建筑施工临时结构

第1章 绪论1.1建筑施工临时结构的概述大型复杂工程施工是一项将设计方案转化成建筑实物的复杂的系统工程。大型复杂建筑物或构筑物在自重荷载、施工荷载、风荷载、地震荷载的作用下，会产生复杂的应力和变形，而复杂的应力、变形要求工程结构在施工过程中的构件制作、安装就位等具有更大的精度，因而极大地增加了施工风险和施工难度。为了保证工程施工的顺利进行，并使结构构件的安装质量和安装精度满足设计、规范等要求，大型复杂工程施工过程中往往需要搭设临时结构，诸如：施工平台、提升架、运输栈桥、支撑架、脚手架、附着升降脚手架和塔吊等，以这些结构为平台或材料和构件的运输通道，从而进行施工组织和施工生产。临时结构在建筑工程施工中占有重要的地位，模板工程、脚手架工程和基坑工程是建筑施工的工具，是完成各项建筑施工任务的重要手段。近年来随着桥梁结构和形式多样、复杂化的发展，所在的地理位置和自然条件的千差万别，以及不同的桥梁所采用的施工工艺的不尽相同，在施工中所投入的临时结构设施也存在着种类和形式上的变化发展。大致归纳如下：（1）桥梁陆域基础施工为便道、筑岛平台、挡土结构等。（2）水上基础施工为便桥（也称栈桥）、平台、围堰等。（3）桥梁的墩台身、梁段混凝土施工用的托支架和模板结构。（4）桥梁上部结构施工的设备多为悬浇挂篮、悬拼吊机，整孔架设用的架桥机，整孔现浇的移动模架、钢管桩支架等。临时结构只是主体施工的辅助工程，对结构的形式要求不高，只要能满足主体施工需要的设计都可以，因此同一项施工的临时结构可以设计成多种结构形式。在施工用临时结构设计中应首选万能杆件、贝雷梁、军用梁等标准件，特别是公司库存的标准件：（1）标准件可重复使用，节约成本；（2）标准件是前人在实践中总结出来的标准设计，具有其充分的合理性；（3）要考虑物资部门可提供的库存量及旧料，实用库存料或旧料可以缓解工程项目的资金压力。由于结构形式的不同，各种设计方案的经济性能和用料也存在着优劣差异，有差异就有最佳方案，对临时结构设计方案的比选是在设计初期要考虑的首要问题。在进行方案比选时不能单一考虑结构的用途，要进行多方面综合比选，其原则就是安全、经济、实用。综上考虑，以下本设计将着重介绍一下在桥梁施工过程中脚手架和模板的应用以及各种方案的不同设计比选，尽我最大的努力符合临时结构在施工中的要求。在建筑工程施工中，为满足施工作业需要所设置的操作架子，统称为建筑脚手架。搭设脚手架的成品和材料亦称为“架设材料”或“架设工具”，它是建筑施工企业常备的施工工具。建筑脚手架在我国已经走到了第三个发展阶段：在二十世纪 60 年代以前为传统的木、竹架设工具阶段；60 年代到70 年代为扣件式钢管脚手架、钢脚手架、各种工具式金属里脚手架与木竹架设工具并用的阶段；自80 年代起，一些研究、设计和施工单位也结合我国国情开展了对新型建筑脚手架的研究工作并已取得了许多可喜的成果，例如铁道部系统研制的“多功能碗扣式钢管脚手架”并一直延续至今仍在使用。“碗扣式钢管脚手架”显示出了多方面的优点，受到了施工单位的欢迎和重视；而生产、销售和租赁脚手架的专业厂家和公司也随之出现，显示出了生命力，从而开始了我国的架设工具由单位占有走向商品化和市场化的进程。在我国桥梁施工中，支撑逐渐采用钢管脚手架，但这种支撑系统的杆件和节点成千上万，计算复杂。通过对近几年的工程事故统计，脚手架支撑破坏或倒塌大多是由于支撑整体失稳造成的。而目前国内外文献中建立的模型很少，大多局限于工程经验和平面验算，至今没有准确的设计和计算脚手架支撑系统的计算模型、失稳计算过程。施工技术人员和监理人员仅凭经验或局部验算来搭设支撑，在施工中存在相当大的事故隐患。另一方面，结构工程师通常比较重视桥梁的使用年限期间的安全问题，而容易忽视桥梁在建设阶段因支撑稳定性不足而引发的意外倒塌。因而研究脚手架支撑在各种施工荷载下的受力分析及稳定验算是非常必要的。1.2建筑施工临时结构的类型与特点改革开放30 年来, 我国的建筑施工临时结构的技术进步和在建筑施工中起的重要作用有目共睹, 取得的经济和社会效益也非常可观。下面以脚手架、模板为例来介绍一下其各自的发展前景：模板行业从无到有得到了较大发展; 模板、脚手架的品种规格不断完善; 模板设计和施工技术水平不断提高; 模板行业在建筑施工中的作用越来越大; 模板行业为国家经济建设做出了巨大贡献。目前, 全国建筑施工用各种钢模板、各类钢脚手架和钢跳板、钢支撑、钢横梁等用钢量达到3 260多万t;木胶合板模板使用量达到1 200多万； 竹胶合板模板使用量达到400 多万。2007 年我国各种模板的年产量总计约达8 亿 以上, 是名副其实的世界模板生产大国。20 世纪60 年代以来, 扣件式钢管脚手架在我国得到广泛应用, 其使用量占60%以上, 是当前使用量最多的一种脚手架。但是这种脚手架的最大弱点是安全性较差, 施工工效低、材料消耗量大。目前, 全国脚手架钢管约有1 000万t 以上, 其中劣质的、超期使用的和不合格的钢管占80%以上, 扣件总量约有1012 亿个,其中90%左右为不合格品, 如此量大面广的不合格钢管和扣件, 已成为建筑施工的安全隐患。80 年代初, 我国先后从国外引进门式脚手架、碗扣式脚手架等多种形式脚手架。碗扣式脚手架是新型脚手架中推广应用最多的一种, 在许多重大工程中大量应用。90 年代以来, 国内一些企业引进和开发了多种插销式脚手架, 由于这些新型脚手架是国际主流, 具有结构合理、技术先进、安全可靠、节省材料等特点, 在国内一些重大工程中得到大量应用。目前, 国内有专业脚手架生产企业200 余家。我国现在使用的临时结构大多数是用钢管材料制作的脚手架，其中有扣件式钢管脚手架、碗扣式钢管脚手轲、承插式钢管脚手架、门式脚手架，还有各式各样的里脚手架、挂、挑脚手架以及其它钢管材料脚手架。当我们研究钢管脚手架的完善与发展问题时，还得从其材料和构造情况来着手，并可将其大致划分如下：（1）按杆件的材料划分：1）单一规格钢管的脚手架。它只使用一种规格的钢管，如扣件式钢管脚手架，只使用483.5 的电焊钢管。2）多种规格钢管组合的脚手架。它由两种以上的不同规格的钢管构成，如门式脚手架。3）以钢管为主的脚手架。即以钢管为主、并辅以其它型钢杆件所构成的脚手架，如设有槽钢顶托或底座的里脚手架，有连接钢板的挑脚手架等。碗扣式钢管脚手架当采用钢管横杆时，为“单一钢管的脚手架”；当采用型钢搭边横杆时，为“以钢管为主的脚手架”。（2）按横杆与立杆之间的传递垂直力的方式划分：1）靠接触面摩擦作用传力。即靠节点处的接触面压紧后的摩擦反力来支承横杆荷载并将其传给立杆，如扣件的作用，通过上紧螺栓的正压力产生摩擦力；2）靠焊缝传力。大多数横杆与立杆的承插联结就是采用这种方式，门架也属于这种方式；3）直接承压传力。这种方式多见于横杆搁置在立杆顶端的里脚手架；4）靠销杆抗剪传力。即用销杆穿过横杆的立式联结板和立杆的孔洞实现联结、销杆双面受剪力作用。这种方式在横杆与立杆的联结中已不多见。此外，在立杆与立杆的联结中，也有3 种传力方式：1）承插对接的支承传力。即上下立杆对接，采用连接棒或承插管来确保对接的良好状态；2）销杆连接的销杆抗剪传力；3）螺扣连接的啮合传力。即内管的外螺纹与外（套）管的内螺纹啮合传力。其中后两种传力方式多用于有调节高度要求的立杆连接中。（3）按联结部件的固着方式和装设位置划分：1）定距联结：即联结件焊固的杆件上的定距设置，杆件长度定型，联结点间距定型；2）不定距联结：即联结件为单设件，通过上紧螺栓可夹持在杆件的任何部位上。（4）按工人固定结点的作业方式划分：1）插入打紧；2）拧紧螺栓。综上所述可知，目前我国使用的各种钢管脚手架各有优点和缺点，按照要达到使其结构可靠、应用灵活和装拆方便的发展要求，改进和完善工作将会集中在实现三个“结合”上来，即定型杆件和任意杆件相结合、插接与螺栓联结相结合以及内用和外用相结合（即里、外脚手通用），从而最终形成具有我国特色的钢管脚手架体系。目前常用于桥梁支撑的是碗扣式脚手架。碗扣式脚手架采用了有定型杆件构成的带有斜腹杆的格构式构造，其碗扣式连接节点为支承传力方式，受力明确，并克服了构架的随意性；且节点承载力大、轴心连接、接近于刚性。用水平杆和斜杆承受水平力，保证其整体稳定性。碗扣连接节点焊于立杆上，间距为60cm，能满足大多数使用情况下的调高要求。同时，该脚手架支撑装卸方便，且能装成曲线形状，功能强大。一般工程上常用48mm35mm的普通焊接钢管。桥梁的支撑负荷很大，杆件越长稳定性越差，因而不管是步距、立杆间距、还是横杆杆件长都要小，一般在桥梁施工中不用1 500mm以上的杆件(立杆除外)。以下设计论述主要是介绍满堂碗扣式脚手架的设计布置计算及连续梁现浇作业模板设计的相关内容。多年来, 每年发生多起扣件式脚手架坍塌事故, 给国家和人民生命财产造成巨大损失。新型碗扣式脚手架是建筑业重点推广应用的十大新技术之一, 大力推广应用新型碗扣式脚手架是解决脚手架施工安全的根本措施。1.3临时结构在施工中的重要性现浇混凝土结构的费用、劳动量、工程进度和工程质量等, 很大程度上取决于模板工程的技术水平及工业化程度。随着建筑结构体系的发展, 大批现代化的大型建筑体系相继建造, 其工程质量要求高, 施工技术复杂, 施工进度要求快。模板质量的优劣, 直接影响到混凝土工程的质量好坏及工程成本。当前, 许多现浇混凝土工程要求达到清水混凝土要求, 因此, 对模板的质量和技术也提出了新的要求。80 年代以来, 推广应用组合钢模板使现场施工面貌起了很大变化, 模板的装拆施工由过去木工的锯、刨、钉等传统操作, 改为用扳子、锤子等工具的简单操作, 现场清洁、整齐, 实现了文明施工。1.4毕业设计的目的与意义毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力，灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识，并结合相关设计规范，独立的完成一个专业课题的设计工作。设计过程中提高学生独立的分析问题，解决问题的能力以及实践动手能力，达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。本次设计为(40+64+40)m高速铁路预应力混凝土连续梁桥，桥宽为12.2m。梁体采用单箱单室箱型截面，全箱梁为整体现浇模式。顶板厚度不进行变化，底板、腹板厚度均发生变化。由于多跨连续梁桥的受力特点，靠近中间支点附近承受较大的负弯矩，而跨中则承受正弯矩，则梁高采用变截面梁，按二次抛物线变化。这样不仅使中间梁体自重得以减轻，还增加了桥梁的美观效果。在满堂支架设计布置时，以中间稀疏两端稠密为原则来布置，这样有效的节约了钢材的用量，为企业节约成本。由于满堂碗扣支架杆件、节点多，手算工作量比较大，且准确性难以保证，所以采用Midas软件进行，这样不仅提高了效率，而且准确度也得以提高。本次设计的跨公路支架和模板设计是比较简洁方便的。本设计里采用的是满堂碗扣式脚手架作为临时的施工承重结构来满足箱梁的现浇程序的。而满堂碗扣式钢管脚手架施工与扣件式钢管脚手架相比具有显著的优越性： 碗扣式钢管脚手架承载力较大。当脚手架的几何尺寸及构造符合规范的有关要求时，一般情况下，脚手架的单管立柱的承载力可达15kN35kN(15tf35tf，设计值)。 扣件式钢管脚手架扣件(特别是它的螺杆)容易丢失；节点处的杆件为偏心连接，靠抗滑力传递荷载和内力，因而降低了其承载能力； 扣件节点的连接质量受扣件本身质量和工人操作的影响显著。