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高层建筑高空反弧悬挑结构施工技术探讨

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:26:15 [收藏]


    摘要：本文结合工程实例，介绍分析了高层建筑高空及弧悬挑结构施工技术难点，对其模板支撑体系的造型及结构计算进行了详细阐述，并从模板设计安装混凝土浇捣等方面进行了深入探讨和总结。
    　　关键词：高层建筑；反弧悬挑结构；模板支撑；施工技术
    　　
    　　1工程概况
    　　湖南怀化某工程总建筑面积25358m2，由两栋对称单体建筑组成，地下一层，地上十六层，框架剪力墙结构，该项目融商业、住宅和地下停车一体，平面布局别具一格，整个立面阳台均为弧形设计，同时在屋面东西两侧设计了两个反弧装饰结构，左右对称，形成了不凡的立面装饰效果。
    　　
    　　2施工难点分析
    　　反弧挑檐位于屋面结构标高56.7m处，曲面半径3.8m，计三跨共24m长，由四根挑梁支撑，结构从主立面向外悬挑3.412m，自重达40.3t，倾覆力矩为705kN/m。因此，必须认真做好模板支撑设计，在安全可靠的基础上，确保经济合理。反弧挑檐设计为清水混凝土，外置涂料，对挑檐底面混凝土成型质量要求较高，因此，必须严格组织好模板支撑体系的放样、定型及施工测量工作。
    　　弧形曲面混凝土浇筑，应认真解决好混凝土密实度、曲面混凝土浇捣流淌问题。
    　　
    　　3模板支撑体系选型
    　　通过各种方案的比较，该工程采用型钢悬挑、底部架设钢管斜撑，与挑梁焊接构成悬挑三角架，其上安排型钢排梁，形成模板支撑的空中基础；该方案搭拆方便，场地空间利用率高，组装杆件较少，内力分配明确，且Ⅰ16组杆拆除后，可作为本工程16层铝饰板主钢骨架（设计为Ⅰ16），重复利用。具体做法是：从15层楼面构设120b@2000钢梁，外挑4.0m，内附楼面2.0m，钢排梁采用3排Ⅰ16，用φ16高强螺栓与钢挑梁联结。为减少钢挑梁对楼面负荷，于挑梁下部14层、13层楼面分别挑出钢管斜撑与挑梁焊接，构成三角钢架，上搭钢管扣件式脚手架，完成挑檐结构施工承力体系（见图1）。
    　　
    　　4结构计算
    　　4.1基本假定
    　　4.1.1假定钢挑梁根部锚筋与楼面联结无相对位移，钢挑梁近似为一端固定，一端自由的悬臂件。
    　　4.1.2假定钢管斜撑集中作用于悬臂钢梁端部，暂不考虑中部顶撑，斜撑简化成悬臂梁端支承。
    　　4.2荷载计算
    　　4.2.1圆弧自重（含挑梁、三角联系梁）：
    　　F1=403kN（16.8kN/m）
    　　4.2.2脚手支撑及模板自重力：
    　　F2=250N/m2
    　　4.2.3施工荷载：
    　　F3=2500N/m2
    　　4.2.4框架梁自重：
    　　F4=6.2N/m（考虑框架梁自重一半作用于支撑平台）
    　　4.2.5挑梁自重：
    　　F5=31.05kg/m
    　　4.2.6钢排梁自重折合：
    　　F6=17.23kg/m
    　　则作用于钢挑梁的荷载分配如图2。
    　　
    　　5施工方案的实施
    　　5.1搭设步骤
    　　5.1.1根据前述挑架布置方案，于13、14层斜撑位置预埋“ ”形φ25限位筋。
    　　5.1.2预埋固端锚栓：当结构施工至15层结构平面时，钢挑梁相应位置，预埋M20螺栓，螺栓锚固端与15mm钢板顶焊并与梁主筋焊接。
    　　5.1.3搭设斜撑，固定钢挑梁。
    　　5.1.4搁置型钢挑梁，搭脚手架支撑，并张好安全网。
    　　5.2结构及支撑加固措施
    　　5.2.1在15层结构施工时，于挑梁固端锚栓位置增设一根小梁250×350，上配4φ16，下配3φ16加强（因本工程室内吊井，故增加梁不影响室内效果）。
    　　5.2.2为确保15层楼面安全，将M20螺栓间隔改为φ16拉筋，穿过15层结构预留孔，锚固于14层楼面，将挑梁对15层的拉力传递到14层，减少楼面负载。
    　　5.2.3为缩短斜撑有效长度，于14层框架梁内设置穿梁钢管与斜撑扣接，另之间增设一根通长钢管与室内棒架相联，以增强支撑系整体受力性能。
    　　5.2.4最外侧斜撑杆。采用双肢钢管，旋转扣件扣接。
    　　5.2.5支撑体系中挑架安全储备最低，故于挑梁上部最大应力处焊接鱼尾钢板加劲。
    　　5.3模板设计、安装
    圆弧曲面底部成型质量要求，故考虑采用300mm宽十一夹板模组拼，用50mm宽薄胶带贴缝，并均涂隔离剂。圆弧曲面模板支撑龙骨采用φ20弧形@400钢筋骨架，内侧半径为3945mm，拆除后，钢筋调直后可重复利用。
    　　5.4模板放样
    　　模板安装采用直角坐标法进行测放，以外挑水平距离为横坐标（Xi），以模板底面标高为纵坐标（Yi），利用既定的每50cm水平距离，求出模板底标高（如图3），测放时，用水准仪测出Yi：500的水平面，并弹出曲面边缘线，然后架设水平钢管，敷设弧形钢筋骨架，并与水平钢管焊接，形成曲面网状承力系，上铺模板。

    6混凝土浇捣
    　　曲面混凝土浇捣突出矛盾就是混凝土流淌及混凝土密实度问题，经过多方案比较，采取如下措施：
    　　6.1优化混凝土配合比，在混凝土标号不变的前提下，减少混凝土坍落度，掺加适量减水剂，并适当提高石子（连续级配）粗粒径含量，以减缓流淌。
    　　6.2掌握二次振捣时间，布料后，先用铁楸拍振出浆，然后过60min后，再用小型高频振动棒振捣（振动棒不可长时间振击模板），木抹搓平（60min指振动界限，由现场根据混凝土参数、气温和浇捣条件等因素实验确定）。
    　　6.3混凝土浇捣时，由下至上进行。布料时，应左右均匀布料，严禁集中下料，以免打弯或踩弯面层钢筋。
    　　6.4振动密实后，用定制的弧形刮尺刮平，并注意经常性检查曲面混凝土厚度及弧度，以确保成形质量。
    　　
    　　7模板拆除
    　　待混凝土达到拆模强度后，申请拆模。拆模时，首先拆除最上一步支撑，待气割割离钢筋龙骨与钢管的联结（要保留最上一根两者之间的联结，以保证其整体性），并用搭机吊钩勾住钢筋网架，另系一根保险绳进行调节，然后依次退后拆除模板，掉落在满铺50mm厚木板的支撑平台上。型钢挑架的拆除，同样用搭机及气割配合，各组装杆件逆顺序依次拆除。拆模过程中，要认真组织、确保安全。
    　　
    　　8实施效果评价
    　　经浇捣过程中的跟踪检查及拆模后实测，曲面上各点弧度一致，沿同一圆弧素线上各点标高最大差值为8mm，曲面底部平滑密实，无明显接缝。
    　　
    　　9结语
    　　综上所述，悬挑构件施工，必须认真做好模板支撑设计，通过挑、撑、拉等形式构成荷载传力架，在确保结构自身安全度的前提下，施工方案达到经济、安全、合理。对于大面积反弧挑檐等构件施工，要重视施工过程中的雨水等尚未预见的荷载，本工程每块挑檐长24m，深0.6m，宽1.5m，在拆模前，雨水管未导通的情况下，存水可达20t之多，这部分不小的荷载在施工前，也经过了认真的考虑，并及时采取了排放措施，避免了在施工过程中可能出现的隐患。
    　　
    　　参考文献：
    　　[1] 王伟，张金生.结构力学[M].武汉，武汉大学出版社，2000.
    　　[2] JGJ812-2002.建筑中国建筑金属结构信息网焊接技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2003.
    　　[3] GB500102-2002.混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2003.
    　　[4] GB502042-2002，混凝土结构施工质量验收规范[S]. 北京,中国建筑工业出版社,2003.
    　　[5] JGJ1302-2001，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程[S]. 北京,中国建筑工业出版社,2003.
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