大懸臂混凝土結(jié)構(gòu)上進(jìn)行型鋼懸挑外腳手架的施工實踐

鄭建榮,楊威長,林王劍

(1.杭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)總公司, 浙江 杭州 310053; 2.五洋建設(shè)集團(tuán)股份有限公司, 浙江 杭州 310003)

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大懸臂混凝土結(jié)構(gòu)上進(jìn)行型鋼懸挑外腳手架的施工實踐

鄭建榮1,楊威長2,林王劍2

(1.杭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)總公司, 浙江 杭州 310053; 2.五洋建設(shè)集團(tuán)股份有限公司, 浙江 杭州 310003)

針對懸臂鋼筋混凝土梁板+懸挑外架工字鋼梁的“雙懸結(jié)構(gòu)”的特點和難點,介紹了杭州市濱江區(qū)某地標(biāo)性項目的“雙懸結(jié)構(gòu)”的主體混凝土結(jié)構(gòu)施工,以及懸挑外架工字鋼梁設(shè)置在外伸大懸挑梁板上的施工組織設(shè)計和實踐,很好地解決了施工技術(shù)、安全質(zhì)量、施工進(jìn)度等諸多問題。對今后的類似工程,提出了一種思路和可借鑒的方法。

大懸臂鋼筋混凝土梁板；懸挑外架工字鋼梁；“雙懸結(jié)構(gòu)”;施工設(shè)計與實踐

1 工程概況

濱江區(qū)文化中心項目位于通和路以西,泰安路以東,丹楓路以北,與區(qū)政府的北樓以丹楓路隔路相毗鄰。項目總建筑面積64 702 m2,其中地上39 753 m2,地下24 949 m2。主樓地上10層,建筑高度50 m;地下2層,基礎(chǔ)埋深13.8 m。層高：1層5.4 m,2層5.1 m,3～4層4.8 m,5～10層4.2 m。由于建筑設(shè)計外立面造型以黃公望的《富春山居圖》作為建筑構(gòu)思立意提出了一種“垂直疊加的富春山居圖”的創(chuàng)意,其外立面幕墻凹凸變化復(fù)雜。見圖1。

圖1 外立面效果圖(西南面)

2 實施的重點和難點

常規(guī)非懸挑混凝土結(jié)構(gòu)主體施工,普遍配備三套模板,一般采用“隔二層拆除”方案(譬如第四層樓面的混凝土梁板澆搗完成后拆第二層樓面的混凝土梁板模板及支架)；而第五層樓面的混凝土施工時,在該樓層的四周臨邊預(yù)埋錨栓固定懸挑16號工字鋼梁來支撐外架子等自重和風(fēng)荷載及施工荷載,懸挑腳手架單元高度不應(yīng)超過20 m,且上下兩單元的腳手架必須斷開。

本工程主樓平面框架橫向柱距8 000 mm,縱向柱距8 400 mm,形成了平面主框架5×5個8 000 mm×8 400 mm的方格網(wǎng),主框四周設(shè)置鋼筋混凝土懸挑梁板。根據(jù)建筑幕墻立面造型,其懸挑梁挑出尺寸在1 700～3 800 mm范圍內(nèi)漸變,最大懸挑長度3 800 mm,從而保證了建筑立面內(nèi)凹變化的空間要求。見圖2、圖3。

圖2 4層結(jié)構(gòu)平面圖

圖3 3層結(jié)構(gòu)平面圖

此工程的難點在于：

1)主框四周以外設(shè)有大懸挑梁板,最大懸挑3 800 mm；在大懸挑梁板上面再預(yù)埋錨栓固定懸挑工字鋼梁來支撐外架子(梁板內(nèi)的受拉錨環(huán),必須在混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%以上,方可受力使用),其外架子的外立管離邊柱軸線最大距離達(dá) 5.15 m(3.8 m+0.45 m+0.9 m,其中管桁架幕墻的工作面間隙要求0.45 m),而且四周混凝土梁板懸挑長度是變化的；

2)懸臂鋼筋混凝土梁板+懸挑外架工字鋼梁的“雙懸結(jié)構(gòu)”。根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范(JGJ 130—2011)》和浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑施工扣件式鋼管模板支架技術(shù)規(guī)程(DB 33/1035—2006)》的規(guī)定：“懸挑鋼梁支承點應(yīng)設(shè)置在結(jié)構(gòu)梁上,不得設(shè)置在外伸陽臺上或懸挑板上,否則應(yīng)采取加固措施。”而本工程在懸挑混凝土結(jié)構(gòu)上再設(shè)置工字鋼懸挑梁,其外架子的外立管離邊柱軸線(3.8 m+0.45 m+0.9 m=5.15 m)很大；

3)另外存在的問題是：一方面施工期間的施工荷載大于結(jié)構(gòu)設(shè)計的使用活荷載；另一方面是“隔二層拆除”的時候混凝土養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度尚未達(dá)到R28強(qiáng)度等級要求。

3 針對難點所采取的措施和對策

針對上述難點我們采取的措施和對策如下：

1)把外懸挑的梁板結(jié)構(gòu)從地面至頂層均采用滿堂支架支撐起來施工,但不遵循“隔二層拆除”(拆模強(qiáng)度100%)的法則。盡管懸挑工字鋼搭設(shè)在原結(jié)構(gòu)懸挑板上,因懸挑板下支模架不拆除。故此工況下原懸挑板可視為非懸挑結(jié)構(gòu)。

2)水平懸挑采用16號工字鋼梁,其豎向的間距每隔三層(即外腳手架單元高度小于等于20 m)挑一次,即2層、5層、8層樓面預(yù)埋懸挑的工字鋼梁(而南立面由于有2層大平臺,則5層、8層樓面預(yù)埋懸挑的工字鋼梁),見圖4。除了對懸挑的工字鋼梁進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗算外,還要對該樓層的鋼筋混凝土懸挑梁板在達(dá)到R28強(qiáng)度等級的情況下,進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性的抗力驗算。

圖4 懸挑外架側(cè)面圖(西靠北側(cè))

3)為保守起見,每道工字鋼梁前端增加一道6×19鋼絲拉索(鋼絲拉索公稱抗拉強(qiáng)度為1 700 MPa),懸挑梁前端應(yīng)采用吊拉卸荷,拉索與水平工字鋼夾角不小于60°,但鋼絲索不參與懸挑鋼梁受力計算。當(dāng)頂層的梁板混凝土完成施工且混凝土強(qiáng)度達(dá)到拆模強(qiáng)度后,按照拆10層滿堂支架→拆9層滿堂支架→拆8層滿堂支架→ … →最后拆1層滿堂支架的順序施工,確保支模架的施工荷載不對懸挑鋼筋混凝土梁板產(chǎn)生傳遞。

4)此外,還要解決以下事項：①除了對工字鋼的強(qiáng)度、抗剪、剛度、整體穩(wěn)定進(jìn)行驗算外,還需要對∏型螺栓表面與梁板結(jié)構(gòu)此時(5 d)混凝土的容許粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行驗算；②由于外架子是以主體最大懸挑梁(4.2 m)為基準(zhǔn)搭設(shè)的,因此外架子內(nèi)立管在遇到最小懸挑梁(1.6 m)的內(nèi)凹樓層時有0.45+(4.2-1.6)=3.05 m的間隙,其水平桿要采取加強(qiáng)措施。

4 支模架的方案和懸挑架體系的設(shè)計

4.1 主要的構(gòu)造設(shè)計要求

1)根據(jù)總層數(shù)、各層的層高、立面的凹凸變化情況,在2層、5層、8層設(shè)定工字鋼懸挑梁,其懸挑外腳手架單元最大高度為14.7 m,最小高度為12.6 m(均符合規(guī)范小于20 m的要求)。主體四周鋼筋混凝土懸挑結(jié)構(gòu)的支模架體系與室內(nèi)框架結(jié)構(gòu)的施工方法無異,考慮制備三層木模板和配備三層滿堂支撐(四周懸挑鋼筋混凝土梁板制備五層模板和配備十層滿堂支撐),施工進(jìn)度每月三層,施工期間的日平均氣溫約15 ℃。

2)在2層、5層、8層樓面完成之后,布設(shè)16號工字鋼水平懸挑梁,水平懸挑梁的縱向間距與上部腳手架立桿的縱向間距(1 500 mm)相同,立桿直接與懸挑鋼梁應(yīng)有可靠的定位連接措施,即在挑梁或縱向鋼梁上焊接150～200 mm、外徑14的鋼筋,立桿套在其外,并同時在立桿下部設(shè)置掃地桿。

3)懸挑工字鋼梁錨固在原結(jié)構(gòu)懸挑板上,當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)完成頂層施工,待懸挑梁板結(jié)構(gòu)的支模架全部拆除后,還要滿足外架子單元最下層結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%。

4)懸挑鋼梁在建筑物內(nèi)的錨固長度Lm為2 000 mm,尾端向里300 mm 處應(yīng)由不少于兩道的預(yù)埋∏型A16螺栓固定,外錨固點到建筑物邊緣的距離a為100 mm,建筑物外懸挑長度Lx為1 550 mm,挑梁端部離腳手架外立管定位點100 mm(焊接200 mm、外徑14的定位鋼筋,立桿套在其外),懸挑前端應(yīng)焊接A20吊拉環(huán),與吊環(huán)連接的鋼絲繩與水平工字鋼夾角不小于60°。鋼筋拉環(huán)、U型螺栓與型鋼間隙用木楔楔緊。在懸臂端采用6×19鋼絲繩,鋼絲繩拉結(jié)于上一層結(jié)構(gòu)的邊梁,形成能夠支撐上部外腳手架單元的平臺,在該層的主體施工期間與其滿堂架子進(jìn)行必要的臨時拉結(jié)。見圖5、圖6。

圖5 鋼絲繩繩卡做法

圖6 鋼絲繩連接吊環(huán)做法

4.2 懸挑腳手架設(shè)計計算

懸挑工字鋼搭設(shè)在原結(jié)構(gòu)懸挑板上,因懸挑板下支模架不拆除,故此工況下原懸挑板可視為非懸挑結(jié)構(gòu)。

4.2.1 立桿穩(wěn)定性驗算(選組合風(fēng)荷載作用)

單外立桿的軸心壓力標(biāo)準(zhǔn)值N′=NG1k+NG2k+NQ1k=2.304+2.266+2.025=6.595 kN

單外立桿的軸心壓力設(shè)計值N=1.2(NG1k+NG2k)+0.9×1.4NQ1k=1.2×(2.304+2.266)+0.9×1.4×2.025=8.036 kN

Mw=0.9×1.4×Mwk=0.9×1.4×ωklah2/10=0.9×1.4×0.564×1.5×1.82/10=0.345 kN·m

σ=N/(φA)+Mw/W=8 035.545/(0.188×424)+345 371.04/4 490=177.727 N/mm2≤[f]= 205 N/mm2

滿足要求。

4.2.2 懸挑主梁整體穩(wěn)定性驗算

懸挑主梁整體穩(wěn)定性驗算見圖7、圖8。

圖7 工字鋼懸挑梁平面布置圖

圖8 工字鋼懸挑梁側(cè)面圖

主梁軸向力：N=[0]/nz=[0]/1=0 kN

壓彎構(gòu)件強(qiáng)度：σmax=Mmax/(γW)+N/A=16.931×106/(1.05×141×103)+0×103/2 610=114.4 N/mm2≤[f]=215 N/mm2

符合要求。

受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定性分析：σ=Mmax/(φbWx)

其中φb為均勻彎曲的受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)。

查表《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 (GB 50017—2003)》得,φb=1.3。

由于φb大于0.6,根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 (GB 50017—2003) 》附表B,得到φb′=1.07-0.282/φb=0.853<1.0。

σ=Mmax/(φb′Wx)=16.931×106/(0.853×141×103)=140.8 N/mm2≤[f] =215 N/mm2

符合要求。

4.2.3 連墻件承載力驗算

Nlw=1.4×0.564×4.2×1.5=4.974 kN

長細(xì)比λ=l0/i=500/15.9=31.447,查《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 (GB 50018—2002) 》表A.1.1-1得,φ=0.913。

(Nlw+N0)/(φAc)=(4.974+3)×103/(0.913×424)=20.60 N/mm2≤0.85 × [f] =0.85 ×205 N/mm2=174.25 N/mm2

滿足要求。

扣件抗滑承載力驗算：

Nlw+N0=4.974+3=7.97 kN≤1×12=12 kN

滿足要求。

4.2.4 螺栓粘結(jié)力錨固強(qiáng)度計算

懸挑型鋼主梁與樓板及邊梁的連接見圖9、圖10。

圖9 ∏型錨固螺栓圖一

錨固點錨固螺栓受力：N=8.22 kN

圖10 錨固螺栓圖二

螺栓驗算：

σ=N/(2×π×d2/4)=8.22×103/(2×π×162/4)=20.45 N/mm2≤ [ft]=50 N/mm2

符合要求!

4.2.5 驗算懸挑鋼筋混凝土梁與懸挑腳手架界面內(nèi)力

組合立桿結(jié)構(gòu)自重、腳手板的自重、欄桿與擋腳板自重、圍護(hù)材料的自重、立桿施工活荷載、風(fēng)荷載作用下單立桿軸向力：單外立桿N=8.036 kN,單內(nèi)立桿N=6.616 kN,工字鋼自重均布荷載0.245 kN/m；每根工字鋼懸挑梁傳遞到鋼筋混凝土挑梁段部的荷載：集中(剪)力17.021 kN,集中力矩16.936 kN·m。經(jīng)結(jié)構(gòu)驗算,外腳手架懸挑鋼梁所傳遞給懸挑鋼筋混凝土梁板的內(nèi)力基本接近其結(jié)構(gòu)設(shè)計最大抗力,滿足要求。

5 實施的效果

綜上所述,由于在實施前針對該項目的施工重點、難點,編制了專項施工方案并進(jìn)行了專家論證,提高了質(zhì)量的可控性,確保了工期,提高了功效,保證了安全。實際施工進(jìn)度每月三層,安全、質(zhì)量良好,并在市建委組織的安全、文明、標(biāo)化評比中名列前茅。該項目主體驗收時,得到了設(shè)計方和驗收專家的高度評價,被評為“錢江杯”優(yōu)質(zhì)工程。

6 結(jié) 語

目前,城市建筑也從單一化向多維體發(fā)展,不少異類造型給建筑帶來了更為華美的外表的同時,高空、大懸挑、大層高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也給建筑施工帶來了新的挑戰(zhàn)。解決好大懸挑混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)、安全、質(zhì)量、進(jìn)度的矛盾,對土建工程施工技術(shù)人員提出了更高的要求,我們只有認(rèn)真地分析工程的具體特點,不斷地實踐總結(jié),才能最終掌握其內(nèi)在的規(guī)律性。

Construction Practice of the Profiled Steel Overhanged External Scaffold on the Large Cantilever Concrete Structure

ZHENGJianrong1,YANGWeichang2,LINWangjian2

2016-05-27

鄭建榮(1963—)，男，浙江江山人，高級工程師，從事建筑施工和工程項目管理工作。

TU731.2

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1008-3707(2016)11-0038-04