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預應力拉索的鋼結構在大懸挑結構改造工程中的
2010-12-09 00:00

1.         工程概況

  在北京西單某大廈建于上世紀90年代中期,為12層框支-剪力墻結構體系,在正常使用10余年后,由于更換了業主,建筑使用功能發生了很大改變。根據新業主的使用需求,需要在原有結構的外側臨街面,自二層至四層位置增設約4.4米左右的懸挑,此空間作為櫥窗展示之用,設計活荷載2kN/m2。

2.         技術方案確定

  經過多種結構方案試算與比對,綜合考慮技術可行性、經濟可行性與施工工期的影響,確定采用預應力拉索-鋼結構組合的結構改造方案。即在結構3、4、5層框架柱外側增設焊接工字鋼組成的縱橫向框架懸挑梁,在層與層之間柱根部與鋼梁外邊緣增設8道預應力拉索,鋼梁與原有混凝土柱采用包鋼板的方法作為連接節點,拉索與鋼結構采用耳板連接。在鋼梁安裝完成后,對拉索施加預應力,預應力大小的確定服從以下原則:其一是設計荷載組合下鋼結構應力滿足,其二是懸挑端在荷載標準組合下的撓度滿足規范要求,其三是設計荷載組合下拉索應力滿足足夠的安全儲備(不小于2.5)。

3.         結構設計計算

  由于此結構方案涉及到原結構的承載能力,改造后結構的承載能力與變形,材料有混凝土結構、鋼結構和預應力拉索,節點設計也較為復雜。故整體結構計算采用Midas/gen 7.30程序完成,主要是驗算鋼結構截面尺寸,確定預應力拉索預拉力大小等。

計算荷載取值和荷載組合如下:

恒荷載D:結構自重:程序自動計算

屋面恒載:按150mm厚混凝土板

玻璃幕墻:1.0 kN/㎡

活荷載L:樓面活載:2.0kN/㎡

荷載組合如下表:

組合1
 1.35D + 1.4(0.7)L
 
組合2
 1.2D + 1.4L
 
組合3
 1.0D + 1.0L
 


根據計算分析結果,綜合考慮結構豎向位移,鋼結構應力和拉索索力三個判斷因素,得出如下結論:

  1)在恒荷載和活荷載標準組合作用下(組合3),最大向下位移18mm<20mm,結構變形滿足要求;

  2)拉索最大拉力169KN,最小拉力77 KN,拉索強度滿足要求;

  3)鋼結構最大壓應力為77MPa,滿足要求。

  拉索采用316級不銹鋼拉索,直徑為30mm。

 

4.         節點設計

  本工程為在既有結構外側增加懸挑空間,原有結構的外柱為圓形混凝土結構,而且柱周邊有三個方向的混凝土框架梁,新結構與既有結構可靠連接是本工程質量和安全的關鍵所在。根據實際情況,混凝土與鋼結構之間連接節點設計了環向180度抱箍的形式,即采用半圓形鋼板通過錨栓與焊接相結合的形式實現鋼結構與混凝土結構的過度,總共根據需要設計了4種類型的鋼節點。

5.         主要施工技術

  本工程綜合采用了鋼結構、預應力拉索、化學錨栓植筋等多種技術,在施工中要合理安排施工工序,確保施工質量;而且處于外懸挑高空作業,施工安全也非常重要。

  總體施工順序如下:外架支撐和防護網搭設-化學錨栓植筋—安裝鋼節點-安裝鋼梁-安裝拉索-拉索張拉-噴涂防火涂料-拆除支撐-施工完成。

6.         小結

  1)本工程在既有混凝土結構外側增加達4.4米懸挑結構,屬于特種改造工程,結構及節點均較為復雜,必須精心設計精心施工才能確保結構安全可靠。

  2)預應力技術在加固改造工程中,在一定的應用范圍內可以發揮不可替代的作用,本工程中采用不銹鋼體外預應力拉索技術,大幅度降低了懸挑結構截面和重量。

  3)對此類改造工程,節點設計是重點之一,尤其是針對不同材料之間的節點連接設計。

  4)目前本工程已經正常使用近2年,驗證了當初結構設計與施工的質量是可靠的。

  5)通過本工程的設計與施工實踐,可以為以后同類工程提供一定的參考。

 

   本公司的高壓(電動)油泵制管機扁管機灌漿機扎花機張拉機具預應力錨具預應力張拉設備張拉機具均達到中國國家技術標準ISO9001-2000國際質量體系認證和鐵道部、國內各省級檢測中心檢驗全部合格。

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