一侧方盒子与钢柱角钢之间的间隙用钢板条进行填塞,再将千斤顶移至钢柱的另一端进行调整,使钢柱的吊装中心线完全对准杯口上的吊装基准线,确认无误后将这一侧的钢柱与钢楔、方盒子和填塞钢板分别焊接。最后人爬到柱顶将吊车挂钩摘除。摘除挂钩的同时用三根缆风绳在东、西、南三个方向固定牢固(见图6)。

钢柱校正立面示意图见图7。

调整好后进行复测,待钢柱的垂直度、轴线、标高调整固定好后,进行二次灌浆。灌浆时分两步进行,第一次灌浆浇至楔块下底面,待混凝土强度达到25%,将钢楔、方盒子、钢板条去掉,再将混凝土灌满杯口。待二次灌浆的混凝土强度达到70%后,方可吊装上部构件。

其余41根钢柱均按照此方法进行施工。

4 实施效果

对施工完毕的钢结构厂房的42根钢柱进行检查,钢柱的垂直度、轴线、标高均能达到合格标准。

此预留杯口基础进行框架柱安装的方法是一种较为新颖和便利的方法,此法的优点不仅在于对前期的基础标高要求不高,而且使得钢柱安装精度得以保证,施工进度也较快。此方法施工解决了预留杯口式安装钢柱的几个难题,只是在安装过程中材料消耗稍多,是一种值得同类工程借鉴的方法。

摘要：对杯口基础钢柱安装和基础预埋螺栓安装方法进行了比较,指出采用杯口基础钢柱安装存在的困难,针对该难题,总结了钢格构在杯基中的安装与校正技术,实践证明采用该技术简化了施工难度,取得了较好的效果。

钢管混凝土格构柱篇4

现今工程建设中结构方案越来越复杂,对基本构件的要求不断加大,格构柱的应用也日趋增多。邹剑强、石鹿言等[1,2]通过试验的方法分析了空腹格构柱的滞回性能及抗震性能,并对其用于单层工业厂房时,在多种荷载工况下极限承载力进行了研究。彭兴黔[3]根据准则优化法提出了一种等边角钢四肢格构柱的优化设计方法,对缀板式和缀条式均适用。田伟、董石麟等[4,5]采用弹性屈曲分析及考虑大变形的弹塑性分析研究了梭形钢格构柱压弯的稳定性能。

国内外学者对格构柱的力学性能进行了广泛研究,对于缀板式和缀条式格构柱的经济性研究报道较少。缀条柱的剪切刚度较缀板柱大[6,7],偏压情况下应用相对广泛;而缀板式格构柱具有较好的外观等特点和优势,因此研究缀板柱在偏压情况下的应用也具有一定意义。本文通过分析大量算例数据,研究了影响两者经济性因素,及经济使用工况。

1 研究方法

1.1 研究方法与参数选取

定义外界荷载工况包括压力P、单向偏心距e、柱计算长度。外界荷载工况和具体的用钢量并没有直接的关系,但本文通过设计验算间接地建立起用钢量及其相关的差值与外界荷载工况的关系,以此进行下一步的研究分析。

以槽型钢作为分肢,规定两种缀材形式的双肢格构柱外界荷载工况(压力P、单向偏心距e、柱计算长度),其计算长度对应的稳定系数按照规范最小二乘法[8]进行计算。记录满足设计强度和稳定条件的柱所对应的外界荷载工况(压力P、单向偏心距e、柱计算长度)及构件各项尺寸规格,计算在相同外界荷载工况下缀板柱与缀条柱的用钢量并进行对比。

缀板柱与缀条柱示意图及尺寸参量见图1。

槽钢选用[10、[14a、[16a、[18a、[20a、[22a、[25b、[28b、[32b、[36b、[40b;压力P=aAf , a取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6,A为横截面积,f为钢材设计强度;单向偏心距e取0.00h、0.25h、0.50h、0.75h、1.00h、1.25h、1.50h、1.75h、2.00h、2.25h、2.50h,其中h为槽型钢宽度;柱计算长度L:2 000 mm～5 000 mm,以200 mm递增;分肢外缘间距b:1h～3h,以0.2h递增;缀板柱缀板净间距l01选择1.0h～3.0h,以0.2h递增;缀条柱缀条采用L20X3,L30X4,L45X4,L56X4,L63X6,L70X6,分别以θ=45°和θ=60°单系布置;钢材选用Q345。

1.2 具体步骤

1)选取不同参数P、e、L、b、l01,对缀板柱进行设计,其中缀板宽度和厚度可以通过对缀板的强度设计验算求出,厚度t要满足:t≥b1/40且t≥6 mm,然后进行整体稳定性和分肢稳定性验算,得到满足规范要求的参数(P、e、L、b、l01),计算并记录对应于某一外荷载工况(P,e,L)最小用钢量Sminb;

2)同理设计验算缀条柱,对于所有缀条型号及角度的变化,得到对应于某一外荷载工况(P,e,L)的最小用钢量Sminz;

3)比较对应相同(P,e,L)的Sminb和Sminz,探讨规律性。

2 数据处理与结果分析

用钢量是影响钢结构经济性的主要因素,本文引入经济函数D对两种形式格构柱用钢量进行对比分析,表达式如下,

当D=0时,缀条柱用钢量同缀板柱;当D<0时,缀条柱比缀板柱经济;当D>0时,缀板柱比缀条柱经济。

2.1 D随e的变化规律

表1为采用槽型钢[10作为分肢,压力P=0.1Af,柱计算长度L=5 000 mm情况下的数据。图2为偏心距e影响曲线。

由图2可以看出,当e≥150 mm时,D值会随着e的增加而逐渐降低,本例定义e=150 mm为下降起始点。

通过分析比较其他数据。应用其他型号槽型钢作为分肢的格构柱,(P,L)不变的工况下,偏心距e影响图与图2相似,区别在于当压力P较大时,较小型号槽钢分肢格构柱下降起始点e值较小。可表示为∂D/∂e≤0,说明缀条柱的经济性随e值的增加逐渐优于缀板柱。

2.2 D随P的变化规律

表2列出采用槽型钢[10作为分肢,偏心距e=0,柱计算长度L=5 000 mm情况下,不同压力P的数据。压力P影响曲线见图3 。

由图3可见,以槽型钢[10作为分肢的格构柱,当偏心距e和计算长度L为定值,D值随着P的增加而逐渐降低。通过分析比较其他数据,其他型号槽钢作为分肢的格构柱,当(e,L)为定值,压力P影响与图3相似,区别为当槽型钢型号较大时,使函数D<0的P值小于槽型钢型号较小的情况。可表示为∂D/∂P≤0,表明缀条柱经济性随P值的增加逐渐优于缀板柱。