鋼柱無纜風(fēng)施工技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

廣州西塔。2100433B

無纜風(fēng)施工技術(shù) 是指鋼柱吊裝就位后不必拉設(shè)纜風(fēng)繩，而是專門設(shè)計足夠強(qiáng)度的對接連接，作為鋼柱的臨時固定措施。連接處由螺栓、雙夾板和連接耳板組成，共同承受自風(fēng)荷載、施工荷載的作用。該技術(shù)是傳動吊裝技術(shù)的高進(jìn)，達(dá)到縮短工期、節(jié)省成本、避免立體交叉作業(yè)，提高施工安全性的目的。

鋼柱分為很多種，最常見的為廠房鋼柱和高建鋼柱。其中高建項(xiàng)目的鋼柱俗稱“鋼骨柱”，其作用是用于支撐整個建筑物的核心。而高建鋼柱常見的有箱形柱，十字柱，圓管柱。

其中高建鋼柱是型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)柱、梁周圍配置鋼筋，澆筑混凝土，鋼構(gòu)件同混凝土連成一體，共同作用的一種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋砼結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮了砼受壓和鋼材受拉兩種不同材料的特性。同時降低梁、柱截面，大大提高建筑物的利用空間。

分類 鋼柱按截面形式可分為實(shí)腹柱和格構(gòu)柱.實(shí)腹柱具有整體的截面，最常用的是工形截面；格構(gòu)柱的截面分為兩肢或多肢，各肢間用綴條或綴板聯(lián)系，當(dāng)荷載較大、柱身較寬時鋼材用量較省。

大中型工業(yè)廠房（見彩圖）、大跨度公共建筑、高層房屋、輕型活動房屋、工作平臺、棧橋和支架等的柱，大多采用鋼柱。分類　鋼柱按截面形式可分為實(shí)腹柱和格構(gòu)柱（圖1）。實(shí)腹柱具有整體的截面（圖2a），最常用的是工形截面；格構(gòu)柱的截面分為兩肢或多肢，各肢間用綴條或綴板聯(lián)系（圖2b），當(dāng)荷載較大、柱身較寬時鋼材用量較省。鋼柱按受力情況通?？煞譃檩S心受壓柱和偏心受壓柱。軸心受壓柱所受的縱向壓力與柱的截面形心軸重合。偏心受壓柱同時承受軸心壓力和彎矩，也稱壓彎構(gòu)件。設(shè)計計算　鋼柱截面應(yīng)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定和長細(xì)比限制等要求，截面的各組成部件還應(yīng)滿足局部穩(wěn)定的要求。強(qiáng)度　柱的最大受壓或受拉正應(yīng)力應(yīng)不超過鋼材的設(shè)計強(qiáng)度。對軸心受壓柱，軸心壓力在截面內(nèi)引起均勻的受壓正應(yīng)力；對偏心受壓柱，由于彎矩的作用，在截面內(nèi)引起不均勻的正應(yīng)力，通常在截面偏心一側(cè)的最外層纖維應(yīng)力為最大壓應(yīng)力，另一側(cè)最外層纖維應(yīng)力為最小壓應(yīng)力，彎矩較大時可能出現(xiàn)最大拉應(yīng)力。實(shí)腹軸心受壓柱的穩(wěn)定　實(shí)腹柱軸心受壓時，當(dāng)壓力增加到一定大小，柱會由直線平衡狀態(tài)突然向剛度較小的側(cè)向發(fā)生彎曲，有時也可能發(fā)生突然扭轉(zhuǎn)、或同時發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)；如壓力再稍增加，則彎曲、扭轉(zhuǎn)或彎扭變形隨即迅速加大，從而使柱失去承載能力的現(xiàn)象稱為柱整體喪失穩(wěn)定，并按其失穩(wěn)變形的情況分別稱為彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)或彎扭失穩(wěn)(圖3)。使柱喪失穩(wěn)定的最小軸心壓力稱為臨界力。臨界力被毛截面面積除所得的應(yīng)力稱為臨界應(yīng)力。臨界應(yīng)力常常低于鋼材的屈服點(diǎn)，即柱在強(qiáng)度到達(dá)極限狀態(tài)前就會喪失穩(wěn)定。臨界應(yīng)力與屈服點(diǎn)的比值稱為軸心受壓柱的穩(wěn)定系數(shù)。軸心受壓柱喪失穩(wěn)定的三種情況中，最常見的是彎曲失穩(wěn)（圖3a）。影響柱彎曲失穩(wěn)臨界應(yīng)力的主要因素是柱的長細(xì)比，亦即柱的計算長度與截面回轉(zhuǎn)半徑的比值。對給定的鋼材，柱愈長或愈細(xì)，即長細(xì)比愈大，則臨界應(yīng)力愈小，愈易彎曲失穩(wěn)。柱在兩個主軸x和y軸方向的長細(xì)比不相等時，其彎曲失穩(wěn)總是順著剛度較弱、即長細(xì)比較大的方向發(fā)生（見柱的基本理論）。當(dāng)鋼柱具有開口形截面且截面壁厚較小時，由于截面抗扭剛度較差，在軸心壓力作用下可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)或彎扭失穩(wěn)。當(dāng)截面為雙軸對稱(如十字形截面)或點(diǎn)對稱(如Z形截面)時，軸心壓力所在的形心軸與剪切中心軸重合，當(dāng)柱的長度較小時，可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)(圖3b)；當(dāng)截面為單軸對稱(如槽形或T形截面)，軸心壓力所在的形心軸與剪切中心軸不重合，柱可能發(fā)生彎扭失穩(wěn)（圖3c）；當(dāng)截面沒有對稱軸時，柱在軸心壓力下失穩(wěn)一般為彎扭失穩(wěn)。扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)和彎扭失穩(wěn)的臨界應(yīng)力與柱的截面形式和大小、抗扭剛度和抗彎剛度、柱的長度和支承情況等有關(guān)。開口形薄壁截面的壁厚愈小，抗扭剛度愈小，愈易發(fā)生扭轉(zhuǎn)。工程上用的鋼柱常有缺陷，如鋼材熱軋和結(jié)構(gòu)焊接過程中不均勻加熱和冷卻所產(chǎn)生的截面殘余應(yīng)力、構(gòu)件初彎曲等制造偏差，以及構(gòu)件連接初偏心等安裝偏差等。這些缺陷將降低臨界應(yīng)力和穩(wěn)定系數(shù)，對于不同截面形式的鋼柱，穩(wěn)定系數(shù)的降低情況各不相同。軸心受壓柱的穩(wěn)定計算公式為σ＝N/A≤φf，式中σ為毛截面壓應(yīng)力；N為軸心壓力；A為毛截面面積；φ為穩(wěn)定系數(shù)；f為設(shè)計強(qiáng)度。實(shí)腹偏心受壓柱的穩(wěn)定　偏心受壓柱同時承受軸心壓力和彎矩。由于彎矩的作用，柱在彎矩作用平面內(nèi)一開始就有彎曲變形。如軸心壓力和彎矩同時逐漸增大，彎曲變形也相應(yīng)逐漸增大。但當(dāng)荷載增加到一定大小時，即使保持荷載不變甚至逐漸減小，而變形卻會繼續(xù)迅速增大，這時柱已失去承載能力，這個現(xiàn)象稱為偏心受壓柱在彎矩作用平面內(nèi)喪失穩(wěn)定（圖3d），屬彎曲失穩(wěn)。如果柱的側(cè)向剛度較小且側(cè)向支承較差，當(dāng)荷載增加到一定大小時，柱除在彎矩作用平面內(nèi)彎曲外，在側(cè)向也可能從其原有平面突然向外彎曲，同時發(fā)生扭轉(zhuǎn)，隨即彎扭變形迅速加大，使柱失去承載能力的現(xiàn)象稱為偏心受壓柱在彎矩作用平面外喪失穩(wěn)定（圖3e），屬彎扭失穩(wěn)。偏心受壓柱在彎矩作用平面內(nèi)、外的穩(wěn)定性不但和柱的長細(xì)比有關(guān)，而且還取決于偏心情況。偏心情況通常用偏心率（即偏心距與截面核心距的比值）衡量。對于給定的鋼材和柱截面形式，柱的長細(xì)比和偏心率愈大，則柱失穩(wěn)時的臨界平均壓應(yīng)力愈低，即柱愈易失穩(wěn)。容許長細(xì)比　柱的長細(xì)比是衡量柱的剛度的一個標(biāo)志。長細(xì)比太大不僅對柱的穩(wěn)定不利，而且使柱在運(yùn)輸和安裝過程中容易產(chǎn)生彎曲，在使用期中在動力荷載作用下容易產(chǎn)生振動。所以，設(shè)計時要規(guī)定柱的容許長細(xì)比，通常采用150。實(shí)腹柱的局部穩(wěn)定　當(dāng)實(shí)腹柱的腹板、翼緣板或其他組成部件的厚度相對較小時，可能在柱喪失整體穩(wěn)定前的較小荷載下產(chǎn)生局部屈曲，即受壓的腹板或翼緣板偏離其原來的平面位置而發(fā)生波狀翹曲的現(xiàn)象稱為柱喪失局部穩(wěn)定。柱的局部喪失穩(wěn)定后，使柱的受力狀況惡化，有可能導(dǎo)致柱較早地喪失整體穩(wěn)定。為使鋼柱各組成部件有足夠的局部穩(wěn)定性，通常按板件的應(yīng)力和支承等情況限制其寬厚比不超過一定數(shù)值。格構(gòu)柱的計算　對格構(gòu)柱也應(yīng)計算強(qiáng)度、穩(wěn)定、長細(xì)比限制及各個單肢和組成部件的穩(wěn)定；計算方法與實(shí)腹柱相仿。但是，格構(gòu)柱中綴條或綴板體系的抗剪剛度比實(shí)腹柱的腹板差得多，當(dāng)柱繞虛軸（截面中與綴條或綴板平面相交的軸，圖2）彎曲失穩(wěn)時，柱除發(fā)生彎曲變形外，還將發(fā)生相當(dāng)程度的剪切變形。綴條和綴板的作用是把格構(gòu)柱的柱肢連成整體，保證各個柱肢共同受力，并承受柱垂直于虛軸的剪力。綴條和柱肢組成平面桁架體系，在柱的剪力作用下綴條和柱肢將只承受軸力，一般情況下剛度較大。綴板和柱肢組成多層平面剛架體系，在柱的剪力作用下綴板和柱肢將承受彎矩和剪力。橫隔　為了滿足受力要求保證柱身截面幾何形狀不變和增加柱的抗扭剛度，應(yīng)在鋼柱受較大水平力處及每個運(yùn)輸單元的端部及中部設(shè)置橫隔。橫隔可采用鋼板或角鋼做成。柱腳和錨栓　柱腳是將柱身所受荷載傳到基礎(chǔ)的柱部件。柱腳除把柱固定于基礎(chǔ)外，還起傳遞和分布荷載的作用。柱腳一般由底板和靴梁組成；當(dāng)柱身較小時，也可不用靴梁；當(dāng)柱身較大及底板較寬時，為了加強(qiáng)底板的剛度，減小其彎矩和厚度，還需適當(dāng)布置隔板或肋板。錨栓是將柱固定于基礎(chǔ)的連接件。對軸心受壓柱和彎矩很小的偏心受壓柱，錨栓起安裝固定位置作用，一般按構(gòu)造配置，通常用兩個，直徑20～30毫米。對彎矩較大的偏心受壓柱，錨栓還要抵抗柱身傳來的彎矩；這時錨栓受拉力，其直徑和個數(shù)應(yīng)按柱底的最大彎矩和最小軸心壓力經(jīng)計算確定。