大空间框架结构（精选10篇）

大空间框架结构 第1篇

门头作为建筑的正面形象和建筑主要出入口, 建筑设计对效果的要求越来越高, 因此对门头的幕墙设计的要求也越来越高。门头的高度在增高, 空间跨度在增大, 形式越来越新颖多样。本文就某工程的大跨度门头幕墙的两种不同结构设计体系, 即平面框架体系和空间桁架, 建立ANSYS模型进行有限元计算, 并进行比较和分析, 得到一些结论, 供幕墙设计、监理、施工人员参考。

1 工程概况

该工程功能为办公楼, 主体结构形式是钢筋混凝土框架结构, 幕墙类型主要是石材幕墙和玻璃幕墙, 该地区抗震设防烈度取为7度, 设计地震分组为第三组, 设计基本地震加速度值为0.10 g, 基本风压取0.30 k N/m2 (按重现期50年考虑) , 地面粗糙度类别“B”类。该工程门头为双面石材幕墙, 根据规范JGJ133-2001[1]《金属与石材幕墙工程技术规范》第5.2.1规定, 花岗石自重取28.0 k N/m3, 厚度30 mm, 双面石材幕墙完成面厚度700 mm, 考虑100 mm幕墙安装空间, 钢结构控制尺寸为500 mm。主体结构层间距10.6 m, 在10.600 m标高位置有结构梁, 立面4.200 m标高位置有一个跨度19.5 m的门洞, 图1中粗线为钢结构布置方式, 圆圈表示铰接, 实心三角形表示刚接。

2 结构布置及有限元分析

根据规范GB50017-2003[2]《钢结构设计规范》中第3.4.1的表3.4.1-1钢材的强度设计值 (N/mm2) , Q235B的钢材的强度设计值为215 N/mm2 (厚度≤16) 和205 N/mm2 (厚度>16) ;根据规范GB/T21086-2007[3]《建筑幕墙》中第5.1.1.2条的表11的要求, 钢型材的石材幕墙相对挠度取L/250 (L跨度) , 本工程门头跨度L=19.5 m, 则挠度限值为78 mm;以上两个条件作为应力和位移的限制条件。

本次计算采用AUTOCAD建立几何模型, 而后导入有限元软件ANSYS进行应力、位移、支反力的计算分析。在ANSYS计算中, 钢结构梁单元BEAM189进行模拟, 自重荷载以惯性加速度形式施加, 水平荷载组合设计值以面荷载形式施加, 钢材为Q235B, 弹性模量E=2.06×105N/mm2, 泊松比ν=0.3, 分析过程均为弹性阶段计算。除自重荷载外, 每个模型施加的其他荷载条件均相同。

从±0.000标高到10.600标高的构件为立柱或主桁架立柱, 连接立柱或主桁架立柱的构件为主梁或主桁架横梁, 其余构件为次梁或次桁架。钢型材规格选用见表1和表2。

/mm

/mm

有限元计算分析结果见图2~9。

通过计算分析比较, 平面框架是在相近的位移情况下, H型钢的应力大于箱型梁, 用钢量小于H型钢, 具体数据详见表3, 另外, 在选用H型钢的时候, 要考虑整体稳定, 会限制型号的选择;焊接H型钢的最大应力在立柱的与主梁连接处, 箱型梁的最大应力位于主梁的跨中, 由于不同截面形式, 开口截面的弱轴抗弯性能较弱;位移最大位置均是主梁的跨中, 跨中位置是水平荷载和竖向荷载叠加后产生的位移。平面框架的应力和位移图详见图2~5。

通过计算分析比较, 空间桁架在相近应力的情况下, 位移也接近, 但方钢管的用钢量略大于圆钢管, 总的来说, 这两种截面的空间桁架体系的位移、应力、用钢量差距不大;两种空间桁架的应力最大的位置均在次桁架与主体结构连接的端部, 次桁架下端与主梁刚接, 分担主桁架横梁的弯矩, 而且次桁架是二维桁架, 较主桁架弱, 弯矩分配之后, 此处是受力最大的位置, 在设计时可以考虑端部加强;位移最大的位置均在主桁架横梁的跨中。空间框架的应力和位移图详见图6~9。

/k N

平面框架体系中, H型钢的支座反力大于箱型梁, 空间框架体系中, 方钢管的支座反力略大于圆钢管, 具体数据详见表5。特别需要注意的是, 空间桁架的支座位置的桁架的两根弦杆的力是正反力成对出现, 对主体结构的作用是合力, 但是对于连接件和螺栓是外力, 需以单独的力来进行验算。对主体结构的作用力, 空间框架的支座反力叠加后的作用力小于平面框架, 但会形成附加扭矩。

在本工程中, 幕墙门头是双面石材幕墙, 考虑到幕墙构造的情况下, 采用方钢管空间桁架的方式。空间桁架的用钢量小、位移小, 外包石材可以采用轻巧的转接件加角钢横梁的构造, 而平面框架外包石材的转接件悬挑长度较长、立柱型号较大, 对于空间桁架, 由于方钢管表面平整, 焊接难度低, 所以最后选择方钢管空间桁架。幕墙构造详见图10和图11。

3 结论

本文以一个幕墙工程为例, 建立两种体系不同型钢截面共四个力学模型, 通过ANSYS有限元软件计算分析, 并对比分析结果, 得到以下结论:

1) 一般在相同初始条件的情况下, 幕墙门头的结构体系中, 平面框架由位移控制, 空间桁架由应力控制, 所以平面框架的内力比空间桁架小, 位移比空间框架大。

2) 最大应力的位置, 平面框架是在主梁或立柱的跨中, 空间桁架是在次桁架的支座;最大位移的位置, 平面框架是在主梁的跨中, 空间桁架是在主桁架横梁的跨中。

3) 对主体结构的作用力, 空间框架的支座反力叠加后的作用力小于平面框架。

总的来说, 幕墙门头的设计需要根据建筑设计的要求, 选择合理的幕墙结构体系和幕墙的构造方式, 完成幕墙设计, 达到建筑设计要求的效果。

本文以某一具体的石材幕墙工程为实例而进行的计算分析, 对于不同的工程, 设计师需要根据具体工程的情况和建筑设计要求进行具体的设计和计算。

摘要：本文以某大跨度门头的幕墙工程为例, 从平面框架和空间桁架两个体系出发, 并结合不同型材截面建立ANSYS模型进行有限元计算分析, 比较应力、位移、支反力以及用钢量, 得到一些结论, 供幕墙设计、监理、施工人员参考。

关键词：大跨度门头,平面框架,空间桁架

参考文献

[1]JGJ133-2001金属与石材幕墙工程技术规范[S].

[2]GB50017-2003钢结构设计规范[S].

[3]GB/T21086-2007建筑幕墙[S].

[4]许彦特.南京基德广场高空大跨度钢结构及幕墙安装[J].建筑技术, 2011, 42 (11) :1023-1026.

[5]周元, 余继军.桁架结构合理化设计探讨[J].施工技术, 2012, 41 (S) :712-714.

[6]赵民, 陈冲, 刘大任.地铁口框架幕墙结构有限元分析[J].沈阳建筑大学学报:自然科学报, 2012, 28 (3) :549-554.

大空间框架结构 第2篇

简述大跨度空间结构的主要形式及特点

大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。

1网架结构

由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。

1.1网架结构的形式

（1）平面桁架系组成的网架结构。主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。

（2）四角锥体组成的网架结构。主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。

（3）三角锥组成的网架结构。主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分Ⅰ型和Ⅱ型）、蜂窝形三角锥网架等型式。

（4）六角锥体组成的网架结构。主要形式有：正六角锥网架。

1.2网架结构的主要特点

空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。

2网壳结构

曲面形网格结构称为网壳结构，有单层网壳和双层网壳之分。网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。

2.1网壳结构的形式

主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。

2.2网壳结构主要特点

兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工厂预制;安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；造型丰富多彩，不论是建筑平面还是空间曲面外形，都可根据创作要求任意选取。

3膜结构

薄膜结构也称为织物结构，是20世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构形式。它以性能优良的柔软织物为材料，由膜内空气压力支承膜面，或利用柔性钢索或刚性支承结构使膜产生一定的预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。

3.1膜结构的主要形式

主要有空气支承膜结构；张拉式膜结构；骨架支承膜结构等形式。

3.2膜结构主要特点

自重轻、跨度大；建筑造型自由丰富；施工方便；具有良好的经济性和较高的安全性；透光性和自结性好；耐久性较差。

4悬索结构

悬索结构是以能受拉的索作为基本承重构件，并将索按照一定规律布置所构成的一类结构体系，悬索屋盖结构通常由悬索系统，屋面系统和支撑系统三部分构成。用于悬索结构的钢索大多采用由高强钢丝组成的平行钢丝束，钢绞线或钢缆绳等，也可采用圆钢、型钢、带钢或钢板等材料。

4.1悬索结构形式

悬索结构按索的布置方向和层数分为：单向单层悬索结构；辐射式单层悬索结构；双向单层悬索结构；单向双层预应力悬索结构；辐射式预应力悬索结构；双向双层预应力悬索结构；预应力索网结构等。

4.2悬索结构的特点

悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用，结构中不出现弯距和剪力效应，可充分利用钢材的强度；悬索结构形式多样，布置灵活，并能适应多种建筑平面；由于钢索的自重很小，屋盖结构较轻，安装不需要大型起重设备，但悬索结构的分析设计理论与常规结构相比，比较复杂，限制了它的广泛应用。

5薄壳结构

建筑工程中的壳体结构多属薄壳结构（学术上把满足t/R≤1/20的壳体定义为薄壳）。

5.1薄壳结构的形式

薄壳结构按曲面形成可分为旋转壳与移动壳；按建造材料分为钢筋混凝土薄壳、砖薄壳、钢薄壳和复合材料薄壳等。

5.2薄壳结构的特点

壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的即经济又合理的结构形式。除以上几种空间结构外，尚有组合网架结构、预应力网格结构、管桁结构、张弦梁结构、点连接玻璃幕墙支承结构、索穹顶结构等几种常用空间结构，都有自身的特点和实用范围。比如点连接式玻璃幕墙支承结构能利用玻璃的透明特性追求建筑物内外空间的沟通和融合，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃面板的整个结构系统，使这种结构系统不仅起到支承作用，而且具有很强的结构表现功能；索穹顶结构则完全体现了fuller关于“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中”的思想，是由连续的拉索和不连续的压杆组成的一各受力合理、结构效率极高的结构体系。

6结束语

大空间框架结构 第3篇

摘 要：依据某框架结构的大跨度框架梁工程，通过对工程顶层屋面大跨度梁的方案选择，对比采用大跨度预应力梁与普通混凝土梁的受力特点，结果表明两种选型均适用于此工程，但预应力梁改善了使用阶段的性能；预应力混凝土梁能够减小结构挠度，延缓裂缝出现、降低裂缝开展宽度，同时又节省了钢材用量，降低了截面尺寸和混凝土用量，减轻结构的自重，从而降低了工程的造价。在大跨度、大空间结构中采用预应力混凝土具有较好的工程实践意义。

关键词：预应力混凝土；挠度；裂缝；经济分析

中图分类号： TU398.9 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）11-53-2

1 工程概况

该工程为学校使用的大礼堂建筑，位于邯郸市某中学院内，设有地下层，地上2层，建筑高度16.5m，属于多层民用建筑，主要功能为学生演出、及学校召开会议等多功能厅堂。演艺中心结构为框架结构，主要材料为钢筋混凝土，总建筑面积为3836.04m2，其中首层1560.80m2，二层723.09m2，地下层1552.15m2。建筑设计使用年限为50年，设计等级分类为一级。

2 结构方案选择

该工程演艺中心顶层跨度最大为33m，如果采用现浇普通钢筋混凝土，根据混凝土结构设计规范BS=知：矩形截面梁的高宽比h/b一般取2.0～3.5，而h=l～l，即此工程h取2400～3600mm，b取700～1800mm。初步确定混凝土梁截面为800mm×2800mm。若采用预应力技术，预应力框架梁高h=l～l，净跨与截面高度之比不宜小于4，以及截面宽度不宜小于250mm，h取1385～2540mm，b取346～635mm，故初步确定预应力混凝土梁截面为500mm×1500mm。

3 计算分析

本工程基本风压0.4kN/M2（地面粗糙度为B类），基本雪压0.35kN/M2。混凝土柱采用强度等级为C40混凝土，前三层（地下一层、池座层、楼座层）顶梁、顶板采用强度等级为C30混凝土，顶层（栅顶层）采用强度等级为C40混凝土，钢筋采用HRB400。共四个标准层，在第四标准层中选取框架梁WKL4进行分析。

3.1 结构挠度分析

3.1.1 预应力混凝土梁挠度计算

WKL4挠度计算，矩形截面受弯构件挠度f计算可按下列规定计算

B=（3-1）

f1=（3-2）

f2= （3-3）

f=f1-2f2（3-4）

kcr——预应力混凝土受弯构件正截面的开裂弯矩Mcr与弯矩Mk的比值，当k>1.0时，取kcr=1.0。Bs——预应力混凝土受弯构件的短期刚度。θ——考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数，对预应力受弯构件取2.0。B——考虑荷载长期作用下影响刚度。f1——荷载作用下的挠度。f2——预应力的反拱。

由此得出预应力挠度见表1。挠度最大为68.934mm，相对挠度==<，满足要求。

3.1.2 普通混凝土梁挠度计算

WKL4挠度计算按混凝土结构设计规范GB50010-2010规定计算，活荷载准永久值系数ψq=0.40，截面尺寸b*h = 800mm×2800mm。框架梁最大挠度d=72.8mm。计算跨度L0=33000mm，L0/d=453>300，满足限值要求。

3.2 结构裂缝宽度分析

3.2.1 预应力混凝土梁裂缝宽度分析

《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010规定：在矩形、T形和I形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件及预应力混凝土轴心受拉和受弯构建中，按荷载标准组合或准永久组合合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度可按下列公式计算：

ωmax=αcrψ（1.9cs+0.08）（3-5）

ψ=1.1-0.65（3-6）

deq=（3-7）

ρte= （3-8）

式中，αcr——构件受力特征系数，其中预应力混凝土构件取1.5。

由此得出预应力梁最大裂缝宽度为0.336mm。

3.2.2 混凝土梁裂缝宽度分析

通过SATWE计算，在框架梁下表面处裂缝最大，弯矩准永久组合Mk=6838.9kN×m（不考虑轴力作用）。As=10799.2mm2，Es=200000N/mm2，deq=25.00mm。cs=40mm，h0=2747.5mm，b=800mm，Ate=1120000.0mm2。Pte=0.010，σsk= 264.9N/mm2，ftk=2.01N/mm2，ψ=0.608。

由公式得出：最大裂缝宽度ω=0.4mm。

3.3 预应力梁与混凝土梁结构计算比较

两种选型均适用于此工程，但预应力混凝土梁可以减小使用荷载下的结构挠度，也可以延缓裂缝出现并降低外荷载较大时的裂缝开展宽度。在这种大跨度、大空间结构中采用预应力混凝土。

4 技术经济分析

采用预应力混凝土方案时，梁截面尺寸为500mm×1500mm，预应力钢筋采用fptk=1860MPa，低松弛钢绞线，做二次抛物线步筋，张拉力为σ=1395MPa。梁中主要配筋如下：上部通长筋为12C32，架立筋为12C14，下部通长筋为14C32（如图1）。采用普通钢筋混凝土方案时，33m跨梁梁宽截面尺寸为800mm×2800mm，梁中主要配筋如下：中顶筋15C18/3C18，左、右顶筋均为27C18，底筋22C25（如图2）。

预应力混凝土与普通混凝土相比，梁截面可减少1.3m，室内净高增加，结构轻巧，改善了室内观感。普通的钢筋用量可减少23%，混凝土量可减少65%。框架梁钢筋、混凝土部分造价就可减少约40%。此外，梁自重减轻65%。需要说明的是，普通钢筋混凝土梁无法避免开裂，而且钢筋太多，很难施工。

5 结语

综上所述，预应力方案比普通钢筋混凝土方案在使用阶段性能提高，同时又节省了钢材用量，减小了截面尺寸和混凝土用量，减轻结构的自重，从而降低了工程的造价。故工程采用预应力方案。

参 考 文 献

[1] GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[2] 毛卓鹏.大跨度预应力混凝土框架梁结构设计优化措施分析探讨[J].中外建筑，2009（08）：154-156.

[3] 李晨光，薛伟辰，邓思华.预应力混凝土结构设计及工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.1.

[4] 赵晓，徐佶霆，陈雷，阿拉腾仓.三河文化中心剧院结构设计[J].建筑结构，2012，5（42）（增刊）：383-385.

[5] 姚山，张继文，张鹤，王莉莉.某礼堂大跨度弧形预应力梁设计[J].建筑科学，2011，27（5）：89-92.

大空间框架结构 第4篇

工程结构在使用过程中由于环境荷载等因素的作用, 尤其当结构遭受较大的外来力 (如地震和火灾) 作用后, 可能发生各种损伤, 从而使结构无法满足使用功能的要求或使安全性降低。应及时的对这类建筑物进行损伤检测与评估, 判断其健康状况, 并针对其损伤程度的不同提出相应的保护和改善措施, 减少和避免不必要的人员伤亡和财产损失。使用BP神经网络法对结构进行损伤检测, 通过分步训练的方法可以很好的判断多层空间框架结构损伤的位置和程度, 该方法还可应用于对超高层以及多跨空间框架结构的损伤检测。

1 模态分析理论

振动问题的特征方程为: (K-ω2M) φ=0 (1) 其中K和M分别是整体刚度矩阵和质量矩阵;φ为正则化振型;ω为固有频率。假设损伤使结构刚度或质量矩阵产生了一个很小的摄动量, 则φ和ω产生了一个小的改变量, 结构运动的摄动方程为:[ (K+ΔK) - (ω2+Δω2) (M+ΔM) ] (φ+Δφ) =0 (2)

对于大型工程结构来说, 损伤一般对结构的刚度矩阵产生较明显的影响, 而对质量分布几乎不产生影响, 所以ΔM可看作为零。且对某个单纯模态i (i=1, 2, …) 有:

对结构的单个损伤单元N (N为损伤单元号) , 上式可化为:

引入单元损伤系数:

其中KNC是损伤后的单元刚度, KN是未损伤的单元刚度, 令α= (1-αN) 有:

式 (6) 表达了特征值的变化依赖于单元损伤的程度 (α) 和位置 (单元N) 。

2 数值模拟

所采用的八层空间框架结构计算模型及单元编号如图1所示, 框架结构每一层长、宽、每层高, 各杆均为矩形截面, , 密度, 泊松比, 弹性模量。

结构单元损伤造成的刚度减少通过单元弹性模量的减少来模拟。对于对称型结构, 对称位置上相同程度的损伤, 将引起结构自振频率相同的变化, 直接根据频率变化判定损伤位置将不可行, 故分两步来判断结构的损伤情况。先判断出损伤杆件的类型、处于哪一层和损伤程度, 然后再判断具体的损伤位置。

第一步训练:利用ANSYS的APDL命令来实现并获得各损伤情况下对应的各阶固有频率。神经网络系统的输入层有6个单元, 使用每一种损伤情况下对应的前六阶固有频率作为输入, 中间包含一个隐含层, 输出层有三个单元, 分别代表损伤所处的层数、梁柱类型 (0代表梁, 1代表柱) 和损伤的程度。另外, 通过ANSYS计算得到从杆1到杆64逐个破坏, 破坏程度为随机数的一组数据作为检验样本, 共计64*9即576个训练样本和64个检验样本。通过第一步训练得到的神经网络系统, 可以判断出损伤处于哪一层、和梁或者柱损伤的类型和程度, 但具体是哪个杆件损伤还需进一步识别。

第二步训练:用1, 2, 3, 4分别代表前后左右四根杆件。需要用来训练和检验的各种损伤工况与第一步相同如表1。为了解决结构对称性问题, 在每一层取一个节点共8个节点, 同样利用ANSYS的APDL命令来实现杆1到杆64从10%到90%各种破坏程度的逐次破坏, 并获得这8个节点在Y方向的第一阶阵型和在X方向的第三阶振型, 目的是为了利用节点在Y方向和X方向的不同对称性。第二步训练的神经网络输入层有16个单元, 中间包含一个隐含层, 输出层有一个单元, 代表损伤的具体位置, 即16输入1输出3层神经网络系统[9]。综合两步的结果便可得到损伤的确切位置和程度。

经过两步训练之后, 得到所需的全部3个网络。使用网络时先把待检验数据带入第一个网络, 可以得出损伤位置在哪一层、损伤的类型和程度, 然后根据第一步的结果再把检验数据分为梁损伤和柱损伤两种情况带入对应的具体位置检验网络 (a) 或者是 (b) , 综合两个网络的输出结果便可得出确切的损伤位置和程度。

这样的分步检测方法可以解决结构的对称性问题, 可以应用于多跨框架结构, 也可以应用于多至上百层的空间框架结构。

摘要：通过有限元模态分析, 获取结构在完好和不同损伤程度下的各阶固有频率与节点振型位移, 利用二者的差值作为损伤标识量, 灵活的利用BP神经网络进行分步训练, 得到框架结构损伤检测的神经网络系统, 可以对多层空间框架结构的损伤位置和程度做出成功检测。

关键词：神经网络,多层空间框架结构,损伤检测

参考文献

[1]王开凤, 张谢东.土木工程结构损伤识别研究[J].公路, 2008, (1) .

[2]张长江, 阿肯江.托呼提, 严跃成.基于神经网络的框架结构损伤诊断的探讨[J].基建优化, 2006.4, 27 (2) .

[3]J L Zapico, K Worden and F J Molina.Vibra-tion-based damage assessment in steel framesusing neural networks.Institute of Physics Pub-lishing, 2001, (10) 553–559.

[4]代佳宏.基于神经网络的土木工程结构损伤识别研究.科技资讯, 2008, (20) .

[5]赵洋, 李树山.BP人工神经网络在结构损伤检测与识别中的应用[J].水科学与工程, 2006, (1) .

[6]J N Kudvat, N Munirt and P W Tan.Damagedetection in smart structures using neural net-works and finite-element analyses.Smart MaterStruct, 1992, (1) 108-112.

[7]龚曙光, 谢桂兰.ANSYS操作命令与参数化编程[M].机械工业出版社, 2004, 4.

大空间框架结构 第5篇

某物流基地的仓储1为二层现浇混凝土框架结构，总建筑面积约5328平方米。其中仓储1横向框架梁采用部分预应力混凝土。仓储1剖图如图1所示。在设计过程中将结构分为A、B两区。其中横向框架一层为15m+15m+9m三跨连续,二层为15m+24m两跨连续。除两边框架外，其余横向框架均采用部分预应力混凝土结构，开间为5.2米，首层层高为l0米，二层层高为9米。

仓储1的楼面活载较大，为18kN／m2，根据建筑使用要求，屋面为绿化屋面，活载为3.0kN／m2。

预应力体系是采用钢绞线夹片式群锚体系，钢绞线采用高强度低松驰钢绞线，规格为s15.24，强度标准值fptk为1860N／mm2，采用OVM群锚体系。本工程为后张现浇有粘结预应力混凝土结构，即在框架中用金属波纹管预留孔道,并穿入预应力钢绞线，浇筑混凝土后，张拉预应力筋，再孔道灌浆。本工程单束预应力筋最大张拉应力达1395MPa(超张拉应力为1465 MPa)。

2. 设计依据及步骤

本工程根据部分预应力混凝土结构理论进行设计，采用预应力筋和普通钢筋混合配筋。在长期使用荷载组合作用下允许梁出现拉应力，在短期荷载组合下控制截面允许裂缝。

预应力筋采用曲线形式配置于构件中，当预应力筋张拉后，由于呈曲线形状，预应力筋对构件产生沿预应力筋法线方向的横向力（等效荷载)，同时预应力筋还对构件产生轴向预压力，预应力筋一方面起受力筋的作用，一方面其等效荷载改变了结构的受力状态。

等效荷载作用于实际构件，产生的弯矩为综合弯矩Mn，综台弯矩和轴向预压力一起在构件截面的受拉边产生预压应力σpc ,即预应力筋产生的效应。

预应力混凝土框架梁按下列步骤进行设计：

2.1．分析梁的内力情况并初估梁的截面尺寸；

2.2．根据框架梁的受力情况，确定预应力筋的曲线布置形式；估计预应力筋的数量Ap,及张拉控制应力σcon；

预应力筋的数量Ap通常按控制截面的裂缝验算要求决定，估算公式如下：

式中M—弯矩设计值

σpe—预应力筋的有效预压应力

αct—混凝土拉应力限制系数，根据裂缝控制等级取值。

ftk——混凝土抗拉强度标准值。

2.3.在估算出预应力筋用量后，将其布置在结构内，再准确计算预應力效应，首先计算预应力筋第一批预应力损失，即锚具变形和预应力筋内缩损失σl1和预应力筋摩擦损失σl2，从而计算各截面处张拉阶段的实际应力σp1；

2.4.计算第二批预应力损失，即钢绞线松驰损失σl4 ,混凝土收缩徐变损失σl5。σ1与张拉阶段的混凝土的预压应力，以及预应力筋和普通钢筋的配筋率有关，在此阶段也是估算；

2.5.预应力筋在各个截面处,将张拉控制应力σcon ，扣除各项损失即得使用阶段有效应力，进而计算整条预应力筋的有效预拉力σpe；

2.6.根据上述有效预拉力重新计算其等效荷载(若与第2步中所估计的等效荷载相差较大,则应调整配筋量)，计算综合弯矩Mn,及混凝土预压应力σpc；

2.7.作截面强度计算，预应力筋作为受力筋，各截面强度不足部分由普通钢筋补足。

此步计算中，按使用荷载下弯矩的设计值，并考虑次弯矩M2 (超静定结构由于预应力及其偏心引起的变形受到约束而产生的截面弯矩)的影响，作为强度验算时的设计弯矩。

3. 使用荷载下框架梁弯矩图

框架在最大使用荷载作用下的梁弯矩图见图2所示。

3.1. 结构框架梁内力分析

3.1.1．楼面梁(15m+15m+9m)

控制截面在中跨内支座处，M＝-2333KN•m，而9米跨的各截面弯矩较小，不起控制作用。

3.1.2．屋面梁(15+24米)

控制截面在24m跨的跨内，M＝3960KN•m，内支座处弯矩也较大，M＝-3373KN•m；而15米跨的跨中弯矩M＝l181KN•M，其值较小，表现了不等跨梁内力相差悬殊的特点。

4. 预应力筋的布置形式及用量估算

4.1. 预应力筋的布置形式

在框架梁的预应力筋布置应尽可能与外弯矩一致，并应尽量减少孔道摩擦损失及锚具数量，一般有正反抛物线、直线与抛物线相切、折线形、正反抛物线与直线混合布置四种布置方法。

4.1.1.框架梁预应力筋布置形式分析

4.1.1.1.楼面梁(15m+15m+9m)

两束预应力筋在连续梁中分上下层通长布置。

跨度为15米的边跨梁：两束预应力筋均成典型曲线布置，即正反抛物线相切的曲线，希望在跨中、内支座产生相当的综合弯矩Mn。

跨度为15米的中跨梁：两束预应力筋均成近似理想曲线布置，即正向抛物线曲线，希望在控制截面内支座处产生最大的综合弯矩。

跨度为9米的梁：该跨在使用荷载作用下的弯矩远远小于其它两跨，这是不等距连续梁的特点，从使用性能及承载力要求方面，不需要与其余两跨同样多的预应力筋。但是，如果在该跨将预应力筋切断，会带来构造、施工上的不便，且预应力筋本身节省不多。

因此．在9米跨梁中，预应力筋的布置以平直、减少摩擦损失为原则.一束预应力筋在梁顶部平直通过，另一束预应力筋自跨中开始在梁底部平直通过。

4.1.1.2.屋面梁(24+15米)

一束预应力筋在连续梁中通长布置，另一束预应力筋布置在24米跨梁内。15米跨梁内支座附近截断，以适应不等跨连续梁的特点。

跨度为24米的梁：整个梁的控制截面在该梁跨内，距边支座l米。为在该处形成最大综合弯矩Mn ，将两束预应力筋均匀布置成双折点折线，其中一个折点在控制截面附近(折点距支座为9.0m)

跨度为15米的梁：该梁的跨中弯矩及边支座弯矩与24米跨梁相比均较小，因此只布置一束预应力筋，呈典型曲线形式。这主要是为了使通长预应力筋在内支座处较为平滑，因为典型曲线在内支座处有一段反向抛物线。

4.2.预应力筋用量估算

本工程预应力筋为高强低松驰钢绞线，规格由s15.24，单根钢绞线面积140mm2，强度标准值fptk＝1860MPa，张拉控制应力取σCON=1395Mpa,为0.75fptk，根据结构内力图及选定的预应力筋布置形式，根据2.2条估算出预应力筋用量如下：

楼面梁，2-6s15.24，Ap =1680 mm2，屋面梁，1—7s15.24，通长布置，l-7s15.24布置在24米跨梁内，Ap＝1960mm2。

5. 预应力等效荷载及综合弯矩

5.1.预应力损失σl及有效预应力σpe

5.1.1.计算预应力损失σl时，一些基本参数如下：

张拉控制应力σcon取1395 N／mm2；

计算锚具变形及预应力筋内缩损失σl1,OVM锚具属夹片式群锚具，内缩值取6mm；

计算孔道摩擦损失σl2：孔道采用预留镀锌波纹管，κ取0.0015，μ取0.25；

计算预应力筋应力松弛σl4，本工程采用的低松驰钢绞线，应力松驰损失取3.5％σcon；

计算混凝土收缩徐变损失σl5:考虑普通钢筋的影响。

5.1.2.计算完各项预应力损失后，再计算出各截面处的有效预应力值σpe。

5.2.等效荷载及综合弯矩

由有效预应力值σpe，计算预应力等效荷载，并计算综合弯矩Mn,见图3、图4所示。

6.设计结果及构造

6.1.表1～表3列出各框架梁在使用期间的各项性能指标。

楼面梁(15m+15m+9m)各截面使用性能指标 表1

楼面梁（15+24m）各截面使用性能指标 表2

表中：σc-使用荷载下受拉边缘混凝土拉应力；

σpe-扣除各项损失后的预压应力。

预应力度λ=σpc/σsc。

1．框架梁15M梁裂缝宽度在O.1l～0.12mm。

2．预应力度λ，除个别截面外，预应力度在0～1之间，属部分预应力混凝土。

6.2.承载力极限状态和正常使用极限状态验算

6.2.1．梁正截面强度计算时，考虑到预应力引起的次弯矩的影响．一般次弯矩在支座处是有利的，在跨中处是不利的。

6.2.2．梁剪力计算时考虑预应力筋强度的有利作用。

6.2.3．计算梁挠度时考虑预应力引起的反拱。

6.3.构造

本工程选用的OVM钢绞线群锚锚固体系，该体系配套齐全，给设计和施工带来了方便，在构造上有以下特点：

6.3.1．OVM锚固体系在张拉端承担局部集中力的是锚垫板和螺旋筋，边柱的钢筋应适当向两边集中布置，以便在中间留出放置锚垫板和螺旋筋的空间。

另外，中柱的钢筋排列，也应考虑波纹管通过所需的空间。

6.3.2．本工程屋面梁的固定端锚具，选用OVM-P型锚具，这是一种埋入梁内的粘结式锚具，每根钢绞线端部先用专用挤压器挤压一个专用套筒，其作用类似于钢丝的“墩头”。然后钢绞线穿入孔道，其端部套筒与一个专用锚板一起固定在设计位置的梁混凝土内形成固定端锚具。

参考文献

[1] 陶学康. 后张预应力混凝土设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1996.

[2] 混凝土结构设计规范.GB50010-2010.北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] 预应力混凝土用钢绞线.GB/T 5224-2003.北京：中国标准出版社，2003.

大空间框架结构 第6篇

上海某三甲医院传染科病房楼为一幢单体建筑, 包括地下2层车库和地上5层门急诊病房楼, 建筑高度约为19.35m。总平面如图1所示。

本工程在靠近院外长乐路一侧有一地下污水处理池仍在使用且需要保留, 造成该区域内的框架柱不能直接落地, 使之成为本工程的设计难点和关键点。本文即围绕此关键点展开分析和论述, 包括关键悬挑构件在小震和中震作用下的构件设计及节点分析, 在罕遇地震作用下的弹塑性分析等。

设计中, 考虑在地面一层采用加设混凝土斜撑的办法承托该部分结构并避开污水池, 如图2所示。

混凝土斜撑下端直接置放在地下室混凝土连续墙上, 斜撑上端与水平挑梁整体浇注, 并由底层梁板来承担斜撑水平推力。斜撑相关框架柱及挑梁端部跨采用型钢混凝土结构形式。

此类型大悬挑结构的受力特点是大悬挑构件兼作转换构件, 受力很大且是整体结构的最关键构件, 容易造成应力集中等问题, 对其内力分析也比较复杂。同时整体结构又受到悬挑部分的影响, 需要对其在大震下的整体稳定作详细分析。

二、上部结构整体设计及关键悬挑构件分析

根据《建筑结构可靠度设计统一标准》, 结合本工程的重要性及特性, 结构设计及计算将根据《建筑抗震设计规范》的抗震设防目标 (小震不坏, 中震可修, 大震不倒) 进行两阶段计算 (多遇地震作用下的承载力、弹性变形验算和罕遇地震作用下的弹塑性变形验算) 。

上部结构设计及计算主要从如下几个方面考虑:

对全部结构进行正常使用条件下承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算;

对全部结构按上海设防烈度 (7度) 进行多遇地震下的地震作用计算, 按提高一度 (8度) 进行多遇地震下的抗震构造设计和计算;

对地面一层大悬挑构件及其相关的梁、柱、斜撑等重要构件按上海设防烈度 (7度) 除进行多遇地震下的水平地震作用计算外另考虑竖向地震作用的计算, 抗震等级提高一级;

对地面一层大悬挑构件及其相关的梁、柱、斜撑等重要构件按上海设防烈度 (7度) 进行相当于基本设防烈度的地震作用 (即中震) 情况下的抗震计算 (第二水准:允许结构达到或超过屈服极限, 产生弹塑性变形, 依靠结构的塑性耗能能力, 使结构得以保持稳定保存) ;

按上海设防烈度 (7度) 进行罕遇地震 (相当于8度) 作用计算。

根据上述计算目标, 确定本工程采用中国建筑科学研究院编制的SATWE空间有限元分析软件进行全部计算 (包括弹性时程分析计算) , 另采用韩国MIDAS/Gen通用有限元程序进行罕遇地震下静力弹塑性的补充计算。

(一) 多遇地震整体计算分析

用SATWE建模计算结果如下:

1. 周期及扭转 (见表1)

2. 最大弹性层间位移与楼层高度之比

地震作用下的层间最大位移角为:X方向, 1/719;Y方向, 1/608。

3. 地震作用下的最大层间位移比

X方向, 1.14;Y方向, 1.20。

4. 按偶然偏心进行地震作用下的位移比计算出的结果X方向, 1.18, 相应的位移角为1/693, 出现在地面上第2层;

Y方向, 1.34, 相应的位移角为1/727, 出现在地面上第4层。

5. 层间刚度比

本结构单元从地面一层到二层为局部竖向外挑的主要变化过渡层, 根据SATWE程序计算结果, 地上二层与一层的侧向刚度比为:Ratx=0.7010;Raty=0.5308。

地上一层与二层70%的侧向刚度比为:Ratx1=2.0378;Raty1=2.6910

6. 地震剪力与重力之比 (地面一层)

X方向, Q0x/Ge=6.27%, 有效质量系数:99.5%;

Y方向, Q0y/Ge=6.03%, 有效质量系数:99.5%。

7. 抗倾覆验算结果 (见表2)

8. 弹性时程分析

本工程计算采用一条上海人工地震波 (SHM1-4) 和两条天然波 (分别为TH3TG090和TH4TG090) 进行弹性时程分析计算, 结果如下:

最大楼层位移曲线:X方向18.4mm, Y方向19.1mm。

最大层间位移曲线 (层间最大位移角) :X方向1/729, Y方向1/642。

最大楼层剪力曲线:X方向5375 kN, Y方向5243kN。

上述时程分析结果均满足《建筑抗震设计规范》有关单条时程曲线计算底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的65%和多条时程曲线计算底部剪力平均值不小于振型分解反应谱法计算结果80%的要求。

(二) 设防烈度地震 (中震) 悬挑构件计算分析

为保证地面一层大悬挑构件及其相关的梁、柱、斜撑等重要构件在中震下能继续保持弹性状态 (允许部分一般构件达到或超过屈服极限, 产生弹塑性变形) , 从而保证整体结构的安全, 本工程在进行设防烈度下的地震作用计算时, 取最大影响系数αmax=0.23。

1. 层间最大位移角

现行规范尚未对中震下的结构变形提出明确控制指标, 此处列出仅供参考) :

X方向, 1/229;Y方向, 1/227。

2. 主要构件内力

按照上述地震荷载作用和设计原则, 计算出结构内力。根据计算结果知道, 一层大悬挑构件及其相关的梁、柱、斜撑等重要构件在中震下可以继续保持弹性状态。因此, 本结构设计可以达到上述目标。现以受荷载作用最大的 (3) 轴线梁柱支撑为例, 列出其构件内力从小震到中震的变化, 见表3。

(三) 罕遇地震计算分析

进行罕遇地震作用的计算目的是了解结构在罕遇地震作用下能否满足《建筑抗震设计规范》关于大震不倒的抗震设防目标。因此, 本结构首先采用EPDA/EPSA软件分别进行罕遇地震作用下结构的弹塑性变形暨静力弹塑性分析 (PUSH-OVER) 抗倒塌验算和动力弹塑性计算, 然后采用韩国MIDAS/Gen通用有限元程序进行静力弹塑性分析 (PUSH-OVER) 补充计算。在进行罕遇地震作用计算时, 依据上海《建筑抗震设计规程》取最大影响系数αmax=0.45, 特征周期Tg=1.1sec。

1. 静力弹塑性EPSA计算

图3分别为各楼层位移、各楼层位移角和抗倒塌验算图。

从图3中可以看出, 最大层间位移角出现在地面以上二层为1/95, 而结构顶点位移为141mm, 位移角相当于1/138。而从抗倒塌图中可以看出结构的能力曲线穿越需求谱曲线具有性能控制点, 说明本结构可以抵御罕遇地震作用而不倒塌, 既满足《建筑抗震设计规范》规定框架结构最大弹塑性层间位移角不大于1/50的限制要求, 也满足了“大震不倒”的抗震设防目标。

2. 动力弹塑性EPDA计算

图4 (P63) 为根据EPDA软件输入上海人工地震波 (SHM1-4) 和两条天然波 (分别为TH3TG090和TH4TG090) 后进行罕遇地震下结构的动力弹塑性时程分析计算结果。图中所谓第1、2、3条波分别相应于TH3TG090、TH4TG090和SHM1-4波。

(1) 位移时程曲线

从三条波的时程位移曲线可以看出TH4TG090波作用下的顶层最大响应位移达152.2mm (相当于位移角为1/124) 。

(2) 楼层位移曲线和层间位移角曲线

最大楼层位移152.2mm (相当于位移角为1/124) 与上述TH4TG090波的时程位响应一致。地面以上的第二、第三层楼面的楼层位移角近于最大值, 约为1/87。 (见P64图5)

(3) 楼层剪力曲线和楼层弯矩曲线 (见P64图6)

图6所述罕遇地震下结构的动力弹塑性时程分析计算结果与静力弹塑性分析计算结果相当, 说明本结构可以抵御罕遇地震作用而不倒塌, 满足《建筑抗震设计规范》规定框架结构最大弹塑性层间位移角不大于1/50的限制要求和“大震不倒”的抗震设防目标。

3. 静力弹塑性MIDAS计算

为了简化计算分析过程, 考虑到地下室与上部结构的刚度关系, 在采用MIDAS进行静力弹塑性计算时将地下室部分视为上部结构的嵌固约束点从而省略。以此进行整体和抽取其中一榀框架进行对照计算, 见图7图8所示。

图7、图8中, 整体和单榀抗倒塌图的能力曲线均穿越需求谱曲线具有性能控制点, 说明结构可以抵御罕遇地震作用而不倒塌, 满足《建筑抗震设计规范》规定。

图9、图10 (P65) 分别是整体和单榀计算的各楼层位移、各楼层位移角图。

从两图中可以看出, 最大层间位移角也均出现在地面以上二层。其中整体计算的最大位移角约为1/185, 结构顶点位移累计为73mm, 位移角相当于1/259。而单榀计算的最大位移角约为1/77, 结构顶点位移累计为145mm, 位移角相当于1/130。显然, 单榀框架的空间整体性远不及整体结构的空间效果。但整体和单榀抗倒塌图中的能力曲线均穿越需求谱曲线具有性能控制点, 说明本结构可以抵御罕遇地震作用而不倒塌, 既满足《建筑抗震设计规范》规定框架结构最大弹塑性层间位移角不大于1/50的限制要求, 也满足了“大震不倒”的抗震设防目标。

另外, 在观察罕遇地震作用下塑性铰的出现顺序和分布时发现塑性铰基本以地面以上二层为先为多。最终破坏时的塑性铰也在二层以上的柱、梁。而底层混凝土型钢柱则没有出现破坏铰, 说明底层可以满足大震下的抗震要求。

三、结束语

综合上述, 对该病房楼大悬挑框架结构的设计作出以下结论:

对此类整体悬挑框架结构进行除正常使用条件下的强度和正常使用极限状态的设计外, 根据《建筑抗震设计规范》的抗震设防目标 (小震不坏, 中震可修, 大震不倒) 进行两阶段设计 (多遇地震作用下的承载力、弹性变形验算和罕遇地震作用下的弹塑性变形验算) 是有必要的, 也是可行的。

应对大悬挑构件及其相关的梁、柱、斜撑等重要构件进行多遇地震下的水平地震作用计算和即中震情况下的抗震计算。

应对结构整体进行罕遇地震作用计算以了解结构在罕遇地震作用下能否满足大震不倒的抗震设防目标。

摘要：以上海某医院传染科病房楼大悬挑框架结构的设计为例, 介绍了大悬挑结构关键构件在小震和中震作用下的构件设计及节点分析, 在罕遇地震作用下的弹塑性分析方法。建议对此类整体悬挑框架结构进行两个阶段的设计, 并对重要构件进行抗震计算。

关键词：整体大悬挑,悬挑构件,弹性分析

参考文献

[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范 (2008版) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2001

[2]吕西林.中震弹性设计与中震不屈服设计的理解及实施[J].上海:结构工程师, 2008

大空间框架结构 第7篇

1 模板工程的施工技术

1.1 模板设计方法

在模板设计之前, 我们需要选用合适的钢模板进行施工, 在本工程当中, 我们将钢模板分成两行进行横纵拼接, 内钢楞应选用两根规格为6.3的槽钢, 并将其间距控制在750mm;外钢楞与内钢楞的规格相似, 其间距设置为900mm, 拉螺栓选用M20, 并保证其间距在750mm左右。

1.2 技术参数

在本工程施工过程中, 首先, 需要将混凝土的自重控制在24k N/m3, 要求其强度等级为C35, 坍塌度为80mm;其次, 在进行混凝土工程施工过程中, 施工人员需要采用0.5m3的吊斗塔吊来进行施工, 并且要求混凝土的浇筑速度控制在1m3/h, 将其温度控制在20℃, 另需采用插入式振捣器对混凝土进行均匀的振捣;最后, 需要对钢模板的抗拉强度进行严格的规定, 钢楞的挠度应该控制在3mm左右。

1.3 模板的构造

在模板工程施工之前, 施工人员需要对模板进行构造, 其主要步骤为:采用相应设备对钢模板进行钻孔, 但绝不可采用电焊或气焊;根据设计要求以及相关规定, 采用相关模板在平整而干净的施工场地进行拼装;每相邻两个钢模板都需要采用螺栓进行固定, 一般是每300mm设置一个螺栓, 其中, 在模板的两端需要采用螺栓以及L形插销间隔进行设定;内钢楞与钢模板之间需要每间隔500mm设置一个钩头螺栓, 而外钢楞与钢模板之间需要在每块模板的中间设置一个钩头螺栓;在各个零部件连接的时候都需要采用相应规格的蝶形扣件进行连接;钢模板的支腿需要采用规格为6.3的加工的槽钢进行连接;钢模板单元的配置长度应用根据塔吊的工作能力以及墙体的尺寸大小进行全面考虑。

2 模板的安装与拆除工程

2.1 模板的安装流程

实施放线工作, 钢模板就位采用相关设备吊装墙体外模板通过穿墙螺栓将其固定吊装墙体内模板在工程的阴阳角吊装模板将内外模板通过螺栓进行固定适当调整斜撑, 并进行混凝土工程的施工拆模, 将模板上的水泥清洗干净, 以备下次使用。

2.2 模板的具体安装方法

模板工程的准备工作是保证模板安装质量的重要保证, 其准备工作有:首先, 施工人员需要对模板进行彻底清理, 然后涂抹一层脱模剂, 其次, 对墙体钢筋进行严格检查与管理, 验收合格之后将需要施工的位置清理干净, 并对其进行找平层, 以此保证模板的位置;再次, 施工人员需要对中心线以及施工位置进行放线工作;最后, 施工人员需要对大模板进行试吊工作, 在其过程中, 应该尽量保证模板以及吊装设备的稳定性。

在模板吊装的过程中, 施工人员需要注意的是:不管是在起吊还是在落钩的过程, 都需要严格控制其速度, 缓慢的进行, 以免与其他物体发生碰撞, 无法保证其质量;等到模板吊装完毕之后应适当调整支腿, 以保证其稳定性;根据设计要求, 需要在已吊装的模板设置相应的穿墙螺栓;在内模板工程施工过程中, 施工人员需要严格根据外模板的施工进行;在工程的角模需要采用小钢模进行吊装, 并且在固定角模的过程中, 施工人员可以采用U形卡件来将其与相邻的模板进行连接与固定, 在角模与侧模连接的地方, 施工人员可以在混凝土的表面预留一条混凝土先以作施工缝, 并采用相关设备来保证其质量。

接缝的处理。首先, 施工人员应该将每相邻两块模板采用U形卡件固定;其次, 在工程外墙上下楼层的接缝处, 为了避免混凝土流淌, 我们可以采用厚为10mm的厚海绵条进行施工。

2.3 模板工程的拆除工作

当模板工程完毕并在常温之下, 保证混凝土强度达到设计要求之后就可以进行模板的拆除工作, 其工作流程为:模板的拆除与安装工作是相反的, 首先需要先拆除穿墙杆, 此时模板就会全部脱离混凝土墙面, 如果有少数部分附着在墙面上, 施工人员可以在模板下口采用设备进行撬动, 拆下的所有零件需要经过技术人员的清点之后放入到储存箱当中, 以便循环使用;角模拆除, 角模的两侧都是混凝土墙面, 吸附力较大, 拆模时应先清理干净根部的混凝土浆, 然后用撬棍撬动角模下口, 注意上下配合施工, 防止角模倾倒伤人。严禁野蛮拆模, 使模板变形而影响质量, 或增加角模拆除难度;角模拆除后, 凸出墙面的混凝土线条应及时磨平;起吊模板前, 须认真检查穿墙杆是否全部拆完, 是否有钩、挂、兜、拌的地方, 并清除模板及平台上的杂物, 起吊时吊环应落在模板重心部位, 并应垂直慢速, 确认无障碍后, 方可提升吊走, 同时不得碰撞墙体;大模板脱模后及时进行板面清理工作, 用扁铲刀、钢丝刷等工具, 清除板面粘附的砂浆或隔离剂残渣, 再用棉丝擦净, 涂刷新的隔离剂。

3 结语

框架墙体结构中墙体面积不大, 如采用全钢大模板, 一次性投人大, 通用性、重复使用性差。胶合木模板受施工条件、工人素质、材料品质等因素影响, 周转次数少。小钢模组合大模板配置灵活, 一次组装可多次周转使用, 整体安装、整体拆除、整体转移减少了模板损耗, 可加快施工速度, 提高劳动效率。在框架墙体结构条件下, 小钢模组合大模板较具优势。

摘要：某工程的结构形式为框架—墙体结构, 在对该工程施工过程中, 施工人员采用了小钢模组合大模板对其进行施工, 实践证明, 通过该类型的施工, 合理的配置了模板设计, 节约了工程的施工成本, 缩短了工程的施工工期, 保证了整个工程的质量。本文就小钢模组合大模板在框架—墙体结构中的应用进行分析, 以供参考。

关键词：小钢模组合,大模板,建筑结构,模板设计,应用

参考文献

[1]刘刚.钢大模板在剪力墙结构中的应用技术[J].内蒙古科技与经济.2011 (07) .

大跨度建筑的空间形态与结构技术 第8篇

1. 大跨度建筑空间结构的分类

1.1 薄壳结构。

它是一种以薄壳所构成的结构体系, 材料大都采用钢筋和混凝土, 按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。

1.2 空间网格结构。

其主要由曲面型网壳跟平板型网架等结构通过杆件进行节点汇交所组成的结构形式。

1.3 张力结构。

主要是由索穹顶、膜结构、悬索结构通过膜、索张拉所组成的结构体系。

1.4 杂交结构。

主要是由悬索、网壳、网架与拱杂交, 网壳、网架与斜拉索杂交等通过作为受力主体的斜拉索和拱而形成的多种结构类型杂交组合的结构形式。

以上这些结构形式, 其中薄壳结构施工过程非常复杂, 现在应用较少, 其他三种结构形式最为普遍, 为我国建筑发展的主要方向。以下主要对这三种结构的应用进行具体分析。

2. 大跨度建筑空间结构的应用现状

2.1 空间网格结构

上世纪八十年代初期, 我国根据平板网架出台了《网架结构设计与施工规定》, 规定网架分析程序, 从而促使空间网络结构在大型建筑中的应用。当然, 这也是因为网架结构具有一定的优点, 其结构平面布置非常灵活, 设计起来比较简单, 同时对下部结构无其他专门的要求, 安装加工业相当的简捷, 屋面的铺装极其方便。因此, 在1990年的北京亚运会时所建的体育建筑都选用网架结构, 其跨度达到了50米。从那之后, 这种空间网络结构开始在单层大面积工业厂房中得以应用, 其轻屋面、大柱网、大面积、可悬挂吊车等特点, 备受企业厂家的青睐。比如1994年建筑的长春第一汽车安装厂, 柱网21m21m, 焊接空心球网架, 面积达8万平米, 其厂内流水生产线都是悬挂于网架结构。

同时, 在网架结构的基础上, 受力更为合理、造型更为优美的网壳结构也实现了快速的发展。网壳结构根据其曲面情况可分为扭壳面、双曲抛物面、圆柱面、球面等多种形式。比如, 奥运体育中心体育馆72m83m的斜拉网壳;一九九五年建成的天津体育馆使用的是双层球面网壳, 外径达135m, 净跨为108m, 其杆件使用的是钢管, 通过焊接空心球节点而组建空间网络结构。

空间网格结构采用铝合金材料较多, 铝合金具有外观美、自重轻、抗腐蚀性强、免维护等特点。一般是采取一定的技术使用铝合金建造铝合金穹顶, 比如一九九六年建成的上海国际体操馆, 其为单层球面网壳, 拥有68m的直径。

2.2 张力结构

张力结构主要包括张拉整体结构、膜结构、悬索结构。所拥有的优点为:结构自重轻、材料高强、通过受拉系统进行传力。其中, 悬索结构应用比较成功的为一九六一年建成的北京工人体育馆, 其屋盖为圆形平面, 直径为94m, 所采用的是车辐式双层悬索结构体系;以及一九六七年建成的浙江人民体育馆, 使用的是短轴为60米、长轴为80米的椭圆平面, 即双曲抛物面正交索网结构。双曲抛物面正交索网结构在当时可谓是世界较为先进的, 但是到了八十年代, 这些悬索结构大多处于停顿状态, 一直到九十年代中期, 才重新被采用和重视, 因为那时开发出了几何非线性分析程序等技术, 可以解决工程实际上的计算要求。比如那时建筑的青岛体育馆、四川省体育馆等悬索结构。

最受人们喜欢的是张拉结构还属膜结构。1997年建成的上海九万人体育场采用的就是膜结构, 从那以后, 膜结构在国内得到极大的发展和普及, 2000年建成的青岛颐中体育场罩蓬, 结构由60个锥形膜单元、脊索谷索、立柱、内环索、外环钢圈梁所组成, 平面180m的短轴、266m的长轴, 37m挑蓬悬挑, 覆盖面积达3万平方米。再如, 浙江义乌会展体育中心体育场挑蓬, 由主内边索通过斜拉索、塔架构成一个以索张拉为主的受力体系, 再跟谷索、钢桁架、与看台框架柱、内边索进行相连, 在谷索和钢桁架之间进行膜构成挑蓬屋面的布置, 其悬挑为49m, 为当今最大悬挑之一。

2.3 杂交结构

杂交结构是大跨度建筑空间结构发展最有前途的一种形式, 它是由两个或者两个以上的空间结构形式通过最优的组合方式混合杂交而成。一般情况下, 杂交结构的主体结构大多为悬索、斜拉索、拱等以轴力为主的结构体系, 因为其主体结构要跨越建筑中的大跨度, 而其辅助结构主要是依附主体结构并支撑主体结构而设置的, 其辅助结构一般为网壳、网架等平面桁架和空间网格结构, 也可以采用膜结构和悬索结构。杂交结构中, 主要是主体结构感染力强、气势浩大。比如, 北京朝阳体育馆, 其平面为椭圆形 (78m69m) , 所采用的是两边索网与中央索拱杂交;再如, 2000年9月建成浙江杭州黄龙体育中心主体育场, 其所采用的是斜拉网壳结构, 体育场平面为圆形, 250m的直径, 50m的挑蓬结构悬挑, 悬挑跨度当时堪称国内第二大, 其整个结构由网壳、斜拉索、吊塔、内、外环梁跟抗风的稳定索杂交而成, 充分发挥了各种结构的特点, 取得了非常好的效果。

2.4 大跨度建筑的空间形态与结构技术的未来发展

大跨度建筑空间结构技术的发展无穷无尽, 从古代到现在, 各式先进的、实用的空间结构形式相继而出, 在我国建筑业中得到了广泛应用。而在未来, 各种大型建筑将向更大跨度、更优美的造型、更先进的结构体系发展, 这已是必然。各种大型的体育中心馆、会展中心、候机楼等建筑将会以全新的技术和最优美的形态出现。

其中, 网络空间结构的发展中, 其网架结构将成为主流, 可以确定的是, 未来的网格空间结构将实现最大跨度150m乃至更大。而网架将仍然以其造价低廉、施工安装快捷、平面布置灵活等优点广泛应用于中小城市大柱网单层工业厂房。同时, 张拉结构在未来的发展将仍然是最热门的方向。张拉整体结构、张拉膜结构结构性能好、轻巧、美观, 其将广泛应用于大中城市的体育场馆、会展中心。杂交结构将成为未来发展的最佳应用方式, 也是未来发展最具创新意义的结构形式。今后, 各种形式的斜拉索与拱永远是杂交结构的主题。

3. 结语

大跨度空间网架结构施工安全监测 第9篇

1施工监测方法

首先根据网架结构的形式,用有限元分析软件ANSYS建立该结构的有限元模型,再根据网架结构在施工过程中临时辅助支撑的布置,获得结构有辅助支撑和无辅助支撑的不同约约束情况,求取存在辅助支撑时网架结构在自重作用下各杆件的应力状态,与辅助支撑拆除后网架结构在自重作用下的杆件应力状态进行对比。考虑到杆件应力变号、压杆失稳、杆件应力变化过大等不利因素,确定被监测的关键杆件,最后通过现场布置应变传感器实测,获得被监测关键杆件的应力变化情况,从而可分析结构在辅助支撑拆除前后的安全性。

2工程应用

某大跨度空间网架结构的临时辅助支撑布置如图1所示,网架结构中部的施工辅助支撑包括5根拔杆和4个钢管支撑架。根据建立的此网架结构的有限元模型,分析了该网架结构在辅助支撑撤除前后网架结构在自重作用下各杆件的应力状态,确定了30个关键杆件来布设施工监测传感器。30个关键杆件在网架结构中的位置如图2所示。

采用江苏东华测试技术有限公司的DH3815E静态应变测试系统来完成对施工辅助支撑拆除过程中测点应力变化的测试。DH3815E静态应变测试系统是全智能化的高速巡回数据采集系统。通过计算机完成参数设置、自动平衡、采样控制、自动修正、数据存贮、数据处理和分析、生成和打印试验报告。可自动、准确、可靠、快速测量大型结构、模型及材料应力试验中多点的静态应变应力值。测试过程中采样时间间隔为20 s,共采样134 min。一些测点的应力变化如图3(a)～图3(f)所示。

由测试结果可以看出:

1)杆件的应力在施工辅助支撑拆除过程中均未超界,拆除过程中网架结构处于安全状态;

2)由于不利杆件大多为网架结构中部的拉杆,由于施工辅助支撑的存在而改变了杆件本身受力状态,故而在拆除施工辅助支撑过程中不利杆件的应力变化均为正值;

3)杆件应力在开始拆除施工辅助支撑时和施工辅助支撑拆除完成后均趋平稳化,这真实反应了施工辅助支撑拆除过程的实际。

综上所述,施工辅助支撑拆除过程中网架结构是安全的,其应力虽有变化,但由于应力较小且应力变化呈单调趋势,不致于造成结构构件的损伤。

3结语

该文详细探讨了大跨度空间网架结构施工过程中,拆除临时辅助支撑前后结构关键杆件的应力变化,从而分析结构在施工过程中的安全性。最后,通过对某大跨度空间网架结构施工监测,来说明此类结构在辅助支撑前后杆件的应力有所变化,甚至有的杆件从拉杆变为压杆,但应力变化较小,不会对结构的安全性造成影响。

摘要：研究了大跨度空间网架结构在施工过程中撤除辅助支撑时,网架结构杆件的应力变化情况,对结构施工辅助支撑拆除前后的安全性进行了分析。并以某大跨度空间网架结构为工程背景,分析了该结构在施工过程中辅助支撑拆除前后的杆件应力变化情况,说明施工辅助支撑拆除过程中网架结构是安全的,其应力虽有变化,但并未造成结构构件的损伤。

关键词：空间网架结构,施工,安全监测

参考文献

[1]刘锡良.现代空间结构[M].天津:天津大学出版社,2003.

[2]沈祖炎,陈扬骥.网架与网壳[M].上海:同济大学出版社,1997.

[3]JGJ7—91网架结构设计与施工规程[S].

大空间框架结构 第10篇

该花园由三栋16-21层的高层建筑组成, 建筑结构采用框架剪力墙结构, 抗震设防裂度为7度, 抗震等级为三级。剪力墙厚度为350-700mm, 建筑高度87m。

2、大模板简介及特点

大模板是模板尺寸和面积较大且有足够承载能力, 整装整拆的大型模板, 由面板系统、支撑系统、操作平台系统及连接件等组成, 其特点如下:

2.1节约原材料, 节省了抹灰用料;

2.2提高工效, 大模板经过改装可以重复周转使用;

2.3消除了墙体抹灰质量通病的隐患, 安全感提高;

2.4施工条件简单, 施工工艺易于操作;

2.5缩短了装修工期;

2.6采用大模板支模与普通木模板相比, 周转使用次数多, 工序少, 机械化操作性强, 经济效益可观。

3、大模板施工准备

3.1大模板的拼装

预先在地面搭设好拼装平台, 平台的高度方便人能进去穿圆头螺栓为宜, 平台的搭设使用48mm钢管、扣减来完成, 搭设好的平台要有足够的强度、刚度和稳定性, 保证施工人员在上面拼装模板时不会出现倾斜、失稳、坍塌等现象。

3.2内墙大模板的拼装

(1) 内墙大模板根据每层的具体标高尺寸, 以壁柱为限尺寸进行拼装, 按尺寸将大模板铺设好。

(2) 在铺设好的大模板上按250mm间距就位好嚷楞方木, 并对方木进行临时固定, 待方木临时固定完成后, 将整块大模板利用塔吊进行翻身, 使胶合板在上, 方木在下。

(3) 根据方木的问距就位储存, 用铁钉将胶合板与方木钉成一体。

(4) 将钉好竖楞方木的内墙大模板编好号, 码放在指定位置, 待所有内墙大模板拼装完成, 墙钢筋绑扎验收合格后, 即可进行内墙大模板安装就位。

(5) 内墙大模板的起吊, 预先在大模板的合适位置打两个孔, 并在孔上部对胶合板进行加固处理。然后利用挂钩进行起吊就位。

(6) 内模在就位前要对平台进行清理找平, 并弹出楱板位置线, 以利于模板的就位校正。

3.3外墙大模板的拼装

(1) 外墙大模板的拼装也在地面搭设的平台上进行拼装。

(2) 按预先设计好的尺寸, 在平台上将大模板所使用的胶合板拼装好, 然后将50×100 m的方木按250mm的间距纵向固定好, 待方木固定好后, 再用电钻按横向间距为500mm, 纵向间距为600mm左右, 在胶合板上钻孔, 钻孔完成后, 将预先挑选好长度的钢管横向放置于方木上, 每排孔处放两根钢管, 然后用圆头螺栓及码型扣件将钢管与胶合板连接起来, 将方木夹在中间, 拧紧螺拴, 并编号, 吊放到指定位置码放好待用, 继续拼装其余模板。

(3) 大模板拼装完成后, 在使用前要涂刷隔离剂。

4、大模板施工工艺

4.1施工工艺流程

放模板边线和控制线→模板边线外侧粘贴海绵条→焊接剪力墙根部顶模钢筋 (打板时预埋插筋, 避免在主筋上焊接) →沿剪力墙边线切割3.5mm深的剔凿边线, 然后在线内将施工缝墙体面剔凿成均匀的麻面→大模板检查修整, 均匀涂刷油性脱模剂→安内横墙模板→安内纵墙模板→安外墙内侧模→安外墙外侧模板→校正垂直用穿墙螺栓将墙两边模板锁紧→每块模板垂直度、平整度检查验收→外墙外模、楼梯间、电梯井模板与下层墙 (老墙) 吊线顺直→大模板根部抹水泥砂浆→防漏浆→浇注→砼砼强度达1.2MPa后拆模。

4.2大模板支模工艺

4.2.1编制模板工程施工方案

(1) 按照厂家《大模板工程设计方案》中配板图、模板配制明细表, 查验进场模板规格、尺寸、数量等是否符合要求。

(2) 按照大模板相关质量标准抽查进场模板是否满足质量要求。

(3) 根据大模板平面布置图和有关规范、标准, 由工程项目部编制《大模板工程施工方案》。

4.2.2模板应面对面放置, 中间留出人行操作通道, 间距600mm。支腿调整至倾角65°-75°, 应符合施工地自稳角的要求。模板表面清理、除锈、刷脱模剂。

4.2.3支模阶段

(1) 弹出模板就位安装线及控制线, 墙轴线位移偏差控制在3mm范围内。

(2) 做好找平层, 以保证砼墙高度一致, 墙体标高偏差控制在±5mm范围内。

(3) 安装模板的根部需垫抹水泥砂浆10-15mm, 防止墙体发生烂根、露筋、蜂窝麻面现象, 并派专人仔细补漏, 杜绝漏浆;并在大模板边线外侧粘贴1㎝宽自粘式海绵条。

(4) 先放阴角模, 后支大模板。按施工流水段要求, 分开间进行, 直至模板全部合拢就位。

(5) 安装穿墙螺栓, 校正模板同步进行。墙的宽度尺寸偏差控制在-2mm范围内。每层模板立面垂直度偏差控制在3mm范围内。穿墙螺栓的楔板必须大端朝上, 不得呈现水平或倾斜状态, 防止脱落;穿墙螺栓必须紧固牢靠, 防止出现松动而造成涨模。

(6) 采用外挂架支模的外墙模板, 模板上排穿墙孔必须设PVC套管, 以利外挂架钩栓通过。

(7) 模板合模时, 丁字墙、Z型墙、模板与模板拼缝处穿墙螺栓横向间距超过L=300mm以上时, 采用补偿背楞加固。

(8) 阴角模的操作方法:阴角模与结构钢筋绑扎牢固, 防止倾倒。阴角模安装借助暗柱主筋, 水平方向做多点定位;保证墙肢厚度, 防止阴角模因压接不牢, 浇砼产生扭转, 造成角扭曲、墙面不平。内墙大模板与角模采用企口连接方式, 大模板板面与阴角模板面交平, 且留1-2mm间隙, 以方便拆模。阴角模与大模板的连接采用上下两道钩栓、压角固定。

(9) 模板合模完成后, 专职质量人员必须依照《大模板施工方案》及《建筑工程质量检验评定标准》相关规定进行认真检查, 合格后方可进行下道工序。

4.2.4拆模阶段

(1) 砼浇筑完成后, 待砼强度达到1.2MPa以上方可拆模。

(2) 拆模顺序为松动、拆除穿墙螺栓, 阴角模压角、钩栓, 撤出大模板后, 然后拆除阴角模。

(3) 拆除穿墙螺栓时, 先松动大螺母, 取下垫片, 利用楔片插销转动穿墙螺栓, 使之与砼产生脱离, 再敲击小端, 然后将螺栓退出砼, 避免砼表面掀皮现象。

(4) 遵循先支后拆、后支先拆的原则。

4.2.5门窗口模操作方法及注意事项

(1) 使用前, 在与模板接触面边框上粘贴10mm厚贯通海绵条, 防止砼浆渗漏, 保证洞口棱角清晰, 不出现蜂窝现象。

(2) 角部伸缩缝处用聚苯泡沫板条填塞严密, 防止伸缩缝内渗进砂浆, 造成机构失调, 无法使用。

(3) 窗口模和砼接触的表面, 涂刷油性脱模剂, 涂面要求均匀周到。

(4) 门窗口模支模时, 角部顶丝螺栓必须紧固牢靠, 支撑调节螺栓调至受力支撑状态, 消除螺纹间隙, 减小变形。

(5) 门口模拆模时, 彻底松动角部顶丝螺栓达到8-10mm间隙, 打开支撑定位销和连接螺钉门口模应先旋转调节水平方向支撑螺栓, 使模板与侧面砼脱离, 完成侧立面拆模, 再调节顶部支撑螺栓, 使顶模竖直方向脱离下落, 进而带动角部脱模。

(6) 窗口模拆模时, 松动四角顶丝螺栓, 达到最大间隙, 即可实现脱模。

(7) 注意事项:

(1) 门窗口模支拆模过程应设专人负责;

(2) 门窗洞口模板在安装中必须借助结构钢筋做多点可靠定位, 防止洞口位移, 保证洞口尺寸准确, 四角方正不扭曲;

(3) 拆模后, 进行严格清理, 重新调节至理想定型尺寸, 以便下次周转。运转及吊装过程中应避免砸撞现象, 吊装要合理, 防止支撑变形。

5、大模板质量控制

5.1大模板进场质量验收

(1) 大模板的焊接部位必须牢固、焊缝应均匀、焊缝尺寸应符合设计要求, 焊渣应清除干净, 不得有夹渣、气孔、咬肉、裂纹等缺陷。

(2) 大模板的制作允许偏差与检验方法。

5.2大模板安装质量验收

(1) 大模板安装后应保证整体的稳定性, 确保施工中模板不变形、不错位、不胀模;

(2) 模板间的拼缝要平整、严密, 不得漏浆;

(3) 模板板面应清理干净, 隔离剂涂刷应均匀, 不得漏刷。

(4) 大模板安装允许偏差及检验方法。

6、大模板安全措施

(1) 针对模板工程的特点, 编制模板安全施工组织计划。做到安全组织措施到位, 安全技术交底到位, 安全例行检查到位, 安全宣传教育到位。

(2) 堆放存或安装就位后, 采取防触电措施。将大模板串联, 同避雷网连接, 防止雷击或漏电伤人。

(3) 应检查吊装用绳索、卡具及每块模板上的吊环是否完整、安全、可靠。

(4) 当风力为5级时, 可吊装地面上第1-2层楼体模板;当风力超过5级时, 应停止模板吊装作业。

(5) 大模板的立存放, 应满足堆存地自稳角的要求。

(6) 吊运作业要建立统一的指挥信号, 并设专人指挥。

(7) 吊运模板系列产品时, 指挥拆除和挂钩人员必须站在安全可靠的地方, 方可操作。

(8) 严禁人力搬运大模板。

(9) 拆模后吊模板时, 应检查所有穿墙螺栓和连接件是否全部拆除, 确保无遗漏, 模板与墙体完全脱离后, 方准起吊。

7、大模板经济效益

本工程使用大模板经济效益可观, 大模板强度高, 周转次数多, 摊销成本低。并且取消了墙体抹灰, 直接批腻子施工, 节约了成本, 加快了施工进度。

结束语

大模板施工技术的使用大大节约了建筑物胶合板模板、方木、钢管、扣件等周转材料的投入, 施工速度快、质量安全可靠、经济合理、符合环保要求。有利于节约资源, 特别适用于新建框架-剪力墙结构、全剪力墙结构的高层、超高层建筑的墙体模板施工。

参考文献

[1]张飞, 顾莺莺.定型整拼组合钢大模板在高层住宅施工中的应用[J].建筑施工, 2010, 9.