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淺議新建鋼結構罩棚的柱腳連接方式
發(fā)布時間:2024-01-22 13:50:22 瀏覽:[]次

隨著時代的變遷,加油站罩棚的結構形式逐步發(fā)展為鋼筋混凝土框架結構、鋼筋混凝土柱+屋架或網(wǎng)架結構、鋼結構框架結構等多種形式。而近年來隨著建成時間的推移、人民生活水平的提高及審美變化、建筑結構性能要求越來越高等原因,很多的加油站罩棚開始了改造(如增量改造、隱患整治改造等),不可避免的涉及到罩棚結構方面的改造和升級,尤其很多2000年前后建成的加油站,建成時間距今已20多年,由于結構形式、存在環(huán)境、保養(yǎng)維護等方面的差異,很多罩棚已臨近設計使用年限或存在結構安全隱患(尤其沿海地區(qū)常年有大風天氣)。而在這一波改造風潮中,罩棚結構也逐漸向抗震性能更好、結構體系更可靠、施工更方便、造型更加輕盈靈動等方向發(fā)展。

以下為我公司2023年下半年在廣州片區(qū)施工的部分項目的罩棚形式。

圖一:我公司負責施工的中國石油潮州興源加油站增量改造工程,屬于鋼筋混凝土框架結構罩棚。

我公司負責施工的中國石油潮州興源加油站增量改造工程,屬于鋼筋混凝土框架結構罩棚

圖二:我公司負責施工的中國石油潮州鳳城加油站增量改造工程,屬于鋼筋混凝土框架結構罩棚。

我公司負責施工的中國石油潮州鳳城加油站增量改造工程,屬于鋼筋混凝土框架結構罩棚

圖三:我公司負責施工的中國石油梅州游客中心加油站新建工程,屬于鋼結構框架圓形屋面罩棚。

我公司負責施工的中國石油梅州游客中心加油站新建工程,屬于鋼結構框架圓形屋面罩棚

圖四:我公司負責施工的中國石油潮州寶源加油站安全隱患改造工程,屬于鋼結構框架矩形屋面罩棚。

我公司負責施工的中國石油潮州寶源加油站安全隱患改造工程,屬于鋼結構框架矩形屋面罩棚

在以上項目實施過程中,充分體現(xiàn)了鋼結構構件工廠化定制、可整體吊裝施工安全度高、復雜造型易實現(xiàn)、包裝及設備電氣易安裝、方便快捷工期短、結構性能可靠等優(yōu)點。而鋼結構構件與混凝土基礎的接駁工藝及施工計劃安排則成為鋼結構罩棚項目的重要節(jié)點。

鋼結構柱與鋼筋混凝土基礎連接分為鉸接與剛接兩種形式。

鉸接柱腳的結構簡圖和計算模型認定柱腳節(jié)點不承擔因為結構荷載、地震荷載、風荷載、雪荷載傳至柱腳的彎矩而僅承擔相應剪力,這就要求鋼柱及梁柱節(jié)點有更大的截面、更大的慣性矩來沖減柱腳未承擔的這部分彎矩并避免二階效應帶來的內力重分配,同時在必要時在柱腳底板下增設抗剪鍵來抵抗柱腳剪力(鉸接節(jié)點一般柱腳螺栓較小且并不進行混凝土結構包裹,其抗剪能力弱),其結構可靠度不如剛接節(jié)點好,多用作外墻圍護體系的構件或者門式鋼架體系,而對于加油站罩棚結構很少用到鉸接節(jié)點。

剛接節(jié)點則通過強行約束柱腳,減少柱腳自由度來保證柱腳的受剪(剪力較大區(qū)域)及抗彎性能,而且可以更好的解決混凝土與鋼結構兩種材料性能不同的問題。其缺點是由于采取強力措施來增加柱腳可靠度,其施工難度、復雜度及造價通常遠高于鉸接柱腳。

根據(jù)設計規(guī)范《鋼結構設計標準》GB50017-2017及國標圖集《多、高層民用建筑鋼結構節(jié)點構造詳圖》16G519中關于柱腳鉸接及剛接節(jié)點的認定,其一般以以下形式表現(xiàn)。

圖五:柱腳鉸接節(jié)點,其基本特征為柱腳螺栓較少且設置在H型鋼內圈,有水平剪力時往往需要設置抗剪鍵。

柱腳鉸接節(jié)點,其基本特征為柱腳螺栓較少且設置在H型鋼內圈,有水平剪力時往往需要設置抗剪鍵

柱腳鉸接節(jié)點,其基本特征為柱腳螺栓較少且設置在H型鋼內圈,有水平剪力時往往需要設置抗剪鍵

圖六:柱腳剛接節(jié)點,其分為外露式和外包式、與埋入式三類。

外露式的特點為柱腳在基礎短柱施工完成后(提前預埋地腳螺栓)再進行鋼柱安裝,其柱腳剪切力及彎矩靠地腳螺栓承擔,通常地腳螺栓的數(shù)目較多、規(guī)格較大,柱腳螺栓預埋難度大、鋼柱柱腳對口難度大。其與鉸接節(jié)點的螺栓布置區(qū)別為外露式剛接柱腳節(jié)點螺栓布置在鋼柱外側,而鉸接鋼柱柱腳節(jié)點螺栓布置在鋼柱內側。

柱腳剛接節(jié)點,其分為外露式和外包式、與埋入式三類

柱腳剛接節(jié)點,其分為外露式和外包式、與埋入式三類

柱腳剛接節(jié)點,其分為外露式和外包式、與埋入式三類

外包式柱腳則在基礎底板或承臺施工完成后(預留好短柱插筋及地腳螺栓),待鋼柱吊裝到位后再綁扎短柱鋼筋、安裝模板并澆筑短柱混凝土。其優(yōu)點是地腳螺栓少柱腳對口容易(通常為四個安裝就位螺栓)、結構可靠度比外露式好,缺點是鋼柱入場后其他鋼結構不能順序施工,而是要等待短柱施工完成及基礎回填、地面恢復后方可鋼結構的后續(xù)施工。

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埋入式柱腳則多用于彈性地基梁基礎,在基礎施工時將鋼柱與鋼筋一起安裝,并一同澆筑。其優(yōu)缺點與外部式柱腳基本相同。

圖片11.png

我公司進行施工的潮州寶源加油站安全隱患整改項目和梅州游客中心加油站新建項目采用的是外包式柱腳,中山福源加油站新建項目及潮州高華加油站安全隱患整改項目則采用外露式柱腳。

潮州寶源加油站安全隱患整改項目外包式柱腳施工過程

潮州寶源加油站安全隱患整改項目外包式柱腳施工過程.jpg

梅州游客中心加油站新建項目柱腳節(jié)點設計

梅州游客中心加油站新建項目柱腳節(jié)點設計

中山福源加油站新建項目柱腳節(jié)點設計

中山福源加油站新建項目柱腳節(jié)點設計

潮州高華加油站安全隱患整改項目外露式柱腳施工過程

潮州高華加油站安全隱患整改項目外露式柱腳施工過程.jpg

在項目實施過程中,兩種柱腳形式體現(xiàn)出不同的施工工藝要求和工序安排。

外包式柱腳由于其柱腳螺栓較少,且基本為鋼柱安裝定位螺栓(寶源加油站項目每柱只有4根M24地腳螺栓),其精度要求和鋼柱底板螺栓孔對口難度均較小,基本不需要定位板來輔助定位,且在對口不準的情況下可局部調整螺栓孔。但鋼柱就位的另外一個難點則是穿過預留短柱鋼筋至就位螺栓的過程。寶源加油站項目的短柱預留鋼筋端頭為180°彎鉤且主筋為32Φ25鋼筋,鋼柱下落過程中需多人輔助方可完成(見下圖),且須鋼結構安裝隊伍兩次入場,甚至因為基坑未回填需要鋼構件分批進場。工序銜接較困難,但預埋難度小。

圖片14.png

外露式柱腳則在柱腳設置大量的地腳螺栓(中山福源加油站項目為每柱12根M39),且因地腳螺栓均為受力螺栓,對螺栓安裝精度和鋼柱對口精度均要求較高,通常需要設置螺栓定位板來輔助預埋地腳螺栓,對預埋的精度要求極高。但其在鋼筋混凝土基礎施工完成即具備鋼結構一次性進場及拼裝的條件,在工序安排上優(yōu)勢明顯。

綜合以上分析,目前加油站鋼結構罩棚柱腳的兩種主流形式(外露式與外包式)各有其特點。我們可在項目實施前,根據(jù)我方技術特長、工期要求、場地特點及鋼結構進場便宜等因素,綜合考慮施工工序安排,并建議甲方及設計院采用相對適合項目的柱腳方式,以便于項目的順利實施。