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摘要:石材幕墙结构设计
石材幕墙的深化设计通常根据设计方提供的图纸确定石材的精确分格尺寸、颜色、材质、嵌缝材料等,并绘出尺寸详尽的石材立面图及各复杂部位的节点详图,然后依各单块石材的重量、尺寸及抗震、抗风压等各项要求,进行相关的力学计算,确定石材的干挂方式及龙骨体系、埋件、连接件等的尺寸规格。并在有条件的情况下,对计算结果进行现场的力学性能试验,以确保石材幕墙的平安性。
1.石材的选择
对于深化设计而言,应配合设计单位和建设方的工作,根据设计方对幕墙分格形式及材质颜色等建筑效果的要求,向建设方提供各种石材样本,以协助其尽快确定所用石材。通常要在对几种石材的选择中,应依据所把握的石材资料,重点考虑拟用石材的表面特征、颜色和纹理等技术性能指标。尽管石材供给商已给出了石材的物理性能指标,但石材作为一种天然材料其物理性质变化很大,因此必须重新确认,以便为石材的设计确立相应的设计指标。
2.干挂方式的选择
石材的干挂方式有钢销式、通槽式、短槽式、背栓式等几种形式,较常用的有短槽式和背栓式两种,其悬挂方式如图1所示,比较而言,短槽式成本较低但平安性不如背栓式,通常用于石材重量不太大或平安系数要求不太高时;背栓式干挂牢靠稳定,但成本较高,用于较大块石材(厚度30㎜时石材面积大于1.5㎡)或对石材平安性能要求较高时。
3.石材及干挂体系的力学计算
首先确定幕墙所受的荷载及功能形式,然后确定石材的干挂方式,进而确定石材板块的计算模型,进行受力平安性计算,最后根据干挂体系所受荷载值确定干挂体系的构造形式和所用挂件、连接件、埋件及横竖龙骨的规格尺寸。石材及其干挂体系的设计应符合国家行业标准《金属和石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001的要求。
3.1荷载的确定
计算时通常考虑材料的自重、所受风荷载及地震荷载,并根据荷载功能方式对其进行组合。其相应分项系数及组合系数都应严格按规范要求取用,对某些非凡的建筑物,设计说明书中对相应荷载计算取值会有非凡要求,在计算时应和规范对照取其最大值。对干挂体系进行计算时,应根据刚体的力的传递的特性,确定其所受荷载进行力学计算。有时。一些荷载不易确定时,可通过模拟试验来确定其大小。
3.2石材的计算
石材的计算主要包括挂板板块自身的抗弯计算和挂板和挂件销钉连接处的抗剪计算。有时还应计算石材的热裂应力。计算方式和石材的干挂方式有关,本文以背栓式干挂石材固定体系来说明。石材板所受荷载包括水平向的风荷载和地震荷载,竖向的地震荷载和石材自重。以及温度变化产生的热裂应力。背栓式干挂石材典型的安装体系是通过上下各2组(共4组)挂件将石材固定,其中石材上边两组挂件起支承石材重量及在垂直于石材平面的方向上约束石材的功能,下边的两组挂件只是在垂直于石材平面的方向上起约束石材的功能。对石材进行抗弯计算时,应按四点支撑板计算其应力。其计算边长a0、b0如图2所示。所得最大弯曲应力设计值不应超过石材板的抗弯强度设计值;对背栓挂件在石材板上产生的剪应力进行抗剪计算时,一般根据相应的经验公式进行计算,要求石板所受剪应力标准值不大于板材抗剪强度设计值。应注重的是,竖向剪应力只有上排的两组挂件承担,而不是由全部四组挂件共同承担。
3.3干挂体系的设计
在石材幕墙工程中,石材干挂体系的设计一般由施工单位独立完成,由于幕墙作为悬挂体系的特性,干挂体系的设计决定着幕墙的结构平安,有着非凡的重要性,而又因为其属于隐蔽工程,尤其应得到足够的重视。
干挂石材体系力的传递
板材中的最大应力可通过简化计算方法或有元程序计算得出。值得强调的是,有些非凡的石材由于其独特的纹理特性而使石材在沿板长及板高方向的强度具有非常明显厂的差异,须分别对这两个不同的强度方向进行计算。另外,在计算石材于某一点达到某方向的最大应力的同时,必须计算其在垂直方向上的应力。
石材的答应应力
根据前述石材物理性能试验,可得到相应的石材强度指标。通常用于建筑物干挂石材的有花岗岩、大理石和石灰石等,根据各种石材特有的性能特征及施工经验在对上述石材进行力学计算是采用的平安系数应有所不同。美国各种石材的工业协会对于相应的石材都给出了推荐使用的平安系数。如对于石灰石,美国石灰石行业推荐的设计平安系数值为8。用实验的出的石材弯曲强度及压缩强度除以相应的设计平安系数,即可得到时常的答应应力。
3.4石材板块自身的抗弯验算
对于各向异性的石材,石材板块姿势的抗弯验算分为两种情况。一是石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力为零,只要此最大应力小于对应方向上的石材答应应力则石材板块自身的抗弯性能满足要求,反之则不满足。二是石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力不为零,则验算时也应该同时考虑此应力。这时可以应用内摩擦理论,设一个方向为X,另一个垂直的方向为Y,在满足下列公式时,则石材板块自身的抗弯性能满足要求,反之则不满足。
3.5销钉孔处石材的抗剪验算
先根据销钉孔的深度、石材板块的厚度等几何参数算出销钉孔处的深度、石材板块的厚度等几何参数反之则不满足。
4.石材物理性能试验
在为一个工程项目的石材做试验建立设计指标时,必须取能代表所用石材的试样,或者直接从将要用于建筑物的石材中挑选试样。干挂石材的物理性能主要包括弯曲强度、断裂模量、压缩强度、吸水率及体积密度,这些指标均可通过标准试验方法获得,而相应的标准中都有指定的最小物理性能指标。
5.现场受力性能试验
干挂石材理论计算的模型究竟和现场时常的实际受力情况有所不同,为验证理论计算结果的准确性,必须在施工现场按拟采用的干挂石材的固定体系固定石材,然后对其逐步施加设计规定的荷载并观察记录其整体受力性能。最后按试验对力学计算结果进行分析和探究,以确保干挂石材在实际使用过程中确实具有相当的平安度。
6、施工图设计
干挂石材施工图设计的依据为摘要:建筑平面图、立面图、节点大样图、其他专业需和干挂石材配合的有关图纸及其他要求和干挂石材的计算书。施工图设计必须做到既满足建筑师的要求,又要和现场的实际情况相吻合,施工图设计主要包括石材的安装立面图设计、石材节点大样图设计、石材的加工详图设计等。
1、安装立面图设计摘要:根据建筑立面图的板块分格要求,在各立面上将不同外形或不同尺寸的石材分别独立编号,编号应确保唯一并方便实用,所设计的石材安装立面图应清洗表达出各立面上所有不同种类的石材板块。若工程的体形较复杂,为查找干挂石材立面图纸方便,还应设计干挂石材安装立面图的位置索引图,清楚的表示出建筑物每个区域墙面对应的挂板立面编号图编号。
相关采购管理人员应在主管部门相关规章细则基础上,通过多渠道、分阶段、多途径对采购关键环节进行采购成本总体核算,主要内容包括自动化仪表管道、电气工程、机械设备工程、电子工程等基本资料造价编制,同时还要统筹物资品类和运输装卸费用支出等。另外,需通过实际成本法进行设备物资的收发登记、帐表账册记录整理等。采购管理人员还应根据市场变化形势,开拓创新,以不断完善半成品、成品采购流程。如拓宽纵深设备物资分类管理模式[2],侧重加强A类材料设备的管理,类似适用范围广、消耗量大、成本投入多的公路铁路系统中的螺母和螺栓设备线夹、并沟线夹、T型线夹及设备轴承等工程。同时要兼顾管理细小零碎、种类繁多的B类材料设备,类似设备主体泵的转子、隔离开关、轴承及壳体等。进行采购分类时需要单独列出造价采编清单,确保分类清晰、详细。做到既要突出重点,又要兼顾细节,有序管理与调节,同时还应加强实时监控管理,以提高机电设备分类管理的总体效率。另一方面,在工程施工项目的预算定额编制作业过程中,对于所需用到的材料设备关键信息应及时且科学进行分类、归纳及对应备录,如种类、造价等。同时还应基于采购设备物资预算定额分析总量基本原则上,严格控制实际供应,尽量避免因供应过度而引起货币消耗和效益损失问题。
2完善机电设备安装现场深化设计与施工的统筹规划
机电设备的设计与安装工程作为一项整体工作,完整且完善的设计方案是其顺利进行作业的基本前提。因此,应注重机电设备设计与安装施工方案。具体施工方案主要有施工现场的规划设计、工程安装质量的验收、后期维护及调整等环节,由于每个环节环环相扣,而每一个环节是否有效直接影响着机电设备安装质量的高低。故要重视并不断完善设计方案的统筹规划。由于机电设备安装质量须经过严格的质量评估与验收进行确定,而安装工程所涉及的材料种类、设备类型及施工工艺等较为繁多且较复杂,因此相关工作人员应严格安装施工方案及设计内容合理划分不同设备布局、安装等方面内容。为了避免机电设备前后部件安装操作失误问题,应需加强注意以下不合格现象[3]:设备地脚螺栓预埋存在明显偏差和螺栓孔不合格;设备基础强度不符合设计要求及其位置和标高不符合实际情况;设备底座二次灌浆不合格;基础螺栓预留孔不合格。
3进一步落实安全生产责任制度
机电设备管理运营监督管理部门应进一步落实安全生产监督管理责任制度,按照家、省、市有关政策与法规,定期组织安全管理工作研究,加强企业机电设备现场安装安全生产管理,建立完善企业各项机电设备现场安装安全生产管理制度及奖罚机制,落实安全技术措施,同时积极支持安全管理部门及相关工作人员监督检查工作。另外,要认真落实机电设备现场安装安全生产责任制,积极宣传与贯彻各项安全规章制度与规范,加强管理与监督工作。根据实际情况制定定期工作方针与计划,组织安全生产活动。同时制定或修改安全生产管理制度,做好各企业内部机电设备现场安装安全操作规程审查工作。完善落实安管监督排查制度,相关技术管理人员应针对新设备及其新施工工艺的工种工序转移安置制定安全技术操作要求及相应安全措施。施工组织设计应包含切实可行的治理措施,同时对大型机械设备等的安置与摆放应明确。对于须根据设备材质、施工设计要求及作业环境等条件进行方案拟定时,应编制成报表并呈上相关主管部门,通过相关部门审核和论证后才可以安装架设设备器材。对于大中型机电设备安装架设方面,应编制相应的设备架设脚手架搭设方案、单项施工安全技术措施,同时也要进行立面图、平面图和剖面图等的绘制。除此之外,技术管理人员应加强机电设备安装架设质量检验检测工作,确保机电设备的联轴器、轴承等部件的稳固性,以避免因不规则振动牵引而导致主要部件温度骤然升高使得设备出现运转故障。同时对于垫铁布置方面,应避免因布置不合规范而导致其无法承受机电设备的振动力和重力;不断加强设备检测、监测力度,有效测量设备各个部位温升与振动情况。
4小结
1.1基础部分柱
根据设计规范和国家标准设计图集04SG523中的规定。为了确保型钢柱与筏板连接的整体性,特别是型钢柱在筏板基础中连接的可靠性,对筏板中直径28mm钢筋遇型钢柱时,进行合理性布置,深化结构方案:在型钢柱满足埋置深度时,筏板底排钢筋全部贯穿通过型钢柱下部,遇型钢柱无法贯通时,型钢柱腹板在加工厂预先开孔,绑扎钢筋时钢筋贯通穿过,遇型钢柱翼缘板部位,设置钢牛腿,在加工厂焊接好,布设筏板筋时搁置钢牛腿上,然后现场焊接。焊缝和焊接长度必须满足规范要求。深化后的基脚图,节约型钢牛腿用钢,节省焊接人工,而且比较经济合理,安全可靠。从图1和图2的比较来看,筏板底排钢筋在型钢柱底下穿过,上部钢筋在型钢厂加工时,按设计图示尺寸位置预先开好孔,钢筋安装绑扎时直接贯穿通过,这样才能起到上部结构荷载传递型钢混凝土框架柱至筏板基础受力。本工程主楼筏板基础厚度为1800mm,型钢混凝土组合柱是“十”字形式。分别为400mm×600mm,400mm×500mm,500mm×800mm,600mm×700mm和600mm×800mm。根据国家建筑标准设计图集04SG523的规定:“十字”形钢柱应按长边计算埋置深度,最少不能低于长边的2.5倍。因此,600mm×800mm十字形钢柱,长边是800mm×2.5倍=2m,而我们筏板基础厚度只有1.8m,埋置深度差20cm,经研究讨论决定,向下延伸来满足埋置深度。
1.2楼层部分柱
根据国家建筑设计标准图集04SG523,结合本工程实际情况和特点,并考虑使用型钢混凝土组合结构的实际用途,本工程主要解决1-3层超市空间利用率的需要而设置这个结构构造,并且把上部住宅的转换层设置在3层顶,结构转换层采用型钢混凝土组合梁进行转换。故对下部3层型钢混凝土组合柱必须进行深化和优化,确保型钢混凝土构件节点受力性能可靠性和施工的可行性。国家建筑设计标准图集04SG523中,栓在钉设置梁以下2倍柱型钢截面高度,通俗讲如果“十”字型钢柱长边800mm,那栓钉设置就是1600mm。因这个工程比较特殊,主要考虑型钢混凝土组合柱是支撑上部转换层梁的传递荷载,故在深化设计时,把所有型钢柱全部采取全长设置栓钉,栓钉采用Φ19,长度80mm,间距@160,比规范标准要提高设置,这样设置能提高和增加型钢和外部混凝土,柱主筋、箍筋的粘结性。H型钢柱在遇楼层框架梁位置时,根据设计图纸标高尺寸及梁主筋分布数量对每根型钢柱进行单独绘制图纸,并提供给型钢制作厂进行开孔。因为根据型钢混凝土组合结构构造标准图集04SG523中的规定,框架梁遇型钢柱时,梁的主筋除遇翼缘板时设置钢牛腿进行双面焊接外,遇型钢腹板时必须开孔,梁主筋贯通穿过腹板,形成框架柱、梁的整体性,来确保结构的稳定性和安全性,因此,本工程1、2、3层平面型钢混凝土组合柱与框架连接节点全部按上述方案进行连接施工。
1.3转换层部分节点
本工程C#和D#楼转换层设置在3层顶,转换形式采用型钢混凝土组合梁,型钢梁规格比较大。型钢梁采取工厂化加工生产,现场拼装焊接,转换层型钢梁的关键在于梁的拼装,要实现拼接时正确无误,首先要对每个节点进行深化工作,工作量比较大,2幢楼型钢柱有96根,也就是说有96个节点,因为每根柱与梁交接处规格尺寸不同,其中包括型钢柱设置位置,因柱长、短边方向不一致,梁的高度不一致,梁的宽度有大小,还有柱设置有边柱、转角柱、中间柱,型钢柱布置位置不同,节点也就不同,必须分类绘制图纸。
2施工方案选择
对于此类转换层结构的施工方案主要有3种:选叠合梁方案,附加支撑系统方案和荷载传递方案。选合梁方案是将1根梁分2次浇筑,下部梁按承担全部施工荷载计算配筋,待先浇筑的下部分梁混凝土强度达到100%后,再浇筑上部梁,以下部梁承担施工荷载,完成转换层结构施工。选合梁施工方法简单,但工期较长;另外,由于转换中的框架梁高度变化较大,无法统一浇筑,因此该方案对本工程不可行。附加支撑系统方案是先施工转换层框架柱及剪力墙至框架支梁底标高,待框架柱混凝土强度达到100%后,再安装焊接型钢梁,形成附加支撑系统,承担转换层大梁部分施工荷载,完成转换层结构施工。如按此方案施工,施工工艺复杂,精度要求高,工期也较长。因此,综合比较后,本工程未采用此方案。荷载传递方案是以转换层下部楼层面已施工完的框架梁为主要承载构件,在已施工完成的楼层面设置满堂脚手架,在大梁位置立杆下面铺设统长14#槽钢作为辅助卸载构件,形成支撑系统完成转换层框架梁的施工方便,操作简捷,有利于保证工期和施工质量。因此,本工程选用了荷载传递的施工方案。
3模板支撑系统设计与施工
针对转换层主梁截面尺寸大,结构层自重大的特点,在模板及支撑系统上采用相应的措施保证转换层顶板梁的结构施工安全性。梁模板采用15mm厚黑色胶合板,次龙骨采用50mm×100mm木方。主龙骨采用Φ48@600mm扣件钢管。支撑体系采用Φ48钢管满堂脚手架支撑体系,立杆间距650mm×650mm;立杆下端垫通长14#槽钢,立杆顶部紧靠横杆下设置双扣件作为保险,防止梁下横杆因受荷载而下滑。另外,在梁底下中间位置采用顶丝U字形托架进行加固措施,间距以梁长方向@700mm一档,纵横向满设井字式水平拉杆,上下间距不大于1500mm。扫地杆设置在离结构面250mm以内。非型钢结构梁模板:采用15mm厚普通胶合板,次龙骨采用50mm×100mm木方,间距≥300mm。梁底主龙骨采用Φ48,钢管@600mm,梁侧主龙骨采用Φ48普通钢管@600mm。本工程转换层梁较高,对控制梁的胀模有很大难度,因梁中间有H型钢,按规范规定腹板尽量少开孔和严禁现场开孔,穿梁螺杆无法固定,针对这一问题,经反复研究讨论,设计2套方案:(1)把螺杆弯成L形焊接腹板上,焊接时间是待型钢梁外钢筋绑扎完,但焊接困难,如提前焊接,对绑扎钢筋非常困难,而且这样做工期长,工作量大,故没有采用此方案;(2)根据梁的大小和高度,绘制图纸,把穿梁对拉螺杆设计好,图纸在型钢梁腹板焊Φ14mm螺母,焊接工作由加工厂完成,现场加工好螺杆,螺杆设计2段,施工时既方便又节约工期。这样做对支模、拆模比较方便、省时、省工。H型钢梁模板安装顺序:梁底模板安装H型钢,梁侧模安装必须待梁钢筋绑扎完才能进行。侧模板安装时,先把2段对拉螺杆的一段先安装在腹板上拧紧在已焊好的Φ14螺母上,螺杆另一头安装大小头螺母,然后安装侧模,再安装另一段Φ14螺杆(螺杆与螺母必须充分拧紧,防止爆膜),安装次龙骨和主龙骨,最后固定牢固校正完成。
4型钢混凝土施工方法
4.1钢筋绑扎
根据本工程的特点和施工难度,在征得设计单位同意下,对H型钢梁、柱的箍筋形式进行了改变,由于本工程柱、梁中有H型钢,H型钢翼缘板上全长设置双排抗剪栓钉,对封闭箍筋安装非常困难,而且箍筋规格粗又硬Φ14三级钢,故由封闭式箍筋改成不封闭箍筋,采用2个半箍,半箍筋弯勾按抗震要求设置,另外该弯勾比规范要求增加20mm,提前制作绑扎样板,请设计审核确认。在H型钢梁、柱箍筋绑扎时,对半箍筋绑扎要求严格按照深化图纸节点操作,绑扎时要满足箍筋肢数,不能漏放、漏扎,并派专人负责进行检查。对于转换层型钢梁钢筋绑扎方法做了明确布置,因型钢梁外包钢筋有3层和4层箍筋不等,但绑扎方法是一样,先穿主筋,直螺纹连接拧紧再绑扎箍筋。直螺纹主筋连接后,由质检员用力矩板进行逐个验收后方可绑扎箍筋。对于梁与柱交接处箍筋绑扎的要求,在型钢梁主筋穿完并连接好后,先把该处柱箍筋安装,该处柱分布位置箍筋分有3、4段拼装,先把钢筋分别穿过型钢梁、柱开好孔的位置,临时扎丝固定,然后焊接成一个完整箍筋。
4.2型钢梁外包混凝土施工
本工程3层顶型钢混凝土组合梁转换层,由于型钢梁外包钢筋分布密集,混凝土强度又高,墙板C50,梁板C40,混凝土灌入到梁里及梁与柱交接处非常困难。针对这个问题采取多项措施:首先在确保工程质量的前提下,调整级配用料;确定方案后,提前做试配强度试验,确保本工程转换层的混凝土质量;对级配中缓凝剂使用进行调整,在正常基础上延长2h,这样可以避免由于天气炎热,水分流失而引起混凝土强度来得过早,而难于施工;统一混凝土强度等级,在征得设计同意后,把混凝土强度统一改成C50,这样在施工过程中,解决了串混难题,确保了转换层的混凝土质量;在浇筑过程中,按先浇柱,后浇梁板,特别对梁的部位更加重视,因梁较高,稍有疏忽就可能发生胀模、漏振等现象。
5结语