反支撑吊杆施工方法

1单位：中铁建工集团西北分公司西安地铁安装装修项目部2一、项目研究的背景及意义1、研究背景•根据目前国家规范，在吊顶龙骨吊杆大于1500mm时需要设置反向支撑。但是并没有说明反向支撑设置的具体范围和相应的制作规范。•首先要从为什么要设置反支撑说起，设置反支撑是为了避免由于吊筋过长导致整个平顶构架失去稳定性，吊筋太长且直径比较小，容易产生晃动，那么就应该加设反支撑以保证整个构架的稳定。吊筋越长，在受向上的推力的时候就容易使吊筋产生一定的弯曲。•在实际工程中，通常是用角铁或者主龙骨，在龙骨调平以后，一端固定在楼板上，另一端固定在吊顶主龙骨上。一般来讲反向支撑安装的布局上，反支撑不应在同一直线上，应该为梅花型分布，支撑角度应在30-45度之间，间距大概在2M左右，可根据实际情况相应调整。但该斜支撑在实际施工过程中很多情况下由于顶部管线影响而难以施工。32、研究意义•根据目前国家规范，并未规定该反向斜支撑具体做法。在具体操作过程中衍生出很多做法，但在实际应用中该反向斜支撑有如下缺点：①施工工序繁琐；②浪费材料；③在地下车站顶管线密集的狭小空间内不宜施工等。•通过技术革新现拟采用镀锌钢管通过螺母与顶部结构顶板紧固的轴向应力，该轴向应力与吊杆本身连同紧固钢管在水平作用力下看作刚性材料，通过验算对比该镀锌钢管能够满足设计要求，进而得出结论该方法能够替代反向斜支撑。•该工艺存在如下优点：①施工简单易操作；②在很大程度节约了成本；③在地下车站狭小有限的空间内仍可方便施工；④适应性能好，可以广泛推广使用。4•鉴于以上斜支撑缺点，研究出一种施工方便简易、节约材料、节约空间的施工工艺是非常有必要的。•该工艺研究主要内容为：采用镀锌钢管套在吊顶吊筋上通过螺母与顶部结构顶板紧固，紧固后在垂直方向会产生一个轴向应力，该轴向应力与吊杆本身连同紧固钢管在水平作用力下看作刚性材料，通过受力验算对比该镀锌钢管能够满足设计要求，进而得出结论该方法能够替代反向斜支撑。•主要研究方法：通过受力分析验算对比得出结论（附图及相关受力分析图）。二、项目研究的目标及内容5三、新革新技术施工优点•1、施工简单易操作；•2、在很大程度节约了成本；•3、在地下车站狭小有限的空间内仍可方便施工；•4、适应性能好，可以广泛推广使用。6•由于原反向斜支撑结构的上部需要与建筑结构或承重构件相连，通过吊顶荷载计算，合理安排间距和受力位置，反向斜支撑的结构材料一般为角钢、槽钢、方管做镀锌处理。满焊为三角型框架，三角型框架底边位于上方，尖角向下固定吊杆，所以该工序占用空间大，施工繁琐。•通过技术革新现拟采用镀锌钢管通过螺母与顶部结构顶板紧固的轴向应力，该轴向应力与吊杆本身连同紧固钢管在水平作用力下看作刚性材料，通过验算对比该镀锌钢管能够满足设计要求，进而得出结论该方法能够替代反向斜支撑。1、施工简单易操作7•反向斜支撑采用镀锌角钢或者槽钢通过焊接及螺栓连接，而革新后技术采用镀锌钢管与螺栓紧固连接，仅采用镀锌钢管而且还减少了焊接这道工序，与原施工工艺相比节约材料、人工，从而在很大程度节约了成本。2、在很大程度节约了成本8•50*50*5的镀锌角钢每吨5400元（2013年3月份市场价），20镀锌钢管每吨4250元（2013年3月份市场价）；每米50*50*5镀锌角钢理论重量为3.77kg，而每米20镀锌钢管理论重量为1.63kg；按照本工程中要求，制作一个吊杆反向斜支撑需要钢材：11.58kg，而革新后技术仅仅需要1.5kg；本工程中需要加设方向斜支撑的个数为（平均每隔一根吊杆设置一道方向斜支撑）：1050个，加工一个反向斜支撑需要消耗（1个大工和1个小工一天加工30个左右反向斜支撑包括：测量、切割、搬运、焊接、开孔、刷漆等，每个小工工费150元/天，每个大工工费270元/天）14元，而加工一个20镀锌钢管需要0.25元；因此制作、安装完一个反向斜支撑综合单价为105.5元，而革新后新技术综合单价为1.6元；综合考虑本工程利用吊杆反向斜支撑革新技术可以节约成本（105.5-1.6）*1050=109095元。9•装修工程吊顶吊杆施工中，在狭小空间内设置反向斜支撑，由于其占据相对较大的空间，地铁工程处于地下有限空间内，顶部管线密集，因此反向斜支撑施工非常不容易，革新后技术措施仅采用镀锌钢管及螺栓连接，即便在顶部管线密集的地方仍可方便施工。3、便于在狭小有限的空间施工返回10•由于该革新施工工艺施工简易方便，满足设计及施工要求，在很大程度上节约了成本，即便是在像地铁等管线密集的顶部空间内施工也可方便操作，因此该工艺可以进行推广。4、适应性能好，可以广泛推广使用11四、革新技术受力分析及验算•原规范中吊顶吊杆反向斜支撑做法示意图：12•技术创新吊顶吊杆加套筒支撑做法示意图：13•一种反向斜支撑吊杆，包括轻钢主龙骨(5)、M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)、支座(7)和结构板(13)，其特征在于：所述的M10镀锌自爆型全丝吊杆(14)包括膨胀螺栓套管(15)，在膨胀螺栓套管(15)内设膨胀螺栓头(16)，在膨胀螺栓头(16)下端设置膨胀螺栓不锈钢弹簧垫片(18)，膨胀螺栓不锈钢弹簧垫片(18)下设置自爆螺母(11)，自爆螺母(11)下为全丝吊杆(6)，在全丝吊杆(6)上套有外部支撑结构(17)，全丝吊杆(6)的下端与支座(7)相固定，所述的支座(7)固定在轻钢主龙骨(5)上。•所述外部支撑结构(17)包括镀锌钢管套管(10)，镀锌钢管套管(10)上端设置不锈钢弹簧垫片(12)，镀锌钢管套管(10)的下端通过不锈钢垫片(9)设置不锈钢螺母(8)。进一步，所述的镀锌钢管套管(10)套在全丝吊杆(6)上，所述镀锌钢管套管(10)的内径为20mm，外径为25.5mm，镀锌钢管套管(10)上部通过不锈钢弹簧垫片(12)与结构板(13)相固定，镀锌钢管套管(10)的下部通不锈钢垫片(9)与不锈钢螺母(8)紧固在一起。14当吊杆长度大于1.5米时，通常采取增加反向斜支撑的方式避免吊杆过长失稳现象。设置反向斜支撑是因为吊杆直径一般较小，随长度增加，长细比增大，在轴向压力作用下，如吊顶顶棚在气压变化时产生的向上风压，容易产生弯曲变形，而且在水平方向也容易产生晃动，不利于整个构架的稳定，比如通常在刮腻子的时候，对整个平顶就会产生水平和竖直方向上的力，传递给吊杆，导致其发生变形，撤去该力以后，在平顶重力作用下吊筋又恢复原来的垂直，周而复始，会造成结构破坏。三角形斜支撑有利于增强整体结构在震动荷载下的稳定性。拟在吊杆上部设外径为25.5mm的镀锌钢管，用螺母将其紧固在结构顶板下，改变构件受力截面形式，增大其惯性矩，从而增强其稳定性，验算其刚度及稳定性是否满足要求。151、截面示意图•套管与吊杆受力分析示意图16•套管受力分析图17•1）弹性模量E=2.06×105MPa•2）套筒截面外径D=25.5mm套筒截面内径d=20mm•3）镀锌钢管长度L≥500mm•4）吊杆直径d0=8mm吊杆长度L0≤1000mm•5）抗滑移系数：μ=0.4（套筒紧固轴力FN1；套筒与垫片之间的最大静摩擦力：fmax）表1.摩擦面的抗滑移系数μ2、各项参数指标处理方法构件钢号Q235Q345Q390Q420喷砂喷丸0.450.500.50喷砂（丸）后涂无机富锌漆0.350.400.40喷砂（丸）后生赤锈0.450.500.50钢丝刷除浮锈或未经处理干净的轧制表面0.300.350.4018•吊杆顶部用膨胀螺栓固定在结构顶板上，套管用螺母紧固在结构顶板上，为螺母对套筒产生的轴向压力,套筒和垫片之间的最大静摩擦力，当fmax≥F1时，套筒和吊杆之间不会有水平方向的位移，二者连接成一个整体，代替原来的反向斜支撑。取该段进行受力分析，确定其强度及稳定性能否代替原来的反向斜支撑。杆端约束情况：顶端固定，底端自由。吊杆布置密度按1根/㎡考虑。3、受力分析及计算191、用扭矩法计算紧固轴力：FN1=0.7×σy×As=0.7×112×36.6=2869.44Nfmax=FN1×0.40=2869.44×0.40=1147.776N=1.15KNσy…吊杆耐力0.7…扭矩法计算时取耐力的70%强度分类为12.9和10.9时，σy取值为112和96N/mm2As…吊杆有效截面积根据实际施工情况，水平施工荷载F1远小于套筒和垫片之间的最大静摩擦力fmax，套筒和垫片之间不会产生水平方向的位移，可以将套筒看做一端固定，一端自由的杆件进行验算，由固端情况确定计算长度系数为2，计算长度为2L。20•2、整体临界轴向压力及端部挠度计算：L27.07L2iLmm724713096AIimm247420825.53.144dd0DAmm13096642085.2514.364ddDI222222244444440压杆长细比（柔度）：截面惯性半径：π截面面积：π截面惯性矩：截面参数：21mmF10L2L30000.0621013096102.06610L2L3000F1EI3LFEI2LM1000mmLLFM2/1/KN0.25-0.10.7)-0.3(50...w(2.90)...0.2)-(-0.2...(1.50)......wm6KN/0.72.902.050.1wwNL664965393710L21013096102.063.14L2EIF500LFmm383L,105L27.0119-3212-119-323120010zskgz20zsgzk2-6-212-11222rrp端部挠度，取、端部弯矩㎡考虑。根密度按一般也很小，吊杆布置㎡之间，施工人员重量一般在骨等金属吊顶自重，轻钢龙骨及铝合金龙料自重及施工人员自重自重：主要考虑吊顶材年一遇基本风压风压高度变化系数风荷载体形系数阵风系数风荷载标准值负风压：虑负风压及自重荷载，轴向荷载主要考根据实际情况考虑轴向π临界轴力根据实际情况∵定杆件临界压力时，可按照长细压杆确即、当222324L52.08L2iLmm819628951AIimm19642025.53.144dDAmm2895164205.2514.364dDI2222244444压杆长细比（柔度）：截面惯性半径：π截面面积：π截面惯性矩：截面参数：•2、套管临界轴向压力及端部挠度计算25mmLF100.1291012895102.06310LFEI3LF2/1/KN0.25-0.10.7)-0.3(50...w(2.90)...0.2)-(-0.2...(1.50)......wm6KN/0.72.902.050.1wwNL654761259910L21012895102.063.14L2EIF500LFmm425L,105L52.01319-12-119-31310zskgz20zsgzk2-6-212-11222rrp端部挠度、㎡考虑。根密度按一般也很小，吊杆布置㎡之间，施工人员重量一般在骨等金属吊顶自重，轻钢龙骨及铝合金龙料自重及施工人员自重自重：主要考虑吊顶材年一遇基本风压风压高度变化系数风荷载体形系数阵风系数风荷载标准值负风压：虑负风压及自重荷载，轴向荷载主要考根据实际情况考虑轴向π临界轴力根据实际情况∵定杆件临界压力时，可按照长细压杆确即、当262728五、革新技术研究结论•采用该技术提高了工程施工质量，加快了施工进度，节约了材料和人工，改变了传统工艺做法的施工繁琐、占用空间大、耗时费工的缺点，对于像地铁这样吊顶空间有限的工程施工带来了极大的方便；因此从施工成本到施工工艺，该新工艺都值得推广应用。•本研究成果在实际工程中的应用：29•节约成本（一）30•施工简易方便（二）31•节约空间（三）