储粮筒仓屋顶高支模架的设计与应用

陈 聪，刘玉宝，李小强（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）



储粮筒仓屋顶高支模架的设计与应用

陈 聪，刘玉宝，李小强
（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

摘要：黄骅港综合港区冀海散杂货码头工程原料仓储区土建工程新建三座大豆筒仓，仓顶为锥形屋顶，仓顶模板支撑架最大搭设高度为43.9 m，最小搭设高度为35.8 m。利用有限元软件Midas gen对模板支撑架进行设计，设计结果经专家论证满足施工安全要求，并在施工中的到验证。

关键词：高支模架；钢管格构筒柱；设计；有限元分析；Midas gen

1 工程概况

黄骅港综合港区冀海散杂货码头工程原料仓储区土建工程建设地点为河北省沧州市渤海新区黄骅港综合港区，距黄骅市约45 km，距沧州市约90 km，海上距天津港约70 n mile。

本工程新建三座大豆筒仓，筒仓采用圆形的现浇钢筋混凝土结构，占地面积3 190.8 m2，内直径36 m，壁厚400 mm，首层层高为5.50 m，建筑高度55.8 m（含屋顶）。仓顶为锥形屋顶，坡度为30°，仓顶环梁高700 mm，模板支撑架最大搭设高度为49.4 m，最小搭设高度为41.3 m。

锥形顶板在47.5 m、53.0 m、55.8 m设计3道环梁，沿筒仓中心轴向每隔 15°设计一道斜梁。环梁截面尺寸为 300 mm×690 mm，300 mm ×520 mm，400 mm×700 mm。斜梁截面尺寸250 mm ×300 mm～610 mm。其中各道环梁模板支撑架搭设高度为41.300 m，47.000 m，49.400 m。仓顶结构及脚手架平面布置见图1、图2。

图1 仓顶结构

图2 脚手架平面布置

2 高支模体系设计

2.1 设计方案

仓内模板支撑架设计，选择搭设高度最高、架体承受荷载最大的上环梁区域为计算单元，并使用有限元软件Midsa gen进行受力分析。

在筒仓上环梁处模板支撑架设计为“钢管格构筒柱”体系，为保证体系的稳定格构柱体系与筒仓壁及中心格构柱筒体采用竖向及水平向剪刀撑连接。在仓壁处采用水平杆与仓壁顶紧。钢管格构柱布置要求如下：

1）钢管：48×3 mm；

2）托梁：48×3 mm（双扣件）；

3）小梁：60×80方木；

4）立杆：横距750 mm，纵距750 mm，23.400 m以下为双立杆；

5）水平杆：步距1 300 mm；

6）自由端长度≤300 mm。

钢管格构筒柱剪刀撑布置及模板支架分段卸载见图3、图4。

图3 钢管格构柱剪刀撑布置

图4 模板支架分段卸载示意

2.2 构造措施

钢管格构筒柱水平剪刀撑按单个区格布置，布置间距3.0 m。竖向剪刀撑每个区格内布置，布置水平间距3.0 m，竖向间距 3.9 m。在双立杆顶部23.400 m、33.000 m、43.000 m设置分段卸载措施，采用6号钢丝绳和花篮螺丝与架体拉结。钢丝绳拉结应牢固、顺直，拉结过程中不得使架体有明显变形。钢丝绳拉结角度不得大于15°。

2.3 主要荷载

1）新浇筑混凝土自重标准值：24 kN/m3。

2）混凝土梁钢筋自重标准值：1.5 kN/m3。

3）混凝土板钢筋自重标准值：1.1 kN/m3。

4）模板自重标准值：0.1 kN/m2。

5）小梁自重标准值：0.2 kN/m2。

6）大梁自重标准值：0.4 kN/m2。

7）施工均布活荷载标准值：2.5 kN/m2。

8）振捣荷载标准值：3.0 kN/m2。

9）风荷载标准值： ωk=0. 9μsμzω0=0.9×1.89 ×0.8×0.4=0.544 kN/m2。

基本风压 ω0=0.4 kN/m2。

风压高度变化系数 μz=1.89

风荷载体型系数：sμ=0.8

10）钢管脚手架自重标准值。

2.4 设计计算

应用有限元软件Midas gen进行建模计算，脚手架节点按照半刚性节点输入，对整个架体进行立杆承载力计算、立杆应力计算、架体在承载力作用下变形计算、支撑架整体稳定性计算，计算结果见图5。

图5 高支模架受力分析

计算支撑架整体稳定时采用非线性屈曲分析，并依据《超高大跨重载模板支撑体系研究与应用》［3］对高支模架立杆垂直度的统计分析，见图 6。对本工程的立杆垂直度进行调整，以确保符合工程实际。

图6 高支模架屈曲分析

立杆最大支承承载力 Rmax=18.44 kN＜混凝土楼面最大承载力，满足要求。立杆最大应力σmax=6.178×10-1kN/mm2=61.78 MPa＜205 MPa，满足要求。在风荷载作用下支架体系最大全局变形为5.37 mm，变形较小。此时支架体系在进行预压消除非弹性变形后，可依据以上支架变形值设置合适的预拱度。

按照模板支撑架在混凝土浇筑过程中为最不利状态进行荷载组合，取三阶模态进行屈曲分析，计算弹性临界稳定系数。

在荷载作用下屈曲荷载临界系数为 15.23，按迈达斯用户手册在土木工程中弹性稳定系数一般要求大于4判断，满足要求。

第一阶屈曲模态分析结果显示支架沿风荷载垂直方向大波起鼓，根据水平竖向剪刀撑布置间距，每间距高度接近一个波峰，波峰从基底到顶逐步减小，基地处现波峰峰值，挠度最大。依据有限元模型分析结果，我们在实际施工过程中针对大波失稳情况可以制定有效的监测措施。

屈曲分析显示，钢管格构筒柱基底至柱中发生了屈曲，这与现实中长细比较大构件屈曲模态相符。为保证中心钢管格构筒柱的侧向稳定，格构柱波峰处水平杆应与筒仓仓壁顶紧，从架体底部23.400 m开始布置，布置间距3 900 mm，并与整个支架的水平杆、剪刀撑等连接。

3 结 语

高支模架设计计算是工程领域常见问题，各单位对高支模架的设计计算都极为重视，但鉴于目前国内对高支模架的研究仍不完善，经常导致架体失稳现象发生，但利用Midas gen对高支模架进行建模分析有效的解决了依据规范验算的不可见性，提高了设计精度，值得在工程领域大面积推广。

本文依据对多个高支模架统计分析进行建模计算和模拟分析，并通过工程实施确定了设计是可行合理的。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ130-2011建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［2］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50009-2012建筑结构荷载规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［3］ 蔡雪峰，庄金平，周继忠， 等.超高大跨重载模板支撑体系研究与应用［M］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

Design and Application of High Framework Support on Roof of Grain Silo

Chen Cong，Liu Yubao，Li Xiaoqiang
（No.4 Engineering Co.， Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.， Ltd.， Tianjin 300456，China ）

Abstract：Huanghua comprehensive port in Hebei sea bulk cargo wharf engineering raw material storage area of civil engineering of new three soybean silo and silo is a conical roof， warehouse roof template support frame maximum erection of a height of 43.9 m， minimum erection height is 35.8 m.Using the finite element software MIDAS Gen to design the template support frame.The result of the design the expert argumentation meets requirement of construction safety and in construction to prove.

Key words：high formwork support； steel tubular column； design； finite element analysis； midas gen

中图分类号：TU311.41

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）02-0067-03

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20160217

收稿日期：2016-01-12

作者简介：陈聪（1979-），男，工程师，主要从事港口工程施工管理工作。