鋼管+型鋼組合鋼筋支架在超厚筏板施工中的應(yīng)用

葉弘菁，路夢(mèng)良，趙小勤，羅永成

（中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074）

0 引言

對(duì)于超高層建筑，上部自重大，在其超厚底板施工過程中如何支撐其大量的底板鋼筋，保證鋼筋間距及澆筑中架體穩(wěn)定性是底板澆筑難點(diǎn)。本工程采用鋼管+型鋼組合鋼筋支架的方法對(duì)底板鋼筋進(jìn)行支撐。

1 工程概況

1.1 整體概況

常熟世茂商務(wù)中心項(xiàng)目位于江蘇省常熟市閩江路以南、新世紀(jì)大道以東、珠江路以北、香山北路以西 3# 地塊內(nèi)，在建規(guī)劃為常熟市第一高樓。項(xiàng)目由 B、C 樓超高層、商業(yè)裙房以及地下車庫構(gòu)成，總建筑面積約 154 542 m2，其中 B 樓 50 652 m2，C 樓 78 502 m2，地下建筑面積 25 388 m2。項(xiàng)目主樓基礎(chǔ)為筏板-樁基礎(chǔ)，裙樓基礎(chǔ)為承臺(tái)-筏板-樁基礎(chǔ)。底板按厚度不同可分為：B 塔樓區(qū)段（板厚 2.6 m）、C 塔樓區(qū)段（板厚 3 m）、裙房區(qū)段（板厚 0.8 m）、B 塔樓加深坑區(qū)段（板厚 7.3 m）、C 塔樓加深坑區(qū)段（板厚 7.4 m）。底板采用混凝土強(qiáng)度等級(jí) C35，抗?jié)B等級(jí)為 P8。B 塔樓底板面筋為雙層雙向直徑φ25@200 mm 的通長(zhǎng)鋼筋，C 塔樓底板面筋為雙層雙向直徑φ28@200 mm 的通長(zhǎng)鋼筋，底板中間設(shè)置溫度筋。

1.2 超厚底板概況

1.2.1 B 塔樓底板概況

B 塔樓深基坑典型剖面如圖 1 所示，主要分為 3 類剖面深度，第一類位于裙房底板區(qū)，坑底標(biāo)高-14.30 m；第二類為電梯井或者集水井區(qū)，坑底標(biāo)高-16.70 m；第三類為核心筒坑中坑區(qū)域，坑底標(biāo)高為-17.80 m 和-19.00 m。考慮 3 種典型剖面，底板鋼筋支架可相應(yīng)深化為 3 類，第一類高度為 2 600 mm；第二類高度為 4 000 mm；第三類高度為 6 400 mm 和 7 300 mm。

圖1 B 樓基坑剖面圖（單位：mm）

1.2.2 C 塔樓底板概況

C 塔樓剖面情況與 B 塔樓類似，其典型剖面圖如圖 2 所示。

圖2 C 樓基坑剖面圖（單位：mm）

2 底板鋼筋施工難點(diǎn)及支架選型

2.1 施工難點(diǎn)分析

1）相較于正常板厚施工中多采用鋼筋支架，本項(xiàng)目基礎(chǔ)底板厚度最厚處可達(dá) 7.45 m，采用傳統(tǒng)臨時(shí)鋼筋支架其強(qiáng)度及穩(wěn)定性問題均難以保證［1］。

2）本項(xiàng)目基礎(chǔ)底板鋼筋總量大，鋼筋間距為 200 mm，分布較密，鋼筋直徑 B 樓部分多為 25 mm，C 樓部分多為 28 mm；底板面部鋼筋層數(shù)多，底板鋼筋自重對(duì)支架承載能力要求高。

3）除去施工材料自重荷載，后期底板混凝土澆筑時(shí)施工荷載產(chǎn)生的作用也不容小視，后期混凝土施工時(shí)，施工人員和布料機(jī)的重量，鋪設(shè)在面筋上的泵管也會(huì)造成架體晃動(dòng)，因此需根據(jù)不同部位詳細(xì)情況對(duì)鋼筋支架深化設(shè)計(jì)。

4）基礎(chǔ)底板厚度大部分在 3 m 左右，在一些特殊部位甚至可達(dá)到 7.45 m 厚，如何保證鋼筋支架在搭設(shè)、堆放材料及澆筑施工過程的穩(wěn)定性，是需要解決的難點(diǎn)問題。

2.2 筏板鋼筋支架形式選取

在超厚筏板施工中，鋼筋支撐架主要形式可分為鋼筋支撐架、鋼管支撐架及型鋼支撐架。其中鋼筋支撐架一般采用直徑 32 mm 的鋼筋搭設(shè)，鋼管腳手架一般采用φ48 mm×3.0 mm 鋼管搭設(shè)，型鋼支撐架一般采用［8搭設(shè)。3 種形式各有優(yōu)劣，其中鋼筋支撐架增加鋼筋用量及焊接作業(yè)量，對(duì)焊工數(shù)量要求大，且本工程基坑深度大面積在 3 m 左右，鋼筋分布較密，底板上部鋼筋自重，施工人員、材料自重及混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)荷載較大，而鋼筋支架剛度及穩(wěn)定性較差，無法保證底板施工中強(qiáng)度及穩(wěn)定性，故鋼筋支架形式不予考慮［2］。

針對(duì)本工程底板厚度變化大，板面鋼筋體量大，及對(duì)架體穩(wěn)定性要求高的施工難點(diǎn)，考慮按照底板厚度不同，對(duì)不同部位進(jìn)行差異化選型設(shè)計(jì)。其中型鋼支架主材［8截面慣性矩大，其受壓承載力強(qiáng)，穩(wěn)定性更好，且型鋼支架焊接速度快，完成面平整度好，故針對(duì)厚度≤ 3 m 底板（占底板總面積 90 %），采用型鋼支撐架形式。而對(duì)于部分深坑部位（底板厚度 4 m 以上，占底板總面積 10 %），其鋼筋支架應(yīng)同時(shí)滿足搭設(shè)靈活性、支架穩(wěn)定性及橫梁強(qiáng)度及撓度的多方面要求，故結(jié)合兩種支架形式特點(diǎn)，對(duì)深坑部位采用鋼管立柱與型鋼橫梁相結(jié)合的形式，在滿足靈活性及穩(wěn)定性要求的同時(shí)，更有利于混凝土散熱，對(duì)深坑部位底板施工最有利。為保證支架強(qiáng)度、撓度及穩(wěn)定性方面的要求，需要對(duì)支撐架進(jìn)行驗(yàn)算。

3 鋼管 + 型鋼支撐架設(shè)計(jì)

根據(jù)底板厚度及面積分布比例不同，將底板支架分為兩類，其中厚度≤3 m 底板采用型鋼支撐架進(jìn)行設(shè)計(jì)，而對(duì)底板厚度＞4 m 區(qū)域采用鋼管+型鋼的組合形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 板厚≤3 m 區(qū)域型鋼鋼筋支架設(shè)計(jì)

型鋼支撐架立柱及橫梁均采用型鋼做為主材。根據(jù)底板鋼筋圖紙對(duì)支架槽鋼型號(hào)及間距進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)支撐架強(qiáng)度、撓度及穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。支架設(shè)計(jì)及驗(yàn)算內(nèi)容如下。

3.1.1 板厚≤ 3 m 區(qū)域型鋼鋼筋支架設(shè)計(jì)

支撐立柱采用 8# 槽鋼，縱橫向間距 2 000 mm，頂部橫梁采用 8# 槽鋼，中部溫度鋼筋支架采用直徑 28 mm 的鋼筋；立柱底焊接 130 mm×130 mm×10 mm 鋼板；立桿之間用 28 mm 鋼筋連接如圖 3～4 所示。

圖3 底板支架詳圖（單位：mm）

圖4 型鋼立柱與鋼筋平面布置圖（單位：mm）

3.1.2 型鋼支撐驗(yàn)算

考慮荷載不利位置，取支撐架高度為 3 m，板面設(shè) 4 排直徑 28 mm 鋼筋，綜合考慮各種不利因素折減后，面筋自重標(biāo)準(zhǔn)值取 1.5 kN/m2；施工設(shè)備荷載取 1 kN/m2，施工人員荷載取 1 kN/m2。

支架橫梁強(qiáng)度和撓度計(jì)算取三跨連續(xù)梁情況。在取支架面部荷載及施工荷載均為均布荷載的情況下，荷載計(jì)算值為：靜荷載 q1=1.2×1.50×2.00=3.60 kN/m；活荷載 q2=1.4×1.00×2.00+1.4×1.00×2.00=5.60 kN/m。

1）橫梁強(qiáng)度計(jì)算。

均布荷載作用下最大彎矩值：M1=0.08q1l2+0.10 q2l2=（0.08×3.60+0.10×5.60）×2.002=3.392 kN?m。

計(jì)算支座處最大彎矩值：M2max=0.10q1l2-0.117 q2l2=（0.10×3.60+0.117×5.60）×2.002=4.061 kN?m。

組合選取跨中最大彎矩值及支座最大彎矩值驗(yàn)證橫梁強(qiáng)度，經(jīng)計(jì)算：

σ=4.061×106/25 300.00

=160.506N/mm2＜205.00 kN?m，滿足要求。

2）橫梁撓度計(jì)算。

荷載標(biāo)準(zhǔn)值如下：靜荷載 q1=3.00kN/m；活荷載 q2=2.00+2.00=4.00kN/m。

最大撓度為：Vmax=（0.677×3.00+0.990×4.00）×2 000.004/（100×2.05×105×101 300 0.00）=4.616 mm。

橫梁最大撓度 4.616 mm，＜2 000/150=13.3 mm 及10 mm，橫梁撓度滿足要求。

3）支架穩(wěn)定性驗(yàn)算。

支架立柱截面參數(shù)如表 1 所示。

表1 支架立柱截面參數(shù)表

根據(jù)立桿的長(zhǎng)細(xì)比 λ=h/i=95，取 φ=0.626，考慮支撐立柱受力方式，可按照軸心承壓構(gòu)件模型計(jì)算立柱穩(wěn)定性：σ= N/φA≤［f］=205.00 N/mm2。

對(duì)最不利荷載組合計(jì)算，支架立柱對(duì)橫梁的最大支座反力為：Nmax=1.1q1l=1.1×3.6×2=7.92 kN；

σ=7.92×1 000/（0.626×10.24×100）

=12.355N/mm2；

立桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算 σ≤［f］，滿足要求。

3.2 板厚超 4 m 區(qū)域鋼管+型鋼鋼筋支架設(shè)計(jì)

鋼管+型鋼鋼筋支架上部采用型鋼作為橫梁，下部為鋼管架。兩者結(jié)合可在同時(shí)保證支撐架對(duì)強(qiáng)度及靈活性的要求。上部橫梁及下部鋼管架設(shè)計(jì)及架體驗(yàn)算內(nèi)容如下所述。

3.2.1 板厚超 4 m 區(qū)域鋼管+型鋼支撐架設(shè)計(jì)

超過4m的底板采用鋼管立桿+8#型鋼橫梁支架，立桿縱橫向間距 2 m，步距 1.5 m，鋼管支撐架掃地桿距立桿底部≤200 mm，鋼管立桿下墊 130 mm ×130 mm×10 mm 的鋼板，縱橫向每隔跨設(shè)置豎向剪刀撐，并在架體頂部設(shè)置連續(xù)水平剪刀撐，如圖 5～ 6 所示。

圖5 B 樓加深基坑支撐布置剖面圖（單位：mm）

圖6 C 樓加深基坑支撐布置剖面圖（單位：mm）

3.2.2 型鋼+鋼管支撐驗(yàn)算

考慮荷載不利位置，取支撐架高度為 7.4 m，板面設(shè) 4 排直徑 28 mm 鋼筋，綜合考慮各種不利因素折減后，面筋自重標(biāo)準(zhǔn)值取 1.5 kN/m2；施工設(shè)備荷載取 1 kN/m2，施工人員荷載取1 kN/m2。

1）高度為 7.4 m 橫梁強(qiáng)度及撓度驗(yàn)算方法同高度為3 m 處，經(jīng)驗(yàn)算：

①橫梁強(qiáng)度σ=102.287 N/mm2＜205.00 N/mm2，強(qiáng)度滿足要求；

②橫梁撓度νmax=2.358 mm，支架橫梁的最大撓度2.358 mm ＜2 000/150 mm 與 10 mm，滿足要求。

2）立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。

λ=l0/i=1 500.000/16=93.75，取φ1=0.641，Nd=Max［R1，R2，R3，R4］+1×γG×q×H=Max［16.276，33.474，33.657，14.553］+1×1.35×0.15×7.4=35.155 kN

fd=Nd/（φ1A）＝35.155×103/（0.641×398）=137.799 N/mm2≤［σ］=205 N/mm2，滿足要求。

4 鋼管+型鋼組合鋼筋支架施工

4.1 彈線定位

測(cè)量組根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制網(wǎng)，確定支架立柱位置，并用墨線標(biāo)記出位置線。位置線確定后，需按照立柱位置在立桿下部擺放好 50 mm 厚的混凝土墊塊。墊塊為提前預(yù)制，需保證墊塊具有足夠的強(qiáng)度。

4.2 底板鋼筋施工

按照?qǐng)D紙上規(guī)定的底板雙向鋼筋上下布置的情況進(jìn)行翻樣下料，按照設(shè)計(jì)和規(guī)范要求綁扎鋼筋，為確保施工順序進(jìn)行，在底板鋼筋綁扎完成后需及時(shí)進(jìn)行隱蔽驗(yàn)收。

4.3 鋼筋支架施工

根據(jù)放線位置樹立立柱，需保證每一根立柱底座下方均有墊塊。豎起立柱并固定底座與底層鋼筋后，再在立柱下部焊接鋼筋斜撐，確保立柱的穩(wěn)定，施工中須保持立柱間處于連接直線上。立柱樹立穩(wěn)固后進(jìn)行焊接橫梁，并完成頂部鋼筋施工。按要求在支架之間設(shè)置豎向剪刀撐，加強(qiáng)支架整體的穩(wěn)定性。需注意在完成鋼管架體施工進(jìn)行灌漿施工。支架整體完成后需進(jìn)行驗(yàn)收。

4.4 面層鋼筋施工

鋼筋支架焊接完成后，組織監(jiān)理、技術(shù)、安全、質(zhì)量各部門進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后按照施工圖紙及相應(yīng)施工方案綁扎面筋。

5 結(jié)語

鋼管輕便靈活，型鋼強(qiáng)度大，兩者結(jié)合，穩(wěn)定性好，可承受較大荷載，可使支架間有較大距離，既保證了施工安全，又方便現(xiàn)場(chǎng)施工。同時(shí)，相同荷載下，鋼筋支架的鋼材用量比鋼管+型鋼支架的鋼材用量大，降低了工程成本。