30-型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

PAGEPAGE13中建七局科技研發(fā)課題立項報告課題名稱：型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工技術(shù)申報單位：中國建筑第七工程局有限公司課題負責人：陳磊起止年限：2010年01月01日至2011年06月30日中國建筑第七工程局有限公司二○一○年一月

一.基本信息課題名稱型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工技術(shù)課題負責人姓名陳磊職務/職稱高級工程師電話0371—66350531e—mailchenlei@cscec7b。com選題背景我單位承擔施工的某部隊建筑工程,主體結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，地上12層，結(jié)構(gòu)高度52。2m，建筑物長度150m，屬于超長結(jié)構(gòu)。建筑設(shè)計中部為18m×18m高10m(2層）中央大廳,大廳上部為10層的普通框架結(jié)構(gòu).實現(xiàn)大跨度結(jié)構(gòu)和最大限度的滿足建筑、設(shè)備使用要求成為本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工的難點和重點。對于中央大廳大跨度結(jié)構(gòu)進行了多種方案的比較和分析，其中有：型鋼混凝土梁+18m長向SP板方案;雙向鋼組合梁方案;每層設(shè)混凝土實腹大梁方案；轉(zhuǎn)換方案等。各方案的優(yōu)缺點如下:1.1型鋼混凝土梁+18m長向SP板方案：方案思路是采用18m跨的SP長向預制板使樓面荷載直接傳遞到兩側(cè)，18m跨度大梁不承受樓面荷載，型鋼混凝土梁可減小截面尺寸并具有較好的延性,同時在結(jié)構(gòu)中部采用預制樓板可減少因超長帶來的收縮和溫度應力。具體分析：本工程原定位為超長結(jié)構(gòu)，而在其中部自下而上采用預制樓板是不合適的，即使采用預制樓板也必須加強預制板與結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造并做疊合層，設(shè)疊合層后18m跨度大梁不承受樓面荷載的假定就不完全成立,預制板與結(jié)構(gòu)超長方向一致，當預制板端部與結(jié)構(gòu)可靠連接時對溫度應力的影響與現(xiàn)澆板幾乎是一樣的，而混凝土的收縮問題完全可以通過施工工藝來解決，因此采用預制板對結(jié)構(gòu)沒有太多的優(yōu)點。采用預制板不利于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。1.雙向鋼組合梁方案：鋼組合梁充分發(fā)揮型鋼與混凝土的材料特性，受力特點優(yōu)勢明顯，且具有較好的延性。具體分析：鋼組合梁作為樓面梁是很好的結(jié)構(gòu)形式，但作為框架梁，鋼組合梁承受負彎矩不太理想，并且剛度偏低，不利于抗震。同時雙向鋼組合梁需要較強的邊梁做為支座，實現(xiàn)難度較大并且建筑使用功能上也不容許。2。每層設(shè)混凝土實腹大梁方案，就是每層設(shè)18m跨度混凝土實腹大梁，大梁高度1。5m-1.7m,傳力直接明確。具體分析:進一步分析發(fā)現(xiàn)實腹大梁方案也存在很多問題，實腹大梁自重較大，與其連接的柱均為短柱，由于大梁寬度寬于填充墻體的厚度給建筑使用帶來不便，大梁位于走廊兩側(cè)對設(shè)備管線入房間帶來困難，頂層與大梁相連的柱配筋較大。3.轉(zhuǎn)換方案：通常托柱轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式有：實腹梁轉(zhuǎn)換;空腹桁架轉(zhuǎn)換；桁架轉(zhuǎn)換等。主要研究內(nèi)容對“型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系”進行研究,主要內(nèi)容包括：1.型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)成；2型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系的受力原理分析；3型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系的施工技術(shù)；4型鋼—混凝土梯形框架節(jié)點位移變形監(jiān)測技術(shù)。研究目標與成果研究目標:實現(xiàn)大跨度結(jié)構(gòu)和最大限度的滿足建筑、設(shè)備使用要求,指導類似工程的施工.研究成果:研究報告1份2.發(fā)表2篇論文3。專利2項經(jīng)費總預算280萬元起始日期2010年01月完成日期2011年06月二.經(jīng)費預算表金額單位：萬元序號預算科目名稱合計財政經(jīng)費自籌經(jīng)費1一、經(jīng)費支出（合計）28028021、設(shè)備費3（1）購置設(shè)備費90904（2）試制設(shè)備費5(3）設(shè)備租賃費62、材料費252573、測試化驗加工費505084、燃料動力費202095、差旅費1515106、會議費1010117、國際交流與合作費128、出版/文獻/信息傳播/知識產(chǎn)權(quán)事務費55139、勞務費25251410、專家咨詢費30301511、管理費10101612、其他1713、18二、經(jīng)費來源（合計)280191、中建股份經(jīng)費資助202、自籌經(jīng)費來源280（1）其他財政撥款（2）單位自有貨幣資金280（3）其他資金三。課題申報書（一）課題概述1。課題基本情況課題名稱:型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工技術(shù)類型：工程技術(shù)開發(fā)與應用依托工程：海軍9155工程2。課題申報單位基本情況單位名稱中國建筑第七工程局地址河南省鄭州市城東路116號法人代表賀海飛資質(zhì)等級房屋建筑工程施工總承包特級；公路工程施工總承包壹級；機電安裝工程施工總承包壹級;地基與基礎(chǔ)工程專業(yè)承包壹級；公路路基工程專業(yè)承包壹級。業(yè)績良好財務收支良好聯(lián)系電話0731-663505313.課題負責人基本情況姓名陳磊性別男職務/職稱高工專業(yè)工民建聯(lián)系電話/手機/e—mailchenlei@Cscec7b。com特長建筑施工管理能力良好與課題相關(guān)的主要業(yè)績(二）課題的可行性分析1.課題提出的背景在國家大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)置的前提下，作為施工企業(yè)掌握基礎(chǔ)設(shè)施的新型施工技術(shù)至關(guān)重要。底部高空間大跨度、上部寫字樓或住宅的建筑工程,廣泛應用在各種等重要公共項目中，對此種結(jié)構(gòu)要求的處理方法，大多都是大型混凝土構(gòu)件或型鋼混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化層.即使這樣，也很難滿足公共項目的空間、跨度使用要求。型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，作為一種創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)形式，具有一定的國內(nèi)領(lǐng)先的先進性，對于這種結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)，由于研究不足，該技術(shù)的推廣應用同時又存在一定的局限性，施工技術(shù)本身多方面又存在可改造性，需要我們更進一步的加以創(chuàng)新、改造，并大力進行推廣。2.相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及國內(nèi)現(xiàn)有工作基礎(chǔ)型鋼梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計與國內(nèi)常用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式的對比型鋼梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計，和目前國內(nèi)常用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式相比，施工模板用量和混凝土用量減少約1/3,并且結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身占用空間少、受力均衡合理、整體空間剛度大抗震性能高，能夠最大限度滿足建筑功能，符合目前國家提倡的綠色、節(jié)能環(huán)保施工和建筑政策。隨著超長、超大和建筑局部功能轉(zhuǎn)換的建筑設(shè)計增多,型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)成，將對鋼骨-混凝土組合梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進行廣泛推廣應用。3。課題實施的意義與必要性降低施工成本、提高施工質(zhì)量、加快施工進度、降低施工風險，創(chuàng)建品牌工程。4。課題實施的可行性分析（技術(shù)、人員、經(jīng)費）近幾年以來，中建七局大力發(fā)展集團內(nèi)部的技術(shù)公關(guān)能力，實施了一系列“發(fā)展企業(yè)核心技術(shù)，提高核心競爭力”的舉措，使集團內(nèi)部技術(shù)保證能力得到持續(xù)提高。特別是技術(shù)中心，已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域取得了一系列研究成果。為了確保本科研項目的順利實施,中建七局將以技術(shù)中心“科技研究小組”為平臺,充分整合內(nèi)部資源，調(diào)配各級單位技術(shù)骨干，利用國內(nèi)及國際的相關(guān)技術(shù)成果及專家?guī)熨Y源,成立項目技術(shù)服務保證中心。針對本項目相關(guān)技術(shù)難點及施工特點，技術(shù)服務保證中心將進行一系列的專題研究,不僅要滿足本項目的施工要求,并且要以“創(chuàng)新中建集團核心技術(shù)”為工作目標，全面、及時的開展各項技術(shù)服務保證工作。科研項目工作組向國內(nèi)設(shè)計、施工的部分專家進行了咨詢，得到以下結(jié)論；本項目的創(chuàng)新效果明顯，結(jié)構(gòu)新穎有較好的推廣價值，但綜合設(shè)計方面,較欠缺，將對結(jié)構(gòu)的型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系的受力原理、型鋼混凝土梯形框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系的施工技術(shù)、型鋼—混凝土梯形框架節(jié)點位移變形監(jiān)測技術(shù)等多方面需進一步進行深入研究?？蒲许椖抗ぷ鹘M應對技術(shù)管理充分重視，集中建七局的現(xiàn)有技術(shù)能力,可以保證此項目的順利實施。因此，綜合考慮本項目的技術(shù)特點、中建集團的現(xiàn)有施工水平、集團內(nèi)部充足的技術(shù)攻關(guān)能力,實施本項目技術(shù)可行性良好。(三）課題實施的目標及主要研究內(nèi)容1。課題實施的主要研發(fā)目標（預期總目標、階段性目標)研究目標：創(chuàng)新一種經(jīng)濟合理、安全可靠、適用性強、操作人性化的掛籃新品種，并在相關(guān)橋梁工程施工中大力推廣，促使該掛籃進一步工廠化、定型化、產(chǎn)品化是本課題的主要研發(fā)目標。2.研究與開發(fā)的具體內(nèi)容（詳細描述)2.1掛籃結(jié)構(gòu)研究掛籃主要有承重系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、錨固定位系統(tǒng)、底籃、模板系統(tǒng)以及安全防護系統(tǒng)等幾個系統(tǒng)構(gòu)成，目前掛籃設(shè)計已向輕型化方向發(fā)展，掛籃設(shè)計的主要控制指標為：掛籃的總重量與箱梁塊件重量之比K，在滿足掛籃承載力要求,以及箱梁施工必要要求的前提下，K值越低，表示整個掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計越合理，掛籃建造的材料越節(jié)省，施工成本越低。無主桁體內(nèi)斜拉超輕型掛籃主要從以下幾點考慮,減輕掛籃自重：2.1.1除了優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式外,最重要的措施是不設(shè)平衡重，采用后錨的形式平衡掛籃以及待澆筑塊體重量。這也是現(xiàn)代輕型掛籃設(shè)計優(yōu)先考慮的一條，早期掛籃平衡重占到掛籃總重量的50％以上，現(xiàn)代輕型掛籃中后錨系統(tǒng)所占掛籃總重量幾乎是微不足道的；2.1.2改進掛籃主承重結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳統(tǒng)掛籃主桁架是掛籃的主要承重結(jié)構(gòu),多采用雙片或多片桁架組合成掛籃主桁，由于桁架所承受荷載以彎曲、剪切應力為主，所以不管是平行桁架，菱形桁架還是三角桁架，一般情況下掛籃主桁都比較笨重，主桁重量占到掛籃總重量30％～50％以上，體內(nèi)斜拉掛籃采用斜拉帶承重,斜拉帶基本上只承受軸心拉力,充分的利用了鋼材的軸心抗拉強度高的特性，主承重結(jié)構(gòu)占整個掛籃重量不足1—5％，大大降低了掛籃重量;2.1。3掛籃設(shè)計無主桁,無前、后上橫梁。箱梁側(cè)模以及內(nèi)模板系統(tǒng)前端通過支撐吊掛系統(tǒng)直接支撐與掛籃前下橫梁上,后端直接錨固于已完成箱梁塊體混凝土上，以解決掛籃模板系統(tǒng)的支撐問題;2.1.4改變掛籃行走時的結(jié)構(gòu)受力體系,掛籃行走時，由內(nèi)滑梁臨時充當傳統(tǒng)掛籃的主桁，解決行走時掛籃的支撐問題。掛籃行走時的荷載相對于箱梁塊體施工時的荷載要小的多，傳統(tǒng)掛籃行走以及箱梁塊體施工時均由主桁架受力，顯然,當掛籃行走時，主桁的承載能力遠大于實際荷載，理論上可以說是一種浪費；2。1。5另外進一步優(yōu)化模板系統(tǒng),在保證模板強度及剛度的前提下，盡量減輕模板及支撐重量。底籃采用型鋼縱梁,整體式鋼模,側(cè)模采用鋼桁架整體模板，內(nèi)頂板采用角鋼桁片整體式模板。掛籃結(jié)構(gòu)基于以上考慮，在掛籃設(shè)計過程中，采用了無主桁梁、無上橫梁，體內(nèi)斜拉等盡量減少橋面以上結(jié)構(gòu)的設(shè)計，創(chuàng)制一種新型掛籃結(jié)構(gòu)形式。2。2掛籃安全技術(shù)無論如何進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,如何進行改進，安全總是一個不變的主題.掛籃安全技術(shù)研究主要著手于以下幾點：2。2。1掛籃斜拉帶材料研究.斜拉帶是掛籃的主承重結(jié)構(gòu)，其材料特性應絕對保障施工過程中的安全。傳統(tǒng)掛籃吊帶多采用精軋螺紋鋼或是鋼板。精軋螺紋鋼抗拉強度高,重量體積相對較小，并可安裝至任意長度，安裝錨固非常方便，但是由于自身力學特性，容易脆斷,而造成嚴重的掛籃事故;鋼板吊帶一般不容易脆斷，安全可靠，但施工中又存在定位錨固麻煩，調(diào)整過程繁瑣,加之本身較笨重,不太適于體內(nèi)斜拉的實現(xiàn)。所以斜拉帶材料的選擇將是無主桁體內(nèi)斜拉掛籃設(shè)計以及施工運用的關(guān)鍵，需要在多方面進一步深入研究；2.2.2掛籃各項限位裝置的研究.無主桁體內(nèi)斜拉掛籃可以說是將已施工梁端作為了傳統(tǒng)掛籃的主桁架，優(yōu)化掛籃的多個系統(tǒng)由于與傳統(tǒng)掛籃存在較大差異，需設(shè)置各種限位裝置確保掛籃施工安全,如何設(shè)置各種限位裝置,更加有效的確保施工，是無主桁體內(nèi)斜拉掛籃成功運用的關(guān)鍵；2。2。3掛籃常規(guī)安全技術(shù)研究。掛籃施工高空懸臂施工，確保掛籃安全，以及上下施工人員的安全是一項重要的工作。無主桁掛籃如何做到全封閉，工廠化生產(chǎn)，需要多方面考慮。2。3掛籃人性化自動化研究掛籃是一項相對較笨重的施工設(shè)備，目前為止，掛籃施工機械化程度不高，許多操作仍停留在手工工具操作階段，例如掛籃行走目前基本上仍是靠手拉葫蘆,手搖千斤頂?shù)冗M行,尚未實現(xiàn)機械化，電控操作的層面,人力仍是掛籃施工的關(guān)鍵，這也在一定程度上制約了掛籃施工的進一步發(fā)展，如何實現(xiàn)掛籃施工的機械化、電氣化，以使掛籃施工操作更人性化，這也需要認真研究.3。課題研究技術(shù)路線以中建七局海軍9155等項目連續(xù)梁掛籃施工為依托,在施工過程中研發(fā)團隊采集數(shù)據(jù)進行分析整理、總結(jié)經(jīng)驗,并與其他研發(fā)單位合作，最終獲得研發(fā)成果。4。課題的技術(shù)關(guān)鍵,包括技術(shù)難點、創(chuàng)新點4.1掛籃斜拉帶材料的選擇。這是該掛籃摒棄主桁架，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)大幅減輕，降低成本的關(guān)鍵，如何實現(xiàn)安全、合理、有效需深入研究;4.2常規(guī)掛籃各系統(tǒng)都是由主桁架發(fā)生關(guān)系,由于該摒棄了掛籃主桁架的設(shè)計,掛籃各系統(tǒng)之間如何很好的作用、聯(lián)系也是一個研究的關(guān)鍵；4.3掛籃如何實現(xiàn)安全施工,常規(guī)掛籃考慮的并不多，安全系統(tǒng)應該成為掛籃的重要組成系統(tǒng)，設(shè)計時應進行全面考慮應從全封閉化、人性化方面進行深入研究;4。4掛籃操作應逐漸實現(xiàn)自動化、機械化，常規(guī)掛籃基本還處于手工操作階段，手動工具依然是掛籃施工的基本操作工具，應該在自動化、機械化方面進行深入研究；4.5如何實現(xiàn)該新型掛籃的產(chǎn)品化,定型化，也是需要深入研究的。5?？赡塬@得的成果和知識產(chǎn)權(quán)（專利、軟件著作權(quán)、標準、規(guī)范、工法、新產(chǎn)品、研究報告、論文、專著、人才等)預期完成專利兩項；預期編制工法2項；預期完成研究報告3項；預期在國家重要技術(shù)刊物發(fā)表論文4篇；培養(yǎng)高級專業(yè)人才20名左右.（四）技術(shù)、經(jīng)濟效益分析1。技術(shù)經(jīng)濟效益分析（經(jīng)濟、社會、環(huán)境）確定合理的施工工藝，從進度和質(zhì)量方面創(chuàng)造最大的利潤.2.推廣應用前景分析（產(chǎn)業(yè)化可行性）基礎(chǔ)設(shè)施橋梁建設(shè)日新月異,各類橋梁施工對掛籃的需求量依然是很大的,實現(xiàn)該經(jīng)濟性掛籃的產(chǎn)品化、定型化，實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，具有較好的開發(fā)應用前景.3。對公司提高經(jīng)營業(yè)績的作用掌握新型施工技術(shù)有助于公司建設(shè)品牌工程，增強企業(yè)的社會競爭能力,提高企業(yè)社會信譽。（五）課題進度安排1.課題研究完成年限2011年6月2。課題分階段任務安排序號日程安排項目內(nèi)容12010年1月初科技推廣領(lǐng)導小組成立22010年2月中旬推廣項目選擇、立項32010年4月上旬培訓研討會42010年4月下旬邀請工程局、公司科技部門到項目做培訓、指導52010年5月中旬組織人員到其他科技示范項目考察、學習62010年6月-7月組織相關(guān)單位到工地觀摩、交流72010年7月-11月請專家、領(lǐng)導現(xiàn)場指導、總結(jié)82011年1月至2月月也結(jié)合現(xiàn)場施工的實際情況不斷總結(jié)經(jīng)驗92011年3月—5月推廣項目總結(jié)，出成果、論文，上報建設(shè)部102011年6月召開科技推廣研討會，并表彰先進(六)課題的組織管理及相關(guān)保障、支撐條件1.課題的組織管理與措施以中建七局海軍9155等項目為依托，成立科研小組，并將針對本工程特點，借鑒成