水平支撑（精选8篇）
水平支撑 篇1
1 工程概况
WEGAGEN银行大楼位于埃塞首都亚的斯亚贝巴市中心, 是一栋集办公、购物、餐饮为一体的高层建筑, 工程用地面积2 263m2, 建筑物占地面积1 900m2。基坑开挖面积约2 265m2, 周长约192m, 基坑开挖深度为13.07~13.67m。场地周边最大建筑物为12层住宅楼, 基础与基坑距离较近。基础支护型式为人工挖孔灌注桩加预应力锚杆, 共计134根。
2 埃塞俄比亚银行大楼深基坑开挖支护三维数值模拟
利用大型有限元软件MIDAS, 考虑基坑的空间效应, 对该工程进行3D建模分析, 土体的计算范围在深度方向去基底以下2倍的开挖深度, 宽度取开挖深度的2~3倍。对于土体的整个模拟过程采用弹塑大变形理论, 破坏准则为摩尔-库仑准则。模型的具体计算范围为:东西×南北×上下=90m×110m×30m。模型的坐标系采用直角坐标系, z轴为铅直方向, 东西向为x轴, 南北向为y轴。具体的计算网格模型见图1。而对于深基坑支护结构, 首先将支护桩、冠梁、锚杆利用线单元进行代替, 经过交叉分割, 分别按照能使模型耦合的要求进行线映射网格, 并赋予特性属性。将赋予属性的网格进行移动和复制, 模拟出冠梁, 围囹, 支柱桩和锚杆模型中桩与土的模量相差很大, 在两者界面上常伴随较大的剪应力, 在桩与土之间应设置接触面单元[1,2,3]。围护结构的模型见图2。
3 模拟结果与分析
该工程在基坑边坡有较高荷载处设置8层锚杆, 其余部位均为4层锚杆, 按照实际施工工序以及运用合理的简化, 将施工阶段分为6个施工工序, 通过对土体单元以及结构支护单元进行添加或删减来模拟开挖和支护, 并选取关键监测点处实际监测数值与数值模拟数值结果进行比较。具体开挖深度见表1, 实际监测值见表2, 表3。
3.1 基坑开挖完成后侧向变形
通过对深基坑开挖的整体研究, 了解基坑工程一个总体变化状况, 对开挖完成后的深基坑进行数值模拟, 侧向变形如图3, 图4所示。
图3和图4合起来体现出了在数值模拟分析中, 深基坑工程边坡位移以及深层土体的侧向位移规律。经过分析得出以下结论:1) 在基坑表面, 基坑的边坡位移量沿着边坡线有所变化, 总体趋于一个稳定值;2) 坑壁顶部的侧向位移大于坑壁底部, 边坡位移在侧向位移中并不是最大, 最大位移量出现在顶部以下的4~9m位置, 而靠近基底的位移会逐渐减小。
对表2、表3以及图5、图6进行分析, 通过将实际工程与有限元模型分析对比可以得出以下结论:
1) 实际监测数据侧向位移平均值为10.31mm, 数值模拟分析侧向位移平均值为17mm, 虽有所差距, 但是符合实际需求。
2) 实际工程监测点测量数值与数值模拟分析数据有所差别, 这可能与监测误差以及建模分析时模型简化有关。但是实际的总体趋势大致相同, 都是随着施工的进行而逐步增大位移, 在这方面两种方法具有非常高的吻合度。
3.2 基坑开挖完成后竖向变形
基坑竖向变形模拟如图7所示。
图7为整个基坑在z方向的位移, 即基坑土体的沉降量图。从图7中得出以下结论:1) 基坑开挖引起的沉降影响宽度为6.5m左右, 并且基坑边坡的沉降量的最大值并不会出现在边缘线上, 而是在离基坑距离1.3~3m处取得最大值;2) 在基坑坑壁顶面, 支护桩附近的土体基本没有沉降, 这说明在基坑工程中, 围护结构能够限制基坑外土体的沉降量随着到基坑侧壁距离的增大而逐渐增大, 且中部沉降量大于基坑边角处的沉降量。
对表4、表5及图8、图9进行分析, 可以从实际监测数据与有限元模拟结果对比后得出以下结论:
1) 实际监测测点的沉降平均值为27.24mm, 数值模拟分析值沉降值为45.98mm, 这两者之间的差距可能是由于实际的监测误差或模型简化所产生的差距。
2) 实际监测数据沉降量与有限元软件分析结果相比数据较为分散, 但是在开挖过程中随各个施工工序的进行监测值逐步增长, 并且增长的比例大致相同。说明基坑的沉降与基坑的开挖深度成比例上升。
4 结语
通过用Midas模拟基坑的应力和位移随施工工况的变化, 更全面和真实地反映了基坑位移和锚杆受力的真实情况。通过对埃塞俄比亚银行进行逐层开挖整体模拟后, 可以看到基坑的边坡位移以及边坡沉降在开挖深度的0.3%~0.5%之内, 基坑的变形处于安全范围之内。说明此无水平支撑的桩锚支护结构设计方案可行。
摘要：根据WEGAGEN银行大楼的地质资料以及监测数据, 通过有限元软件Midas对该项目建立三维深基坑模型, 进行数值模拟分析。介绍了有关工程情况及模型相关设置, 提取支护结构变形值与实际监测变形值进行对比, 说明该深基坑无水平支撑设计的可行性, 并且探讨了基坑开挖过程中边坡的水平位移、竖直位移随施工工序的变化规律。
关键词：深基坑支护,数值模拟,MIDAS
参考文献
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[5]李涛, 马文援, 胡琦.一种考虑受力变形相关的基坑水平支撑计算方法[J].浙江建筑, 2010, 27 (9) :24-29.
水平支撑 篇2
一是高度重视, 加强组织领导。临夏州委、州政府确立了“产业富民、农牧稳州”的发展战略, 坚持把农牧业作为重要的稳州产业和富民产业来部署, 坚持把农业机械化工作作为提升农牧业效益的基础性工作去推动。州、县都成立了农机购置补贴领导小组, 每年召开农机具购置补贴会议, 签订工作责任书。同时, 将提高农业生产综合机械化水平列入《临夏州“365”现代农业发展总体规划 (2013-2016年) 实施方案》, 明确重点在旱作农业、草食畜牧业生产发展中大力推广使用覆膜机械、秸秆加工机械、铡草机、揉丝机等。
二是强化措施, 提升农机水平。首先, 以优化农机装备结构为重点, 农业综合机械化水平不断提升。目前临夏州农机总动力达到107.36万千瓦, 有各类农业机械18.8万台, 耕播收农机化综合水平达到38.27%, 连续4年增速平均超过3.8个百分点, 均超过了全省、全国增速。其次, 以科技创新为支撑, 农机装备水平显著提高。目前拥有拖拉机2.58万台, 相比2005年, 机械增幅达260%。配套机具2.27万台, 增幅达208%。再次, 以引领示范为核心, 农机化推广基地建设成效突出。全州重点推广了玉米全膜双垄沟播种植技术、马铃薯机械化播种技术、油菜中药材膜侧种植技术、保护性耕作技术及设施农业新技术新机具。近三年, 共涉及面积6万亩, 落实项目资金达757万元。最后, 以政策法规为底线, 及时规范农机服务组织。全州农机维修网点达到271个, 农机专业服务合作社达到35个, 农机大户达到630户。同时, 依托机构优势, 年均培训各类农机技术人员1万人 (次) , 不断提高农机从业人员素质能力。
三是加强监管, 确保资金安全有效。2005年国家实施农机购置补贴政策以来, 临夏州共争取落实农机购置补贴资金1.86亿元, 累计补贴农机具11.2万台, 使7.34万农户受益, 拉动农户和农业经营服务组织投入3.91亿元, 户均享受补贴资金2533元。今年, 临夏州争取到国家和省州农机购置补贴资金3344万元, 目前, 已完成补贴资金总量的50%。切实把加强农机购置补贴资金监管纳入州政府落实党风廉政责任制实施方案, 作为规范整治20个领域中惠农政策落实方面的一项重要工作, 狠抓监督落实。全州未发生过一起农机购置补贴资金违规违纪问题。
水平支撑 篇3
——访教育部党组书记、部长袁贵仁
作者：本报记者 刘博超 《光明日报》（2016年04月21日 03版）
“展望十三五”系列报告会第九场报告会4月20日下午在京举行，教育部党组书记、部长袁贵仁作了题为《推进教育现代化 提升全民教育水平为全面建成小康社会发挥关键支撑作用》的报告。本报记者采访了袁贵仁。
问：经过多年努力，我国教育改革发展目前达到了什么样的水平？
答：经过全党全社会长期艰苦不懈的努力，我国教育事业取得了举世瞩目的成就，成功实现了从人口大国向人力资源大国的历史性转变。“十二五”规划确定的九年义务教育巩固率93%和高中阶段教育毛入学率87%这两个主要教育目标全部胜利完成。2015年，我国学前三年毛入学率、小学净入学率、初中阶段毛入学率、高中阶段毛入学率和高等教育毛入学率均达到或超过中高收入国家平均水平。我国教育总体发展水平跃居世界中上行列，站在历史新起点。
问：“十三五”时期推进教育改革发展的新思路是什么？
答：我国教育事业将以创新、协调、绿色、开放、共享五大发展理念作为“十三五”乃至更长时期内发展的思路、方向和着力点。
一是以创新发展激发教育活力。要加快创新人才培养观念，着力培养学生自我学习、适应社会和终身发展的能力。要创新教育内容方式，深化教育改革，提高教学水平。要聚焦国家战略需求，突破核心关键技术，提升创新基础能力，厚植创新驱动根基。要创新教育体制机制，激发全社会教育活力。
二是以协调发展优化教育结构。要健全覆盖城乡的均等化基本公共教育服务体系，加大对中西部教育支持力度。要主动服务经济社会发展，推进学校布局结构、学科专业结构、人才层次类型结构与经济社会发展相协调。要提高贫困地区劳动力素质，改善人力资本状况实现脱贫致富。
三是以绿色发展引领教育风尚。要培养学生绿色观念，崇尚勤俭节约，反对奢侈浪费，养成绿色的生活方式和行为规范。要坚持绿色、低碳、节能、环保理念，努力把50多万所学校建成美丽校园。要坚持“人文熏陶，环境育人”，使学生在良好的校园环境中启迪心智、陶冶情操。
四是以开放发展拓展教育资源。要以我为主、兼容并蓄，办出中国特色、世界水平的现代教育。要服务国家对外战略，培养国际化人才，深化人文交流，为国家开放提供有力支撑。要注重校校协同、城乡一体、科教结合和大中小学有机衔接。要主动加强与社会的联系，用好社会资源，让社会分享教育资源，形成家校共育、学校社会协同的良好教育生态。
五是以共享发展促进教育公平。要关注身处不同环境中的孩子，千方百计为家庭经济困难学生、进城务工人员子女、残疾儿童少年等提供更多的关爱和帮助。要大力支持民族教育，全面提高少数民族和民族地区教育发展水平。要更加重视发展继续教育，为进城定居农民工、现代职业农民、现代产业工人和退役军人等提供方便、灵活、个性化的教育培训服务。
问：“十三五”时期我国教育的新目标是什么？
答：“十三五”规划在今后五年经济社会发展的主要目标中明确提出“教育现代化取得重要进展，劳动年龄人口受教育年限明显增加”。
教育现代化是一个国家教育发展的较高水平状态。教育现代化取得重要进展，意味着全民终身学习机会进一步扩大，教育质量全面提升，教育发展成果更公平惠及全体人民，教育创新能力明显提升，教育制度更加成熟定型。
“十三五”规划将劳动年龄人口平均受教育年限从10.23年提高至10.8年作为约束性指标。未来五年，劳动年龄人口平均受教育年限提高0.57年，可以增加人力资源开发红利，弥补劳动年龄人口减少的影响。这也意味着“十三五”期间我国教育结构重心将明显上移，接受高中教育和高等教育的人口将大大增加。
问：实现新目标，“十三五”时期我国教育改革发展面临哪些具体任务？
答：一是增强学生社会责任感、创新精神、实践能力。引导学生牢固树立和自觉践行社会主义核心价值观，培养社会主义合格建设者和接班人。提高学生创造创业创新能力，全面加强体育、美育、劳动教育和心理健康教育，促进学生安全健康、成长成才。
二是鼓励普惠性幼儿园发展。“十三五”时期，学前三年毛入园率要提高到85%。教育部正在会同有关部门研究制订第三期三年行动计划，加强普惠性幼儿园建设，重点保障中西部农村适龄儿童和实施全面两孩政策后城镇新增适龄儿童入园要求。
三是推动义务教育均衡发展。要加快城乡义务教育标准化建设，建立城乡统一、重在农村的义务教育经费保障机制，加大力度、加快进度改造农村薄弱学校，保障农村适龄儿童少年就近接受良好教育。严格规范招生，推动合理划片、有序入学、阳光招生，加速扩大优质教育资源覆盖面。到2020年，全国义务教育实现基本均衡的县（市、区）比例要提高到95%。
四是普及高中阶段教育。“十三五”时期，高中阶段教育毛入学率要达到90%以上。国家拟出台普及高中阶段教育实施意见，实施普及高中阶段教育攻坚计划。大力发展中等职业教育，分类推进中等职业教育免除学杂费，对贫困家庭学生率先免除普通高中学杂费。
五是完善现代职业教育体系。要着力推进产教融合，推动形成企业主导的实践教学模式。支持百所高职院校和千所中职学校加强校企合作，共建职业教育实习实训设施。把职业技能和职业精神融合起来，培育精益求精的工匠精神。完善普职融通，改革职业院校考试招生方式，促进学生合理分流，培养更多高质量技术技能人才。
六是推动具备条件的普通本科高校向应用型转变。要适应国家经济社会发展需要，加快推进配套制度设计，制订应用型高校设置标准，引导高校面向市场主动调整专业设置和资源配置。打造一批高水平应用型大学，成为国家竞争力的助推器、区域技术研发的策源地、企业创新的人才库和技术革新的思想库，促进地方产业和高校双转、经济社会和教育发展双赢。
七是统筹推进世界一流大学和一流学科建设。高校要以学科为基础，强化优势特色，自主确定建设目标，避免平均用力。政府要强化绩效评价，对支持力度动态调整，避免身份固化。引导高校把功夫放在日常质量提高、一流水平建设上，避免只重一时。要抓紧出台促进一流学科建设的具体措施，在资金和政策上给予精准支持。通过一流学科率先突破，提升我国高等学校综合实力和国际竞争力。
八是加强创新创业教育。要修订人才培养方案，完善创新创业教育课程体系，建立创新创业学分积累与转换制度。开展“互联网+”大学生创新创业大赛，深入实施高校毕业生就业促进和创业引领计划，促进高校毕业生更加充分、更高质量的就业创业。
九是加快学习型社会建设。要全面建设学习型城市、学习型社区、学习型组织，办好开放大学，扩大老年教育资源供给。建立个人学习账号和学分累计制度，畅通继续教育、终身学习通道。为进城定居农民工、现代职业农民、现代产业工人和退役军人提供个性化培训“技能包”，帮助他们更好适应新的岗位需求。
十是下大力气促进教育公平。要加大教育扶贫力度，落实好中央“发展教育脱贫一批”的决策。给贫困地区农村孩子更多的上重点大学的机会，逐步扩大专项规模，形成长效机制。加快实施中西部教育发展行动计划，全面振兴中西部教育。加快民族地区教育发展。加大对农民工子女、残疾儿童少年的关心支持力度。
问：完成“十三五”时期教育新任务，将采取哪些工作举措？
答：一是加强教师队伍建设。要落实好《乡村教师支持计划》，全面推开中小学教师职称制度改革，加强职业教育双师型教师队伍建设，深入推进高校教师考核评价制度改革，加强师德建设。
二是依法保障教育投入。要统一城乡义务教育生均公用经费基准定额，健全职业教育生均拨款制度，推动制定学前教育、普通高中教育生均拨款标准，建立健全各级各类生均拨款标准制度，落实好法定增长要求。
三是推动教育信息化。要加快实施“宽带网络校校通”“优质资源班班通”“网络学习空间人人通”建设工程，发展在线教育和现代远程教育，通过网络平台为每个人提供更多学习机会。
四是深化考试招生制度改革。按照公平选才、科学选才的原则，推动各省市落实好地方改革实施方案，推进考试内容改革，进一步规范自主招生和减少招生录取批次，加快推进高职分类招考，让每个学生都能有自己的选择空间，都能接受适合的教育。
五是支持和规范民办教育发展。教育部将配合全国人大尽快完成《民办教育促进法》修订工作，抓紧出台鼓励社会力量兴办教育促进民办教育健康发展的意见，加强民办学校党的建设，非营利性、营利性民办学校分类登记，加大对民办学校扶持力度，推动民办教育持续健康发展。
六是加强教育国际交流合作。做好出国留学工作，围绕国家创新驱动发展战略做好选派规划，为自费留学生提供周到细致的服务。打造“留学中国”品牌，稳步扩大来华留学规模。推进共建“一带一路”教育行动，继续办好孔子学院，发挥人文交流在国家对外工作大局中的重要作用。
问：推进教育现代化如何激发教育系统、广大师生的积极性、主动性和创造性？
答：一是把严守政治纪律和政治规矩放在首位。认真学习、宣传、贯彻以习近平同志为核心的党中央治国理政新理念新思想新战略。开展“学党章党规、学系列讲话，做合格党员”学习教育，强化政治意识、大局意识、核心意识、看齐意识，始终在思想上政治上行动上同党中央保持高度一致。二是加快转变政府职能。按照简政放权、放管结合、优化服务的要求，扩大高校办学自主权和省级政府教育统筹权，结合高校特点“简除烦苛”，加快国家教育标准体系建设，完善教育督导，深化教育行政审批制度改革。三是全面加强依法治教。加大教育行政执法力度，保障教育法律和政策有效实施。加强青少年法治教育，引导青少年成长为社会主义法治的忠实崇尚者、自觉遵循者、坚决捍卫者。
水平支撑 篇4
漕河泾开发区新建酒店项目位于上海古美路以东、田林路以南。拟建项目包括五星级酒店 (22+1) 层, 公寓式酒店 (9+1) 层, 写字楼 (16+1) 层, 均设2层地下室, 总建筑面积约93 136 m2。
基本呈150 m×100 m长方形, 周长约为490 m, 占地面积约为15 000 m2。车库区域基坑挖深为9.45 m, 主楼区域基坑挖深10.65 m。
2 基坑周边环境情况
1) 场地东侧为待拆迁厂房和临房, 环境较为简单, 地下室外墙距用地红线最小距离13.4 m, 距现有围墙约23.4 m。
2) 场地北侧为田林路, 地下室外墙距用地红线最小距离29.7 m, 现有围墙在红线内约10.0 m处。
3) 场地西侧为古美路, 地下室外墙距用地红线距离为18.0 m, 现有围墙在红线内约7.0 m。
4) 场地南侧为正在施工工地, 地下室外墙距用地红线距离为15.8 m, 红线外为约5.0 m宽的临时道路。在建项目为1层地下室, 基坑已经开挖到底, 目前正在浇筑地下室底板垫层, 并于本工程施工前完成地下结构施工。
5) 地下管线分布情况统计表见表1。
综上所述, 本工程周围环境相对比较简单。在基坑开挖时最主要的保护对象是古美路上煤气管和污水管。基坑影响范围内无重要保护建筑物, 故本基坑安全等级和环境波、保护等级均定为二级。
3 工程地质条件
本工程基坑围护设计参数见表2。
1) 本工程场地属滨海平原地貌类型, 位于古河道切割区, 基坑开挖深度范围内涉及的地基土层为 (1) 层~ (4) 层。第 (3) 层淤泥质粉质粘土在水头差的作用下易产生流砂或管涌现象, 基坑开挖前应采取降水措施;处于基坑底部的地基土是第 (4) 层淤泥质粘土, 该层土性较差, 有较明显的触变及流变性, 在动力作用下强度降低易产生侧向位移, 在基坑开挖时应尽量减少土体扰动。
2) 根据勘察报告, 场地北部 (临近田林路) 有一条东西向暗浜分布, 暗浜宽度约为17.0 m, 浜底最大深度为3.7 m。拟建场地第 (1) 1层填土厚度不均匀, 一般为1.20 m~3.20 m, 成分较为复杂, 夹多量碎砖、混凝土碎块等建筑垃圾。在围护结构施工中需考虑其不利影响。
3) 第 (5) 2层粉砂, 层顶绝对标高-15.0 m~18.05 m, 埋深不稳定, 且第 (5) 2层粉砂透水性极佳, 具有微承压性。围护设计时应验算承压水稳定性, 必要时采取降承压水措施。
4 围护设计方案
根据本基坑挖深一般采用钻孔灌注桩+两道支撑的形式。但本项目基坑周围环境较为宽松, 对围护结构的变形要求相对较低, 综合考虑基坑安全性、操作性、工期、场地工程地质条件以及上海地区类似基坑设计经验等因素, 经过多种方案反复比选, 在确保基坑安全的前提下, 确定了以下围护方案:
基坑周围10 m范围内卸土1.5 m后, 采取钻孔灌注桩+三轴水泥土搅拌桩止水+一道钢筋混凝土支撑+一道钢管斜抛撑的方案。
具体设计思路如下:
1) 围护结构。
地下车库区域卸土后挖深7.95 m, 采用φ900@1 050钻孔灌注桩, 有效桩长19.0 m~20.0 m (长度计算至围檩底面, 且桩尖进入第 (5) 2层粉砂) ;主楼区域卸土后挖深9.15 m, 采用φ900@1 050钻孔灌注桩, 有效桩长21.0 m, 靠边深坑区域采用950@1 100钻孔灌注桩, 有效桩长22.0 m;灌注桩外侧采用工法三轴3φ850@1 200搅拌桩作为止水帷幕, 有效桩长14 m (计算至地面) , 水泥掺入量20%。
2) 电梯井等局部落深区域, 周围及坑内全部采用6 m长双轴2700@1 000搅拌桩加固封底。
3) 为提高坑底土被动土压力、有效控制围护结构的变形, 在基坑北侧靠田林路和南侧长边采用2φ700@1 000水泥土搅拌桩裙边加固, 西侧古美路以及东侧阳角处坑内采用搅拌桩暗墩加固。加固范围为坑底以上5 m (水泥掺量8%) 和坑底以下4 m (水泥掺量13%) 。
4) 支撑。
第一道支撑采用边桁架+对撑+角撑的混凝土支撑形式 (见图1) 。支撑轴线较坑外地面落低0.4 m, 轴线标高-2.7 m, 顶部设置贯通封闭的1.2 m×0.8 m压顶圈梁兼作支撑围檩, 以增加围护结构的纵向整体性, 主撑截面0.9 m×0.8 m, 联系杆0.7 m×0.8 m。第二道围檩采用C30钢筋混凝土, 截面1.0 m×0.8 m, 轴线标高-6.75 m, 支撑采用φ609×16钢管斜撑, 钢管与底板处设置混凝土支座。斜撑长度根据底板实际情况, 角度按20°控制, 采用盆式开挖 (见图2) 。
典型剖面图见图3。
5) 立柱。
采用灌注桩内部插钢格构柱的方法, 在坑底以下为15 m长的φ800灌注桩, 坑底以上采用10 m长450×450格构柱 (4根L140×14角钢及若干扁钢焊接) , 插入灌注桩2 m以上。
6) 降水。
采用深井降水, 水位需降至坑底以下1 m~2 m, 局部落深深坑内应单独设置深井井点。
5 基坑开挖对环境的影响
基础施工监测工作自2008年10月25日工程桩施工前进场测试初始值开始, 到2010年2月7日, 地下结构全部施工至±0.000, 监测数据基本稳定为止, 总历时近16个月。
本工程监测主要可分以下几个阶段:
1) 第一阶段 (2008年10月25日~2009年5月9日) :工程桩、围护结构、地基基础加固及第一道临时支撑施工。
2) 第二阶段 (2009年5月10日~2009年10月11日) :土方开挖阶段, 直至2010年10月11日基础底板全部浇筑结束。
3) 第三阶段 (2009年10月12日~2010年2月7日) :地下结构施工、临时支撑拆除施工, 直至2010年2月7日地下结构施工完成。
mm
通过表3, 图4~图6来看:
1) 基坑开挖后, 围护结构向坑内侧向位移逐渐发展, 周边土体随之发生一定的垂直位移, 周边地下管线因而出现向下位移的现象, 随着开挖深度的增加, 周边地下管线的垂直位移量不断增加, 且速率也不断增加, 直至地下结构全部施工完成为止, 管线测点最大垂直位移量为-23.40 mm。
2) 在围护结构与工程桩施工过程中, 基坑周边的地表剖面有小幅隆起, 在基坑开挖施工期间, 剖面线测点的隆沉起伏变化逐渐发展, 随着开挖深度的增加, 垂直位移速率也不断增加;至土方开挖到设计坑底标高后, 随着基坑大底板浇筑完成, 剖面线测点垂直位移速率逐渐趋于稳定状态。其变化规律与管线等周边环境的情况基本一致。
3) 围护顶部在开挖过程中受坑底土体卸载后回弹影响, 除个别测点外, 其他测点均表现为向上隆起现象。原因可作如下解释:每次大面积开挖时, 土体卸荷量相当大, 坑底土因卸荷产生较大隆起, 带动围护体一起抬升。
围护顶圈梁在垂直方向上位移最大值为+15.74 mm;在水平方向上均表现为向基坑方向位移, 最大值为+11 mm。
4) 基坑大底板浇捣后, 围护顶部各变形测点逐渐趋于稳定, 各测点在地下结构施工期间变化较为平缓。
6 结论及建议
1) 在整个基坑施工过程中, 围护结构总体变形不大, 表明地下围护结构始终处于安全可控的范畴, 基坑运行正常。
2) 开挖10 m左右的基坑, 采用一道水平支撑+一道斜抛撑可以控制基坑变形, 经济性较好, 但在工期和施工方便性上并无较大优势, 尤其对承台基础的基坑, 斜抛撑的架设反而使施工更加复杂化。
3) 立柱顶部应有足够的长度锚入支撑梁, 尤其在栈桥下的立柱, 必要时须用剪刀撑加固, 否则重车荷载作用下, 立柱容易失稳。
4) 开挖至各层支撑及底板的标高时, 应迅速采取浇筑垫层、各层支撑等措施, 这对于有效控制围护结构变形大有益处。
5) 施工监测是保障工程施工安全, 减少经济损失, 同时验证围护设计准确性的不可缺少的强有力手段。
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水平支撑 篇5
关键词：公共交通,城镇化,发展水平测度
经济学观点认为,当城市规模增加,空间集聚能够产生正的外部性,会促进城市规模扩展。 然而,空间集聚同时产生的负外部性问题也随着城市区域扩大而放大, 反过来影响居住条件和部分降低集聚效果[1]。 中国目前正在加速城镇化发展 ,2013年中国城镇化率达到53.73%,预计下一个10年将有3亿人从农村迁移到城市。 任何城市城镇化率达到一定程度时, 都会伴随着更大的交通拥挤和环境污染问题, 公共交通使用的增加, 能够降低交通拥挤和二氧化碳的排放[2]。 在中国城镇化快速进程中 ,优先发展公共交通是促进城市交通发展模式转型、 破解城市交通存在问题的重大选择, 也是引导和支撑城市可持续发展的重要基础[3]。
从发展角度看,许多专家学者认为,城镇化会对公共交通运输能力产生重大影响, 公共交通应该适度超前发展[4]。 然而,中国现有600多个城市,而大多数城市区域正经历由于城镇化带来的空前人口增加,世界最大的人口迁移过程对运输服务施加了巨大压力[5]。 那么,中国大中城市公共交通能够支撑城镇化发展的需要吗? 本文将构建公共交通能力系数,用以测算并分析城市公共交通对城镇化支撑的发展水平, 在此基础上,提出城市公共交通发展建议。
一、能力系数及发展模式定义
(一)能力系数设计
本文设计了能力系数指标, 用以测量公共交通运输能力对城镇化支撑的发展水平。 能力系数定义为:在给定的运输能力条件下,公共交通能够满足城镇化需求的程度。 设城镇化发展产生的公共交通需求为D,公共交通运输能力为S,能力系数为Φ,则三者的相互关系如式(1)所示。
能力系数Φ值大小,表明公共交通运输能力支撑公共交通需求的程度,有以下3种情况:
Φ>1公共交通运输能力冗余
Φ=1公共交通与城镇化发展基本平衡
Φ<1公共交通运输能力不足
当Φ≥1时, 公共交通对城镇化发展才有支撑作用,但同时如果Φ值远远大于1,也会出现公交系统产能过剩,运营成本增加问题。 因此,在一定时间段内, 城市公共交通运输能力应该大于公共交通需求,即公共交通运输能力应该适当超前发展, 具有一定的能力储备。 但是,对有些城镇化发展缓慢的城市,公交能力储备不宜太大,要注意能力过剩问题。
(二)发展模式定义
考虑到城市公共交通发展需要一定周期, 而且不同城市由于其城镇化率和社会经济发展水平不同,公共交通发展模式也不相同。 基于能力系数Φ值, 定义城市公共交通支撑城镇化发展的三种模式为: 超前、 同步和滞后发展模式。 三种模式的具体涵义为:(1)超前发展模式(Φ≥1.2),即公共交通运输能力先于城镇化发展。 城市在财政预算允许情况下,积极储备和提升公共交通运输能力;(2)同步发展模式(0.9<Φ<1.2), 即公共交通运输能力的增长与城镇化发展对公共交通需求增长基本同步;(3)滞后发展模式(Φ≤0.9),即公共交通运输能力落后于城镇化发展。 三种模式,其实施条件在供给弹性、服务水平和先期财政投入等方面有所不同(见表1所示),城市实践时应注意实施条件的差异。
二、发展水平测度
(一)参数标定
式(1)描述的计算能力系数的各个参数,在具体应用时要根据公共交通实际运营情况进行标定。 研究表明,票价、服务水平、私人小汽车拥有率、车辆质量和人口变化等因素,影响城市公共交通需求[6],这些因素的相互叠加形成 “城市公共交通年客运总量”。 本文用“城市公共交通年客运总量”表示城镇化发展产生的公共交通需求; 一个城市的交通运输能力取决于众多条件,如道路面积、运营车辆数、司机人数、服务频率、平均每辆车的载客人数和管理水平等等。 因此,本文采用运营车辆数、平均每辆车的载客人数和平均每辆车全年总服务频率的乘积, 表示公共交通年运输能力。 通过以上分析,将式(1)具体描述为:
式中,N表示城市年末实有公共汽(电)车营运车辆数 (辆);M表示平均每辆车的额定载客人 数(人 );S表示平均每辆车全年总服务频率 (1年按365天计);D表示全年公共交通客运总量(万人次)。
设每辆标准公共汽车的额定载客人数为48人, 平均每天每辆车运次为10次,一年按365天计,“年末实有公共汽(电)车营运车辆数”和“全年公共交通客运总量” 两个指标数据取自 《中国城市统计年鉴2012-2013》公布的统计数据。
(二)不同规模城市群发展水平测度
根据2012年城市人口数据, 将中国大中城市按照其城镇人口(市辖区)规模分为6组,即30-50万人、 50-100万人、100-150万人、150-200万人、200-250万人和250-400万人,对每一组城市群选取一定的样本城市,共选取样本城市78个。 利用式(2)测算出样本城市公共交通发展水平。 对样本城市公共交通能力系数进行统计分析, 人口数为30-400万城市20112012年公共交通发展情况 (以平均能力系数为准 ), 如表2和图1所示。
从统计分析结果看,在研究的6组数据中,超前发展城市数为22个,占总数的28.2%,而滞后发展城市数为34个, 占比43.6%。 滞后发展城市群中,150200万人城市群发展最落后 , 滞后发展城市数达到78.78%,其次是30-50万人城市群滞后发展城市数达到55.56%,也就是这两组城市群中,一半以上城市公共交通发展落后,在现阶段不能支撑城镇化发展。 在100 -150万人城市 中 , 滞后发展 城市数也 占到43.75%,将近一半城市发展落后。 相比之下,200-250万人规模城市群是公共交通发展最好的城市群,超前和同步 发展城市 数占到这 个规模城 市总数的77.78%。
(三)不同区域城市群发展水平测度
根据中国城市统计年鉴行政区城市排列顺序, 将样本城市所在区域分为6组,即华北、东北、华东、 中南、西南和西北等6个区域。 对这6个区域城市公共交通能力系数进行测算,不同区域城市群2011-2012年公共交通发展水平见表3所示。
从表3可以看出,6个区域城市公共交通发展情况存在明显的差异性:(1)华北地区超前发展城市数占该区域样本城市总数的比重最高,达到50%;(2)华东地区24个城市中,超前和同步发展城市数为18个, 占样本总数的70%;(3)中南地区18个城市,其中超前发展城市占比33.33%,达到6个城市;(4)东北地区9个样本城市中,超前发展城市只有2个,占该区域样本城市总数的22.22%;(5)西南区域样本城市数为10个,但没有超前发展的城市,滞后发展城市数占比为80%;(6)西北地区9个城市中 ,只有银川市公共交通发展情况较好(平均能力系数为1.206),其他8个城市发展情况一般,滞后发展城市数达到6个,占样本总数的78.67%。
图2是6大区域平均公共交通能力系数对比结果图。 从区域平均公共交通能力系数看,华北、东北、华东和中南4个经济区域公共交通发展情况较好,区域平均能力系数均超过1,城市公共交通供给与需求基本平衡。 西南和西北两区域城市公共交通总体发展落后(能力系数小于0.8),对城镇化发展需求支撑力度差。
从全国水平看, 城市公共交通平均能力系数为1.02, 表明2011-2012年间城市公共交通发展与城镇化发展需求基本平衡,但运输能力缺乏弹性。
三、结论
根据测算的城市公共交通能力系数Φ值大小和相应的发展模式定义, 城市可根据自身条件设计发展模式。 总体上看,2011-2012年间全国城市平均公共交通能力系数为1.02,城市公共交通运输能力缺乏弹性。 因此,中国城市公共交通整体上应该加快发展步伐,从当前与城镇化同步发展模式,转向超前发展模式,在未来几年加大公共交通基础设施投资力度。但是, 由于不同城市公共交通发展能力和城镇化速度都存在很大的差异,因此,应针对具体城市公共交通发展现状和城镇化发展水平设计公共交通发展模式。
对城市公共交通能力系数高(Φ≥1.2)的超前发展城市(如深圳、北海市),建议适当放缓城市公共交通基础设施投资强度,走内涵式发展之路。 城市公共交通发展重点应放在改善服务水平、 提高运营效率和增加公共交通出行吸引力等方面。
对城市公共交通能力系数中等(0.9<Φ<1.2)的同步发展城市(如徐州、长春和青岛等),建议在后续发展中注意城镇化发展节奏。 一方面要提升公共交通运输能力,另一方面,要注重公共交通运营效率的提高。 对城镇化发展速度快的大城市,要考虑公共交通超前发展,积极规划城市公共交通设施建设,可投资兴建BRT和轨道交通等快速公共交通。
水平支撑 篇6
大型三辊卷板机是将金属、非金属材料板材卷制成所需形状的设备, 广泛应用于造船、航空、锅炉、压力器皿等领域。卷板机的前支撑箱体在卷板机工作过程中不仅承受液压缸对上辊下压的反作用力, 还要承受下辊的压力, 所以前支撑箱体是大型卷板机的重要构件, 其强度和刚度对卷板机的加工过程起到重要作用, 直接影响上辊的压下精度。为了提高卷板机的精度和可靠性, 需要对其进行优化处理。
随着有限元分析技术的发展, 通过采用有限元软件对前支撑箱体进行静力学分析, 模拟卷板机在预弯时载荷大、受力不均匀的工况, 可以获得支撑箱体的应力及变形分布图, 并根据分析结果对箱体结构进行改进, 优化局部结构缺陷。
1 有限元模型的建立
Pro/E是多功能3D应用软件, 集产品设计、零件装配、模具开发、参数化设计、产品造型等多功能为一体[1], 可直接与ANSYS WORKBENCH无缝连接。在建立实体模型时, 考虑到箱体的主要结构是由厚度不一的钢板焊接而成, 且在联接处之间存在焊缝组织, 在实际建模的情况下, 假定焊缝组织均匀, 没有虚焊、夹渣、气孔等不良缺陷。同时忽略箱体内部油路孔、电路孔以及其他不影响结构整体性的微小结构[2]。建立有限元模型如图1所示。
2 材料的力学特性
箱体主体材料采用Q235碳素结构钢焊接而成, 材料力学特性如表1所示[3]。
3 箱体的网格划分
ANSYS WORK-BENCH的网格划分主要是使用四面体单元和六面体单元网, 由于箱体的结构复杂, 内部有不规则结构, 所以选择适应能力更强的四面体单元来划分网格。网格数量主要影响结果精度和计算规模, 网格数量增加, 结果精度一般会随之提高, 但当网格数量太大时数值计算的累积误差反而会降低计算精度, 因而需权衡计算规模和网格数量之间的矛盾, 在保证精度要求的前提下, 选用适当的网格[4,5]。箱体划分网格后的节点数为114059个, 单元数为26357个。如图2所示。
4 箱体的约束及载荷
前支撑箱体主要结构为焊接钢板结构, 承载情况和内部的结构均比较复杂。箱体底部四周由螺栓与地面固定, 对箱体下部进行固定约束, 约束其自由度, 保证箱体不会在空间内发生位移。
箱体的上表面内侧支撑座上受到两个下辊支撑架的压下力, 在外侧的支撑座上受到上辊支架的作用力。两底座同时还受到支架的自身重力的载荷。箱体的下部受到方向为垂直于箱体底面的液压缸反作用力。接触面为箱体底部的法兰环上。其约束与载荷分布如图3所示, 等效应力与变形云图如图4、5所示。
5 分析结果及改进
5.1 结果分析
由分析计算结果可看出, 前支撑箱体整体部分受力都很小, 大部分结构的应力范围在190MPa以下, 远远小于材料的屈服极限, 所以其强度设计满足要求范围。但是箱体的外侧两个挡板处为结构薄弱环节, 最大应力为400MPa, 超出了材料的屈服极限, 此处的最大变形量达到16.89mm, 在卷板机进行最大载荷预弯时, 此处可能发生弯曲断裂, 综上所述, 应对此处进行结构改进。
5.2 改进方案
首先考虑此处的结构强度不足, 增加一对与油缸底部相垂直, 并且与法兰环切向垂直的两个筋板, 另一向与挡板相接, 筋板厚度为40mm, 以此来增加此结构处纵向的支撑强度。如图6所示。其等效应力及变形云图如图7、8所示。
1.法兰环2.筋板3.挡板4.底板
由上分析结果得出前支撑箱体大部分结构应力范围在170MPa以下, 薄弱部分的最大应力由400MPa减为293MPa, 最大变形量也由6mm减为1.7mm, 其筋板起到的作用明显, 已经有效防止挡板的弯曲变形。但从分析结果可得出薄弱环节的部分应力仍过大, 在预弯时有可能应力和变形过大而导致箱体结构的破坏, 故将下底板进行加固处理。
考虑到薄弱部分是由于下底板变形引起的应力集中, 所以在与地面接触的底板上添加一垫片, 在其上添加两根地脚螺栓, 螺栓在有限元分析时加载固定约束, 其结构如图9所示, 其应力及变形图如图10、11所示。
通过以上的改进设计, 前支撑箱体的外侧危险部位结构的应力范围减小为256MPa, 最大变形量由16mm减少为1.5mm。其最大应力点出现在筋板与壳体的联接处, 考虑到此处在实际应用中倒圆角处理, 以及倒角处的圆弧过渡能消除其应力集中现象, 故此处应力集中现象可忽略不再考虑。其改进结果符合设计强度要求。
1.螺栓2.垫片3.底板
6 结语
(1) 本文采用有限元模拟分析理论, 对大型水平下调式三辊卷板机的前支撑箱体进行了静力学分析, 得出了其在卷板机预弯的情况下, 结构的应力状态与变形状态。分析结果表明卷板机的前支撑箱体外侧挡板附近结构在设计时强度不足, 需进行改进处理。
(2) 对大型水平下调式卷板机的前支撑箱体的结构进行改进, 使前支撑箱体的薄弱环节得到加强固定, 箱体外侧筋板与底板的连接处应力明显减小, 符合设计要求。为箱体的合理结构设计提供理论依据。
摘要：以大型水平下调式卷板机前支撑箱体为分析对象, 运用ANSYS WORKBENCH软件模拟卷板机最大载荷工况 (预弯) 下的受力情况, 对其结构进行有限元分析。找出箱体的薄弱环节, 提出改进的方案和步骤, 使得局部应力与变形量得到明显降低。运用ANSYS软件验证方案可行性, 为大型卷板机前支撑箱体的结构改进提供理论依据。
关键词：机械设计,卷板机,前支撑箱体,ANSYS,应力,结构改进
参考文献
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[3]王尚斌, 孙宇, 武凯.压机框架有限元分析及结构优化[J].机械设计, 2011, (4) :79-83.
[4]王传祥, 王旭, 余志斌.TH6213镗铣加工中心工作台静态分析[J].机械设计与制造, 2013, (10) :184-186.
水平支撑 篇7
动载系数法是目前世界上计算塔机动载荷的最主要方法,其通过在静载的基础上乘以一个大于1的动载系数来考虑动态效应对塔机结构和机构的影响,其实质仍是一种静力计算方法。各国标准均使用数个动载系数以考虑塔机在不同工况下的动载情况,其中起升动载系数φ2是动载系数中较为重要的一个系数,其所对应的工况是塔机主要的工作工况,也是振动比较剧烈的工况。
起升动载系数φ2是指起升质量突然离地起升或下降制动时,起升载荷对承载结构和机构产生的附加动载荷作用。目前世界上主要的起重机设计规范均借鉴了德国的DIN标准,人为的规定了起升动载系数φ2的取值方法,如式(1)所示:
φ2=f(v,c) (1)
其中, f为φ2的取值函数,依各国标准的不同而稍有不同,但都确定为载荷起升速度v与塔机工作级别c的函数。
如德国于1984年颁布的德国工业标准DIN15018起重机承载钢结构计算原则中起升动载系数φ2的计算式如表1所示。
这种确定起升动载系数φ2的方法虽然为塔机的实用计算提供了方便、易于推广普及,但同时也带来了一系列问题:
1)各种标准虽然都将起重机划分了不同的起升等级(工作级别),并规定按起升等级计算起升动载系数,但标准中对起重机等级的划分原则和划分方法叙述的较为笼统,在实际操作中存在一定困难;2)塔机形式复杂、结构多样,在没有对不同塔机结构对起升动载系数有何影响进行深入研究的情况下,仅凭借经验将起升动载系数确定为起升速度和工作级别的函数显然存在片面性,缺乏说明力;3)近年来,随着技术的进步和分析手段的提高,出现了多种新型塔机,这些塔机的动载计算是否也可以沿用以往的计算方法值得探讨。
可见,对起升动载系数φ2的确定还有待进行更深入的研究,而了解其与塔机结构具体形式之间的关系是一项很有实际意义的工作,它将为塔机动载荷的合理计算奠定基础。
1 塔机动力特性分析
塔机结构型式的不同主要表现在顶部支承形式(包括塔帽和平衡臂)的不同上,目前,广泛采用的有两种顶部支承形式:塔帽式和撑杆式,而平头式塔机因其结构的特殊性应作为特例单独研究。QTZ1250型塔机的这两种顶部支承形式的结构简图如图1所示。从图中可以看出,两者的塔身和吊臂均采用了相同的几何形式和参数,不同的仅是塔帽和平衡臂。而且,两者的总质量和起升特性曲线也基本相同。
首先使用SAP84软件对这两种塔机进行特征值分析,以了解它们的动力学基本特性,即固有频率和相应振型。为了简化分析采用了如下计算假定:
1)底架和基础相连,与塔身、吊臂等梁杆系统相比,其刚度要大得多,所以可认为是刚性固定的;2)忽略结构阻尼的影响,认为整个振动系统仅是弹性—质量系统,由于阻尼对结构振动起削弱作用,所以这种简化是偏于保守的;3)由于要求塔机必需工作在弹性范围内、不能进入塑性阶段,所以可以忽略各种非线性因素,认为振动是线性振动。
通过计算得到的两者前4阶振型分别如图2和图3所示。
2 起升动载系数计算
由于载荷下降制动工况可以定性的反映起升动载系数φ2的取值情况,所以,本文对这两种顶部支撑形式的QTZ1250型塔机的载荷下降制动工况进行了实际的有限元动力分析,该型塔机的下降制动相关参数如下:制动时间:2 s;额定下降速度:1 m/s;臂端最大起重量:1 900 kg(包括运行小车和吊具质量)。
同样出于简化计算的考虑,采用了如下计算假定:
1)结构的振动不对原动机和传动机构的运动产生影响,同时,将原动机振动对结构的影响也忽略不计;2)在载荷下降制动过程中,由于最大动力响应出现在前几个振动周期内,载荷下降的距离与钢丝绳总长相比较小,故忽略钢丝绳悬挂长度的改变。
此处,由于在实际工作时,塔机可能在任意高度下进行下降制动操作。因此,应选择多个钢丝绳不同长度情况进行比较分析,以考查吊重处于不同高度(即钢丝绳取不同长度)时对起升动载系数的影响。
计算得到了下降制动工况下吊重处于不同高度时的起升动载系数φ2,其变化曲线如图4所示。
3结语
分析上述计算结果不难得到如下结论:1)由图2,图3可见,对该型塔机的两种不同顶部支承形式而言,结构的前四阶振型基本相同。其原因不难解释:因为塔机的前几阶振型的主要影响因素是塔身的刚度及整机的质量分布,由于这两种顶部支承形式采用了相同的塔身、质量分布也相近,最终使得两者的前几阶振型相差很小。2)图4表明,在相同动载荷的作用下,不同顶部支承形式对塔机的起升动载系数影响不大。3)对图4中各图进行比较,发现吊重在不同高度下(即钢丝绳长度不同时)起升动载系数的变化规律大致相同,具体取值也相近,这是符合实际情况的。因为在下降制动工况下,外激励处在与钢丝绳平行的铅直方向上,而且起升动载系数考虑的是钢丝绳的轴力,这些只与钢丝绳的轴向刚度有关,所以钢丝绳长短对起升动载系数影响较小。
摘要：以QTZ1250型塔机的两种顶部支撑形式结构为例,使用动力有限元方法,从下降制动工况的角度对不同顶部支承形式对塔机起升动载系数的影响进行了分析。结果表明,顶部支承形式的不同对塔机整体结构的动力学特性和起升动载系数的影响不大,从而为塔机起升动载系数的进一步改进提供了参考。
关键词：塔式起重机,起升动载系数,动力分析,有限单元法
参考文献
[1]夏拥军,陆念力,罗冰.关于水平臂式塔机起升动载系数φ2的一点讨论[J].工程机械,2005(1):32-36.
[2]夏拥军,罗冰,陆念力.起重机载荷起升离地阶段的两种动力学模型探讨[J].建筑机械,2006(10):84-87.
水平支撑 篇8
当前,建筑市场竞争日趋激烈,面对全行业利润率逐步降低的现实,采取何种有效措施降低工程项目运行成本,就成为摆在工程项目技术人员面前的一个现实而迫切的课题。随着2001预算定额的推出,模板、架料类等非实体周转材料的投入在项目制造成本中已占据相当重要的位置。而顶板模板支撑体系涉及到模板、木方、架料等大量周转材料的使用,对工程项目成本影响较大。
目前水平模板早拆体系在国内外都有过应用,国外的水平模板早拆体系以法国杜卡公司设计的为典型代表,其支撑体系为独立三角架支撑并配有可升降的四爪顶托,模板面板为定型小模板,尺寸为500mm×2000mm,主龙骨为木梁,次龙骨为木方。因其安装拆除简易方便,材料周转使用快,一直被国外大多数工程建设项目使用至今。国内水平模板早拆体系在上世纪90年代初期就开始有工程使用,在使用中借鉴国外的先进经验,逐步改良,至今已发展近15年历史,目前国内采用最多的是碗扣架配合早拆支撑头使用的早拆模板体系,到2005年水平模板早拆体系已被建设部列为十大科技进步项目之一。
尽管国内的水平模板早拆体系在工程实际应用中得到了逐步改良,已发展了十多年的历史。但是,就目前普遍使用的碗扣架式水平模板早拆体系来看,还是存在着很多缺陷。
(1)碗扣脚手架必须设置两到三道纵横向水平拉杆,钢材用量大。
(2)模板支设繁琐,消耗工期长。
(3)模板支设后,纵横向水平拉杆多,作业与检查验收条件差。
(4)普通多层板周转次数少,一般为4～5次,拆切后会更低。
(5)现市场出售的截面50mm×100mm或100mm×100mm木方,其实际尺寸只有43mm×93mm、93mm×93mm或更小,市场不售足尺木方,这样就使得其实际量比计算量少了20～30%,这是工程项目木方亏损的一个原因。
(6)新进场的木方其长度一般为4m,这个单一尺寸不能适应于大多数的房间,需对其按照不同的房间尺寸进行裁切。由于房间的开间不同,裁切的尺寸也不同,因此这种裁切是无序、随意的,这是目前造成工程项目木方亏损的一个重要原因。
(7)模板架料拆除施工量大,倒运麻烦,耗时长,影响工程施工工期。
另外,还有其他因素制约,致使模板架料投入过多,造成材料浪费。例如,按照《北京市2001年定额》计算,模板架料投入费用平均为42元/m2,但在一般工程项目实际操作中,模板架料的实际支出为60～100元/m2。其中塔楼等标准层较多的高层建筑约为60元/m2,异型或非标准层较多的建筑约为80元/m2,别墅多在100元/m2左右。主要原因有二;一是工程工期普遍较短,工期在定额工期的基础上往往要压缩30%以上,尤其是结构工期,导致其投入量的大幅增加;二是现代建筑工程质量普遍要求较高,普通木模板往往仅能周转3～4次,甚至更低,而且很难周转到下一个工程项目继续使用,因而加大了成本投入。由于业主及招标代理机构在编制标底时往往不调整模板架料的费用,从而形成了潜在的亏损。因此,针对《2001预算定额》及施工总承包模式,如何采用先进合理的模板体系配置方案,降低模板、架料的投入成本,以确保工程项目预期收益的实现,成为亟待解决的问题。鉴于目前国内建筑市场普遍采用的传统水平模板体系存在的模板、木方损耗大、以及模板的支撑支设繁杂、且投入量大等诸多问题,在调查国内外行业内一些企业的先进做法的基础上,北京北苑住宅区工程项目成为第一个试点使用“几字型”钢梁及独立钢支撑的工程项目。同时,根据本工程结构施工工期紧,材料投入成本控制严格的情况并结合本工程的剪力墙结构形式及梁少板多,标准层多的结构特点。经过工程技术人员讨论研究决定使用早拆模板设置,因此,该工程项目的模板体系最终确定为水平模板早拆与独立钢支撑、“几字型”钢梁联合应用的水平模板支撑体系。
二、水平模板早拆体系应用原理
国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB 50204—2002)规定,现浇结构的模板及其支架拆除时的混凝土强度应符合设计要求;如设计无要求时,应符合下列规定:底模,模板跨度≤2.0m时,混凝土强度达到设计强度的50%时方可拆模;跨度在2.0m～8.0m时,混凝土强度达到设计强度的75%时方可拆模;对于梁,拱壳跨度≤8.0m时,混凝土强度达到设计强度的75%、跨度大于8.0m时,混凝土强度达到设计强度的100%时方可拆模。这就说明,结构梁、板跨度的大小,对结构梁、板的内应力大小有直接的影响。为此,如果将梁、板和拱的跨度减小,其结构内应力亦相应减小,则拆模时混凝土强度可以降低,再根据混凝土早期强度增长快的规律,拆模时间可以提前。模板早拆施工技术的基本原理就是在施工阶段把结构跨度人为的划小,降低其内力。施工时通过合理支模,将较大跨度的楼盖,通过增加支承点(即缩小楼盖的跨度)变为≤2m跨度的楼盖,使拆模强度降为50%,从而达到“早拆模板,后拆支柱”的目的,使模板能够早拆,这样就加快了模板的周转,也使模板的配置量减少了1/3～1/2。而结构的安全度又不受影响,以达到模板早拆应有的经济效益及社会效益。
三、独立钢支撑的特性
独立钢支撑由支撑杆、支撑头和折叠三脚架三部分组成。其中支撑杆由内外两个套管组成,内管上每间隔100mm有一个销孔,插入回形钢销来调整支撑高度。外管上焊有一节螺纹管,同微调螺母配合,微调范围1～100mm,材质为Q235。独立式钢支撑主要组成:外立柱:Φ60×3.5高频焊管,内立柱:Φ48×4.25高频焊管,顶板、底板:5mm钢板,螺杆头:Φ70×6.0,三角支撑架:30mm×30mm×3mm方钢管。独立式钢支撑的支撑可调高度:1.9～3.4m,支撑杆微调精度:1mm,支撑杆允许轴向压力:18.62～33.32KN,支撑头角钢高100mm,间距85～170mm;独立式钢支撑具有如下的特点:
(1)独立式钢支撑承载力大,高度调节方便,支设简单。
(2)可与木工字梁、几字梁、铝梁等配合使用,形成真正意义上的早拆支撑系统,当混凝土达到拆模强度时,除保留养护支撑和少量晚拆模板外,其余均可拆除,既保证上层结构连续施工又能加速模板周转使用。
(3)应用范围广,支撑杆不受固定平面尺寸的约束,因此对于不规则建筑平面应用自如,支撑杆间距、纵横梁间距可根据梁板荷载及时调整,不受连接杆件约束,比碗扣架应用方便。
(4)同样支模面积条件下,本系统比碗扣架、钢管扣件架耗钢量少的多,耗钢量仅为碗扣架、钢管扣件架的30%,因此塔吊的垂直运输量少。
(5)支模现场的支撑立杆相对少,纵横向水平杆只在模板下有一道,因而人员通行、材料搬运通畅,现场文明施工好。
(6)支模速度快。以塔式住宅楼为例,每层600～800m2支模面积仅需半天时间,仅为其他支撑体系二分之一至三分之一的时间。
(7)独立式钢支撑拆除后,集中到卸料平台上,由塔吊垂直运输,也可由人工从楼梯间倒运,受机械制约少,有一定的灵活性。
(8)独立式钢支撑使用时不需每根都配三脚架,当前施工层混凝土梁板浇注完毕,三脚架即可拆除周转使用,一般情况下仅需配独立式钢支撑数量的三分之一。
四、独立钢支撑式水平模板早拆体系与传统水平模板早拆体系对比分析
(1)支撑数量对比
以北苑住宅区工程的车库地下二层为例,地下二层车库轴距8.4m×8.4m,板厚210mm,结构层高为3.9m。两种支撑的具体布置见下图。图中阴影部分为养护支撑带,画斜线矩形框为1220mm×2440mm整板,两种支撑方式模板的配置是相同的。图中小圆圈为独立钢支撑,其中实心圆圈为养护支撑,空心圆圈为早拆支撑。独立式钢支撑需用41套,其中养护支撑16套;碗口支撑需用63套,其中养护支撑需用28套。
(2)早拆、养护阶段支撑调整对比
两种支撑体系,当其作为早拆支撑时,独立式钢支撑配置四爪头,碗扣式支撑配置U型可调顶托。作为养护支撑时,碗扣体系需将U型可调顶托调整为双拆式早拆头,而独立式钢支撑只需将四爪头拆下即可。独立式钢支撑架为确保整体平稳度,只需在板下拉接一道纵向水平杆,而碗口支撑架则需按规范要求拉接三道纵横向水平杆,以确保碗扣立杆的稳定性。
(3)支撑数量经济效益对比
下面以8.4m×8.4m一跨为对比单元,施工工期按7天计,列表说明如下:
由表可以看出:独立式钢支撑体系费用仅为碗扣式钢支撑体系费用的58.17%
(4)周转使用对比
独立式钢支撑高度方向调节范围广,而碗扣支撑受立杆长度的限制,调节范围受立杆长度制约较大。例如,本工程顶板模板支撑架需在车库及主楼周转使用,车库地下二层结构层高位3.9m,板厚210mm。车库地下一层结构层高为3.4m,板厚400mm,而主楼标准层层高为2.95m,板厚120mm、160mm。车库地下二层用碗扣立杆长度为2.1m+1.2m,地下一层用碗扣立杆长度为2.4m,其余仅需用2.1m立杆即可,因此2.4m、1.2m立杆仅能各使用一层即需退场,增加了劳动量。
(5)材料损耗对比
传统做法是顶板模板拆除后,由工人将模板、木方和架料运到卸料平台,再用塔吊吊到作业面,实际上,这样做对模板和木方的损耗是比较大的,尤其是模板,使其周转次数减少。本工程早拆体系所使用的模板,木方和架料是通过楼板中的预留洞和楼梯人工运转,这样就把塔吊吊运带来的损耗几乎降低为零。
本工程所使用的模板为12mm厚双面覆么膜竹胶板,是通过公司统一招标采购确定的厂家。据调研,相同品质的模板,在一些使用传统工艺做法的项目周转次数月为4次左右,当然这当中也存在工人使用不当造成周转次数减少的可能;而本工程中途替换下来和结构封顶后剩余的模板周转次数都在7次以上,而且,相当多数量模板仍能够继续使用多次,这在其他工程项目是不多见的。虽然在配模时规划的是中途更换两次模板,但通过对剩余模板质量的观察,工人如能正常使用且双面周转,相信部分模板可以只更换一次,这样周转次数应在10次以上,可以与进口的维萨板达到相同的效果,使成本进一步降低。
(6)对机械设备、辅助设施依赖程度对比
塔吊的使用往往是各项目结构施工中非常重要的关键因素,布置多则增加成本,而且受到场地条件限制,布置少则会影响工期,如调配不当则会造成施工现场的混乱,影响工期。本工程项目早拆体系材料使用塔吊次数主要是地下二层顶板开始施工时,用塔吊将全部的材料吊到作业面,更换模板时用塔吊吊运新旧模板;再就是结构封顶后,用塔吊将拆除下来的材料吊到地面上。由此可见,早拆体系对塔吊的依赖程度是很小的,非常有利于节约塔吊运力。而传统的碗口架式支撑体系,每次拆模后都需要塔吊对模板架料的倒运,这样严重占用塔吊资源,使其减少了对其他材料的运输时间,进而会影响到工期。另外,频繁使用塔吊运输模板架料更容易给模板架料、木方造成损耗、损坏减少其使用的周转次数,进而加快材料的浪费,非常不利于成本的节约。
(7)次龙骨比较
独立钢支撑式早拆体系是采用几字型”钢梁做次龙骨与传统形式的木“工”梁做龙骨与木方做龙骨的对比如下:
A几何尺寸的对比
“几字型”钢梁、木“工”字梁均有不同的尺寸,长度上按500mm一个梯度制作,最长的4m,最短的1.5m。这样,在铺设龙骨时可以根据实际需要尺寸选择相应尺寸的几字型钢梁或木工梁尺寸,或之间进行合理的搭接。而传统使用的木方一般只有4m长的尺寸,铺设时基本上不能满足现场实际尺寸需要,为了适应铺设实际尺寸,就不得不进行裁切处理,而裁切处理对木方的损耗是巨大的,经过几次裁切,木方会有不同程度的缩减,直至木方不能再投入使用。因此,传统木方的统一尺寸非常不利于工程中不同布局的使用,而相比较几字梁多尺寸规格更实用。
B材料损耗的对比
传统使用木方做龙骨时由于木方一般都是按4m长尺寸进场,其现有长度不能满足现场实际支设模板尺寸的需要,必须进行人工裁切,裁切之后浪费很大,不裁切搭接长度过大,也会造成浪费。另外在下次周转时,由于可能使用到了不同的部位,又会造成二次裁切,进而造成更大的浪费。这样经过几次裁切后就变成了废料垃圾,不能再使用。而木工字梁几字梁可以根据现场实际尺寸需要选择不同的尺寸,大大节约了成本,避免了浪费。
C周转使用的对比
几字型钢梁不易损坏,在施工过程中也不易被人为损坏,可以多次周转直至施工完毕,几字型钢梁退场。而木方在使用过程中,由于损坏程度巨大,每次支模都会有不同程度的裁切,其中甚至还包括人为的损坏,周转使用2～3次就要更换一批,总体算下来肯定是要比使用几字型钢梁投入的费用多,木方裁切之后变成废料垃圾,人工清运,垃圾倒运也都会相应的增加成本。
五、独立钢支撑式水平模板早拆体系工程应用情况综述
北苑住宅区工程结构顶板施工从3月1日车库地下二层第一段顶板施工开始至12月25日主楼32层三段结构顶板封顶,共经历大约300日历天时间。车库地下二层因施工图纸提供较晚,独立钢支撑加工制作需要时间,故没有使用独立钢支撑早拆体系,使用的是碗扣架支撑体系,另外主楼地下一层及地下夹层因为层高不在独立钢支撑可调高度范围内,故也没有使用独立钢支撑早拆体系。自车库地下一层施工开始使用独立钢支撑模板早拆体系,现场根据配模图的要求,在车库地下一层施工时开始铺设早拆及晚拆板带,拆除后的模板周转至主楼顶板模板支撑使用。这一部分竹胶板由于车库与主楼的板带设置不同,有一部分竹胶板需重新裁板,这一周转使模板发生一部分损耗,但大部分竹胶板还是能够从车库周转到主楼不需要裁板继续使用。这也主要是因为前期早拆体系配模图绘制时考虑到此次周转,配模时尽量考虑减少材料浪费,尽量使周转的模板还能继续使用,所以,考虑周全的模板配模对节省材料至关重要。施工至主楼一层时,独立钢支撑早拆体系进入正常循环周期,第一流水段支设模板施工时,第二流水段开始进行模板的加工制作。地上结构施工时每层施工时间为6～8天,车库地下二层及主楼地下一层及夹层施工时达到13～16天一层,一方面是因为施工面积大,更主要的是因为采用的碗扣架支撑体系,所需时间较长,不能形成早拆,材料不能及时周转,由此也可见独立钢支撑早拆体系较之碗扣架支撑体系更能节省施工周期。由于3～12月份基本上是处于结构施工的好季节,同条件混凝土试块,只需3～5天即可达到或超过50%的设计强度,而达到或超过100%的设计强度通常在12天以内。根据这些特点,在早拆支撑的配置上,先满配一层模板、木工梁、几字梁、独立钢支撑和升降支撑头,待到施工上层统一流水段时,拆除本层的早拆模板及独立钢支撑和所有的木工梁及几字梁,通过楼板中的施工洞和楼梯间人工倒运到上层。并新增部分独立钢支撑、晚拆板带和升降支撑头,这样,又可形成一个完成的流水段施工材料,待施工到再上一层时,第二层拆除的方法与第一层完全相同,保留晚拆板带和晚拆独立钢支撑及部分升降顶托,并将第一层保留的晚拆支撑、升降顶托及晚拆板带与第二层拆除的模板、木工梁、几字梁、升降顶托同时转运到第三层,完成顶板模板的支设,如此反复周转,直至结构施工完成。
在决定是否使用早拆体系时,应从全局的角度看待问题。当遇到结构形式复杂、单层面积较大的工程,如果采用早拆体系,材料的运转就有可能是横向运输多一些,这时人工会多耗费一些,遇到非标结构时,还有可能会多使用一些模板,但所有这些增加的费用应和采用早拆体系后降低的成本相比较,尤其是木方用量的减少,孰重孰轻,再作抉择。工程项目可购置或租赁一些独立钢支撑,与租赁的几字型钢梁相结合,就可轻松改变常规的施工方法,因此应用前景是很可观的,目前已有越来越多的工程使用这种模板早拆体系。
六、独立钢支撑式水平模板早拆体系优点
通过以上对独立钢支撑与几字型钢梁联合应用的水平模板早拆体系的设计和工程实例的介绍,我们不难总结出独立钢支撑与几字型钢梁联合应用的水平模板早拆体系具有如下优点:
(1)施工安全可靠,工程质量易保证。该模板早拆支架杆部件构造尺寸及结点联结方式规范化,减少了搭设时的随意性,避免了出现不稳定结构和结点可变状态的可能性;结构受力明确,支架整齐,施工安全可靠,整个施工过程,结构楼板始终处于最佳受力状态,施工过程规范化,工程质量有保证。
(2)材料周转快,投资少,见效快,经济效益显著。该模板早拆体系与传统支模方式比较,材料周转快,投入少,模板及背楞可由3层减少为1层(常温施工)、4层减少为1层(冬期施工),背楞以下(不含背楞)模板早拆支架周转材料投入量可减少2/3左右;进出场运输费和丢失、损坏赔偿费、维修费亦相应减少,经济效益显著。
(3)支拆快捷,工作效率高。该模板早拆支架构造简单、操作方便、灵活、施工工艺容易掌握,支拆快捷,与传统支模方式(扣件式脚手架)比较,工作效率可提高3倍左右,为此,可加快施工进度,缩短施工工期。
(4)利于文明施工及现场管理。该模板早拆体系施工过程中,避免了周转材料的中间堆放环节,模板支架整齐、规范,立、横杆用量少,没有斜杆,施工人员通行方便,便于清扫,有利于文明施工及现场管理。对于狭窄的施工现场尤为适用。
(5)功能多,适应能力强。该模板早拆支架,可与多种规格系列的模板及背楞配合使用,建筑物形状变化时(平面形状大小变化,层高变化)亦具有很强的适应性,适合中国国情。
(6)操作简单,施工工艺易掌握。该模板早拆体系,操作简单,施工工艺规范,对施工工人的技术水平、技术素质要求不高,适合中国当前建筑业劳动力市场的基本状况。
(7)有利于环境保护,社会效益良好。模板材料用量的大量节约,减少了树木、竹林的砍伐,有利于绿色植被的保护;同时,运输量的减少,工人劳动强度的减轻及有利于施工现场的管理等,使之产生了良好的社会效益。