10000m3覆土油罐球面穹顶组合式盘扣满堂支撑架施工技术

2018-02-26杨亚明宋大帅王一林

建筑施工 2018年11期

杨亚明宋大帅王一林刘明

中建三局第二建设工程有限责任公司湖北武汉 430074

随着国际时事的变化，能源储备成为各国争相发展的对象，我国石油战略储备严重不足，近几年国家加大了战略储备力度，国家成品油储备项目的建设日渐增多，覆土油罐因其良好的战略隐蔽性成了近年来发展的重点。

覆土油罐分为内罐和外罐，内罐为钢结构，外罐为混凝土结构。目前，大部分项目外罐的弧形穹顶模板支撑架由扣件式满堂支撑架搭设而成，但是扣件式满堂支撑架自身承载能力较弱，立杆间距较密且罐体自身为封闭结构，在很大程度上加大了扣件式满堂支撑架的装拆困难。

1 工程概况

处于贵州省的某成品油储备工程，覆土油罐外罐为钢筋混凝土结构，罐壁为内径30.5 m圆形墙壁。基础为筏板基础，基础上部浇筑最薄处厚320 mm的混凝土垫层，垫层从中间向四周找2.5%的坡，垫层在罐体边缘处的相对标高为±0 m。屋面采用球形穹顶，穹顶最低点相对标高为19.663 m，最高点相对标高为22.460 m，穹顶混凝土壳厚200～575 mm（图1）。

图1 钢筋混凝土罐剖面

2 施工特点及难点

本工程施工难点在于穹顶模板支撑架的搭设，在其施工时应考虑以下几个方面：

1）覆土罐采用球形穹顶，模板支撑架顶部成弧难度高。

2）穹顶板厚在200～575 mm范围内变化。其中边缘3 500 mm以内壳厚在200～575 mm范围内渐变，中间3 300 mm范围以内壳厚在200～300 mm范围内渐变，顶板较厚，对脚手架的承载能力要求较高。

3）穹顶最低点距基础混凝土面19.663 m，最高点距基础混凝土面22.460 m，根据建办质[2018]31号文，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。

4）在覆土罐内施工，空间密闭，采用扣件式满堂支撑架所需材料较大，且在密闭空间中安装拆卸速度较慢，危险性较大。

5）工程地处偏僻，交通运输不便。

综合考虑以上因素，并经过周密的结构计算，首次引入组合式盘扣满堂支撑架，并通过对其进行改进，解决了盘扣支撑架立杆间距大、成弧难的问题。

3 满堂式脚手架设计

为了解决常规扣件式满堂支撑架耗费材料大、效率低的问题，并通过对其进行改进，提出了组合式盘扣满堂支撑架施工技术。

组合式盘扣满堂支撑架分为下部基础支撑架和上部转换支撑架两大部分。基础支撑架是整个体系的承重部分，由新型盘扣脚手架组成，承担上部转换支撑架传递的荷载。转换支撑架是整个组合式支撑架体系转换的核心部分，为了解决盘扣支撑架立杆间距大、成弧难的问题，在每排立杆中间增加竖向传力的短钢管，即转换立杆，且通过增加斜撑来改善受力，从而使转换支撑架整体自成一个桁架体系，传力明确[1-2]。

整个脚手架体系既发挥了盘扣式支撑架装拆快捷、承载力高的优点，又利用了钢管支撑架搭拆灵活的特点，通过增加转换立杆的方式，增加支撑节点，不但提高了架体的整体受力性能，而且提高了整个弧形穹顶的成弧精度和成弧质量（图2）。

图2 组合式满堂盘扣支撑架

3.1 基础支撑架设计

基础支撑架承受着上层衔接支撑架传递的各方向荷载，受力较复杂，是整个支撑架体系的核心承重部分。

基础支撑架采用承插型盘扣式脚手架搭设，按照最大板厚处进行承载力验算，立柱规格为φ60 mm×3.2 mm，材质为Q345B；横杆规格为φ48 mm×2.5 mm，材质为Q235；设计立杆间距为150 cm，步距为150 cm（图3）。

根据GB 51210—2016《建筑施工脚手架安全技术统一标准》，采用竖向斜撑杆、竖向交叉拉杆代替支撑脚手架竖向剪刀撑，并根据盘扣脚手架的受力原理，按照格构式对斜杆进行布置（图4），增强架体的整体稳定性。

图3 基础支撑架平面

图4 基础竖向斜杆布置平面

3.2 转换支撑架设计

转换支撑架主要由悬空立杆、斜杆、盘扣脚手架三部分组成，取1 500 mm×1 500 mm一个格构单元进行分析（图5）。

图5 立杆及斜拉杆布置

1）转换立杆。鉴于覆土罐弧形穹顶结构，且顶板厚度在200～575 mm范围变化，精确成弧和提供穹顶足够承载力都要求支撑架顶部立杆间距小于900 mm。因此，在盘扣脚手架相邻立杆之间和每个盘扣格构单元中心位置均增加一转换立杆，顶部脚手架立杆间距从1 500 mm×1 500 mm转化为750 mm×750 mm，满足穹顶成弧和主龙骨承载力需要。靠近外罐罐壁的区域是整个支撑架的支撑“盲区”，需要增加落地式转换立杆直接支撑主龙骨。

2）斜撑。由于转换立杆的轴向力直接传递至盘扣架横杆，容易导致横杆的变形，且对架体局部稳定性不利。为了改善调节立杆的不利受载条件，每根转换立杆底部与盘扣脚手架主节点之间设置2道斜撑，通过斜撑把转换立杆的轴向力传递到盘扣架主节点上。

3）盘扣式脚手架。转换支撑架处的盘扣脚手架搭设参数及斜杆构造同底部基础支撑架。

3.3 模板体系设计

模板体系主要由主龙骨、次龙骨、模板这3个部分组成（图6）。

图6 模板体系示意

4 验算校核

4.1 基础支撑架设计验算校核

用脚手架安全计算软件对基础支撑架进行验算，验算结果表明，承载力满足规范要求。

4.2 转换支撑架设计验算校核

采用迈达斯软件对顶部转换支撑架进行强度及稳定性验算校核。

1）强度验算校核。按照三连跨建立模型，取500 mm板厚作为恒荷载，活荷载取3 kN/m2，按照钢结构设计规范进行验算。根据计算结果，按照最不利荷载进行组合，满堂式支撑架杆件体系最大应力值为87.67 MPa，小于杆件屈服强度215 MPa，杆件受力满足要求。

2）稳定性验算校核。对满堂式支撑架架体进行位移验算。根据计算结果，其最大位移为2.452 mm，小于杆件10 mm位移量，满足要求。根据上述计算结果，增加悬空支座下部的斜杆，对其轴力进行单独的分析。根据计算结果，斜杆所受最大轴力为7.458 kN，小于12 kN（双扣件），扣件的抗滑移满足规范要求。