格构柱与预应力型钢组合支撑位置冲突的解决措施_林勇.pdf

建筑施工第44卷第12期2891格构柱与预应力型钢组合支撑位置冲突的解决措施林 勇 陈祎飞 杨 欢 王晓林 罗 浩中建八局浙江建设有限公司 浙江 杭州 311215摘要：为解决基坑施工过程中格构柱位置与预应力型钢组合支撑位置冲突的问题，在施工过程中发明了一种解决该问题的办法。新办法通过在预应力型钢组合支撑上设置1个轴力转换装置，将原本与塔吊格构柱冲突的单肢型钢位置进行调整，从而解决预应力型钢组合支撑与塔吊格构柱冲突的问题。关键词：轴力转换装置；预应力型钢组合支撑；格构柱；优化中图分类号：TU755 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-2891-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.024Solution to Position Conflict Between Lattice Column and Prestressed Section Steel Composite SupportLIN Yong CHEN Yifei YANG Huan WANG Xiaolin LUO HaoZhejiang Construction Co.,Ltd.of China Construction Eighth Engineering Division,Hangzhou,Zhejiang 311215,ChinaAbstract:To solve the conflict between the position of lattice column and the position of prestressed steel composite support during the construction of foundation pit,a method is proposed to solve the problem.The new method is to set an axial force conversion device on the prestressed section steel composite support to adjust the position of the single leg steel that originally conflicts with the lattice column of the tower crane,so as to solve the conflict between the prestressed steel composite support and the lattice column of the tower crane.Keywords:axial force conversion device;prestressed section steel composite support;lattice column;optimization影响会对塔吊布置造成极大的困难。当施工单位在布置塔吊时，传统的做法为将围护结构图纸、主体结构图纸、塔楼轮廓等工程相关信息整合至一起，并依据塔楼位置与支撑梁之间的相互关系、塔吊附墙位置等综合考虑塔吊的布置。鉴于目前深大基坑的工程越来越多，塔吊位置与支撑梁碰撞的情况不可避免，如遇到塔吊与支撑冲突时，传统做法采取的方式为适当调整塔吊的位置，并通过使用加长附墙件来解决塔吊附墙的问题。相对于混凝土支撑在塔吊布置时的不利因素，预应力型钢组合支撑由于其装配式的优势，通过对基本受力构件进行适当的组合，可以消除塔吊布置时考虑避开支撑梁而造成的不利影响，具体方式为在预应力型钢组合支撑与塔吊格构柱冲突的对应位置设置一个轴力转换装置，利用装置对预应力型钢组合支撑的传力进行转换，从而达到避开格构柱的目的。通过采用格构柱与型钢支撑的防冲突施工方法，有效地解决了塔吊格构柱与支撑冲突的问题，采用此方式在布置塔吊位置时可不用考虑避开支撑梁，具有节约成本和提高塔吊使用效率2个方面的优势，且目前此方法已经在多个项目进行了运用，具有一定的可操作性与可推广性。1 工程概况某工程位于浙江省杭州市上城区钱塘江与江南运河交汇处，东至沿江大道，南至规划经三路，北至钱江路、规随着城市日新月异的发展，在一些经济较为发达的城市，可供使用的土地日渐紧张，越来越多的新建工程不可避免地紧邻已建建筑物、地铁、市政管线等设施，且基坑多为深大基坑，基坑变形控制要求高。预应力型钢组合支撑由于可设置自动轴力补偿系统，相比于传统的混凝土支撑，在控制基坑变形方面，具有更显著的优势，对于基坑变形要求高的工程，采用预应力型钢组合支撑成为越来越多深基坑工程的选择1-2。为了尽早解决场地内平面及垂直运输问题，满足土方开挖、支撑施工及底板施工阶段的材料运输需求，通常考虑采用格构式塔吊。对于常规的混凝土支撑，在进行塔吊布置时，通常会结合支撑的平面位置考虑，塔吊桩及上承台基础布置时都需避开混凝土支撑设置，由于受力的需求，塔吊基础的尺寸通常都在5 m以上，在考虑避开混凝土支撑时，不得不对塔吊位置进行较大的移动，无法选择最佳的塔吊位置；另一方面，在确定塔吊位置时，还需考虑布设的塔吊位置能否满足塔吊的附墙要求，两方面的因素作者简介：林 勇（1994），男，本科，工程师。通信地址：浙江省杭州市萧山区民和路501号联合中心C座16楼（311215）。电子邮箱：linyong-收稿日期：2022-07-29结构施工STRUCTURE CONSTRUCTION202212Building Construction2892划运河东路，紧邻地铁6号线、地铁9号线、三堡地铁站，占地面积约7万 m2，总建筑面积48万 m2，地下3层，地上38层，基坑开挖深度平均17.1 m，基坑分为邻地铁小基坑与大基坑，其中邻地铁小基坑共9个，大基坑共3个。该工程A2区基坑为邻近地铁的小基坑，基坑尺寸为长60 m、宽43 m，在基坑土方开挖施工前，由于邻近基坑的地铁6号线由施工状态变为运营状态，地铁变形控制要求提高，对邻近地铁基坑的侧向变形要求也随之升高，原设计的3道混凝土支撑已无法满足高要求的变形控制，经各方沟通讨论，最终确定基坑支撑加强方案由原来的3道混凝土支撑变更为1道混凝土支撑3道预应力型钢组合支撑的方案，并配合伺服系统的使用，对预应力型钢组合支撑施加预应力，以此确保地铁6号线运营后基坑的变形控制要求。2 解决措施2.1 冲突原因及解决思路由于该工程A2基坑原设计支撑形式为混凝土支撑，在布置原塔吊位置时，考虑其格构柱位于2条支撑梁之间的空隙中，且在基坑支撑方案变更前已完成了塔吊的安装，该塔吊为格构式塔吊，共布置了4根型钢格构柱，格构柱与格构柱之间的间距为3.9 m，塔吊的位置与原混凝土支撑平面位置关系如图1所示，可以看出，原塔吊的格构柱位置与混凝土支撑无冲突。将支撑形式变更为预应力型钢组合支撑后，塔吊的位置与预应力型钢组合支撑平面位置如图2所示，可以看出，塔吊有2根格构柱的位置与预应力型钢组合支撑产生了冲突。上承台5#塔吊格构柱ZC-2ZC-1aZC-1aZC-2 格构柱上承台5#塔吊图1 塔吊基础与混凝土支撑 图2 塔吊基础与型钢组合支撑 平面位置关系 平面位置关系经分析，若对塔吊位置进行调整，需重新施工4根塔吊桩及塔吊承台基础，考虑到塔吊桩及承台的施工时间、混凝土养护时间及塔吊安装时间，将耽误本工程1520 d的工期。对于成本方面，重新施工4根塔吊桩及承台基础、原位置塔吊的拆除、新位置塔吊的安装共计需要逾50万元。考虑到基坑开挖在即，塔吊移位对工期、成本2个方面都将带来巨大的压力，如何解决塔吊位置与预应力型钢组合支撑位置冲突成了破局的关键。针对此问题，项目人员首先查阅了型钢支撑规范及国内外相关文献资料，均未能找到可有效解决上述问题的方法，通过网络检索也未发现有类似施工方法的描述。对此，项目人员只能自行探索解决的办法。项目从DB 33/T 11422017基坑工程装配式型钢组合支撑应用技术规程4.2节的预应力装置获得了问题解决的灵感，如图3所示。经过不断探索、分析、讨论，利用型钢支撑装配式的特性，参照预应力装置的设置原理，通过在格构柱与型钢支撑冲突的位置设置轴力转换装置，最终完美解决了格构柱与型钢支撑冲突的问题。预应力装置图3 预应力型钢组合支撑结构体系平面示意2.2 轴力转换装置的组成轴力转换装置主要由轴力转换件、轴力传力件、构造盖板3部分组成，构件之间采用高强螺栓连接，如图4所示。轴力转换件轴力转换装置构造盖板轴力传力件图4 轴力转换装置轴力转换装置设置的核心思路为通过沿横向（平行于型钢分肢轴力传递方向称为纵向，垂直于型钢分肢轴力传递方向称为横向）设置轴力转换件，2个轴力转换件之间设置轴力传力件。型钢分肢的端头板与轴力转换件的翼缘通过高强螺栓连接，将型钢组合支撑分肢传递而来的轴力全部由轴力转换件承担，由集中力转换为分布力，并通过设置在格构柱 林 勇、陈祎飞、杨 欢、王晓林、罗 浩:格构柱与预应力型钢组合支撑位置冲突的解决措施建筑施工第44卷第12期2893两侧的轴力传力件将一侧轴力转换件的分布力转换为集中力传递到另一侧的轴力转换件，在布置轴力传力件时根据其位置与基坑内竖向构件的相对关系考虑避开竖向构件设置，由此解决了型钢组合支撑与竖向构件冲突的问题。根据竖向构件的尺寸，可将轴力传力件长度适当增加。轴力转换装置的各组成部分材料要求如下：1）轴力转换件：双拼H型钢采用Q355B级别钢材，尺寸为H400 mm400 mm13 mm21 mm，双拼加强型，劲板间距500 mm。2）轴力传力件：WA400-1 m加强型H型钢采用Q355B级别钢材，尺寸为H400 mm400 mm13 mm21 mm，长度1 m，加强型，劲板间距500 mm。轴力转换装置设置完成之后，在型钢顶部设置构造盖板作为加强构造，为轴力转换装置施加1个竖直方向的约束，确保轴力转换装置不发生竖直方向的变形。型钢顶部构造盖板与H型钢的连接、H型钢之间的连接全部采用10.9级M24高强螺栓连接，螺栓材料为20MnTiB，施工预拉力225 kN，施工前对钢构件的完成程度和力学性能进行检查和检测。钢支撑安装完成之后，施加预应力，预应力应分级施加，预应力施加依次为总量的30%、50%、20%，施加预应力时应检查轴力转换装置及其他部位每个节点的连接情况。2.3 对塔吊格构柱的特殊处理当塔吊格构柱未与型钢组合支撑碰撞时，常规的塔吊格构柱加固方式为采用角钢由上至下“之”字形连续加固，如图5所示。当塔吊格构柱遇型钢组合支撑碰撞时，能跨过预应力型钢组合支撑通长布置的竖向斜撑正常布置，局部位置的竖向斜撑无法连续设置。当竖向斜撑无法通过预应力型钢组合支撑时，在型钢组合支撑上下两侧各设置1圈水平围撑，2道水平围撑之间设置竖向剪刀撑与水平围撑进行焊接，如图6所示。3 轴力转换装置适用范围及设置关键点3.1 适用范围轴力转换装置的提出是为了解决A2区基坑预应力型钢组合支撑与塔吊格构柱的冲突，但此方案具有普适性，轴力转换装置适用于绝大部分基坑内竖向构件与预应力型钢组合支撑梁冲突时的解决措施，主要应用于塔吊格构柱、支撑立柱桩。3.2 设置关键点1）设置轴力转换装置时，在轴力转换装置顶部设置的构造加强盖板不应遗漏，以确保轴力传递时轴力转换装置不发生竖向失稳的现象。在轴力转换装置端部的双拼H型钢与支撑梁分肢、WA400-1 m加强型的连接位置，构造加塔吊标准节塔吊上承台塔吊格构柱水平围撑竖向斜撑塔吊下承台 塔吊上承台塔吊标准节竖向斜撑塔吊格构柱水平围撑竖向剪刀撑型钢组合支撑竖向剪刀撑塔吊下承台 图5 无碰撞的塔吊格构柱 图6 塔吊格构柱遇型钢组合支撑特殊加固示意 处理示意 强盖板沿纵向设置，其余支撑梁分肢位置按照规范要求沿 横向设置。2）轴力转换装置所采用的材料均为预应力型钢组合支撑中的常用材料，钢材强度需同预应力型钢组合支撑分肢材料，本文中提到的所有加强型H型钢加劲板间距加密为500 mm一道，当布置的WA400-1 m加强型H型钢数量少于分肢数量导致