大截面勁性斜柱施工技術(shù)在金華體育場工程中的應(yīng)用

皮朝陽

一、工程概況

金華市體育中心體育場總建筑面積44064m2，建筑總高度46.130m，平面為橢圓環(huán)形。本工程下部為超長鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，采用V形柱支撐看臺和屋面網(wǎng)架，從+6.000m起由一段直立柱分散成向4個面8個方向的4個斜柱與環(huán)梁形成鋼筋混凝土桁架結(jié)構(gòu)，每個斜立柱跨度不等，最大的達9.8m，與平面成58.7°，斜柱從下到上成倒梯形，下底寬度1.4m～1.8m，上底從1.7～5.7m不等。

二、斜柱模板的選型

斜柱為清水混凝土，質(zhì)量要求高，為保證清水混凝土的質(zhì)量要求，模板施工是關(guān)鍵，所以，本工程+6.000m標高以上勁性斜柱采用鋼木組合模板，本方案以1200×1200mm斜柱為例對模板進行設(shè)計，其余斜柱模板參照執(zhí)行。1200×1200mm斜柱采用鋼木組合模板，面板采用18mm厚進口黑夾板；背楞采用組合鋼框，豎背楞采用雙10#槽鋼進行加固，柱箍采用雙12.6#槽鋼加工成L型，對角用Φ30斜拉螺桿進行加固。

三、模板分析計算

1.計算內(nèi)容

（1）模板構(gòu)件的剛度分析；

（2）模板連接件的強度分析。

2.荷載分析

斜柱基本情況：邊長1200mm；柱體狀態(tài)：單斜柱。傾斜角度從73.67°～76.37°不等；V型雙斜柱，向外傾斜角度從73.67°～76.37°不等，自轉(zhuǎn)角隨弧度變化不等；高度：h=4500～18000mm。

3.基本荷載

方柱砼線重：q砼線=25kN/m

砼最大側(cè)壓力：q砼側(cè)=60kN/m2

澆注砼水平荷載：q水平=6kN/m2

振搗砼時振動荷載：q振=4kN/m2

4.荷載組合

面板最大計算側(cè)壓力：

5.柱模構(gòu)件剛度與強度分析

（1）構(gòu)件最大受力狀態(tài)分析

對柱模的三狀態(tài)，直立、單斜和雙斜，對三種支模狀態(tài)進行綜合分析，柱模板在單斜和雙斜時都有支撐作用力通過雙槽鋼背楞作用在模板構(gòu)件上，除面板外，其余構(gòu)件受力點跨距變小，減小了構(gòu)件變形，因此直立狀態(tài)為柱模構(gòu)件受力最不利狀態(tài)，因此，本方案選取直立狀態(tài)進行分析即可。

（2）面板剛度與強度分析

①計算單元選?。哼x擇1mm寬為計算單元

②材料：18mm厚進口黑夾板

③選取最大側(cè)壓力區(qū)對面板剛度進行分析

④面板單元受力簡圖

由于縱肋間距為350，“幾”字肋與面板的安裝寬度為100，邊框與面板的安裝寬度為25，因面板支承凈間距在250～275之間，按較大值275分析，面板單元的受力簡圖如下：

⑤面板剛度分析

ω=0.677ql4/100EI=0.677×0.086×2754/100×6.5×103×486=1.05mm＜[ω]=l/250=275/250=1.1mm，其剛度合格

⑥面板強度分析

σ=M/W

M=ql2/10=0.086×2752/10=650.375N·m

W=bh2/6=1×182/6=54mm3

σ=M/W=650.375/54=12.04N/mm2＜f=15N/mm2，故面板強度滿足要求。

（3） “幾”字肋剛度與強度分析

①材料：100×43×25×3 “幾” 字肋，Q235

E=2.06×105N/mm2，I×=1.07×106mm4

f肋=215N/mm2，W×=2.1×104mm3

②計算單元選取

根據(jù)柱模鋼框結(jié)構(gòu)布置，按最不利狀態(tài)選定為單根受力區(qū)為計算單元，其承載寬度為400，肋長450。

③受力簡圖如下：

④剛度分析：按單跨簡支梁分析

ω幾肋=5q線l4/384EI×=5×34.4×4504/384×2.06×105×1.07×106=0.08mm＜[ω肋]=1.5mm，故 “幾” 肋剛度合格

⑤強度分析

一般情況下，組合模板鋼構(gòu)件充分滿足剛度條件時，強度也必然合格，故強度不在具體分析，可認定合格。

（4）矩形鋼管肋剛度與強度分析

①材料：100×50×3方管、 Q235鋼材，I×=1.1212×106mm4，W×=2.242×104mm3

②計算單元選取

根據(jù)柱模構(gòu)造，選定最大砼側(cè)壓力區(qū)雙矩形鋼橫肋為計算單元，其受力寬度為400，長度為1200。

③受力簡圖如下：

④剛度分析

ω方管肋= （5q線l4/384EI×） /2=5×34.4×12004/384×2.06×105×1.1212×106/2=2.0mm＜[ω肋]=2.4mm，矩形方鋼管剛度滿足要求。

（5）專用 “L”型邊框剛度與強度分析

①材料：120×35× （3～4） 專軋制型鋼組焊 “L” 型、Q235，I=1.136×106mm4

②最不利受力簡圖選取

選定在正常澆注速度下，邊框在最大側(cè)壓力區(qū)連續(xù)三跨最不利狀態(tài)分析，角拉栓間距l(xiāng)=600mm，邊框承載寬度b=600mm，其受力簡圖如下：

③剛度分析

ω=0.677ql4/100EI=0.677×51.6×6004/100×2.06×105×1.136×106=0.19mm＜[ω]=1mm，故邊框剛度滿足要求。

④強度分析

由于邊框剛度遠小于允許值，充分滿足剛度條件，強度也必然合格。

（6）角斜拉螺栓的強度分析

①材料：M30螺栓，d凈=27.50，A毛=706.9mm2，A凈=560.6mm2

②受力分析

單角斜拉螺栓承載面積：A=0.6×0.6=0.36m2

單角斜拉螺栓承載力：N拉=V剪=qmaxA=86×0.36=30.96kN

③強度分析

σ=N拉/A凈=4×30.96×103/560.6=55.23N/mm2

τ=V剪/A毛=30.96×103/706.9=43.80N/mm2

σn= （ σ2＋3τ2） -1/2= （55.232 ＋3×43.802） -1/2=93.84N/mm2＜f=210N/mm2

故角拉栓強度合格

6.結(jié)論

通過計算，該鋼框組合柱模板在澆注狀態(tài)正常情況下各類構(gòu)件剛度滿足要求，強度安全。

四、鋼框組合模板的加工

1.柱模板的加工

根據(jù)本工程斜柱特點，斜柱最高為18.0m，模板與組合 鋼 框 加 工 成1400×600mm、 1400×1200mm、 1400×2400mm、1400×3600mm四種規(guī)格的標準板塊，斜柱柱根采用非標準板塊。施工前根據(jù)柱子的長度選擇不同模數(shù)的板塊組裝成單面模板，每根柱子的四塊單面模板的拼縫位置相同。每根斜柱根據(jù)不同高度進行模板的組裝。

2.柱箍的設(shè)計

結(jié)合本工程斜柱的特點，按柱的結(jié)構(gòu)尺寸，采用12.6#槽鋼將柱箍加工成兩個L型柱箍，采用Φ30斜拉螺桿進行對柱箍進行加固。

3.單層邊斜柱模板施工

對該部位斜柱的施工采用在陽面設(shè)置拉結(jié)點對柱模板進行施工。首先對斜柱進行定位放線，同時搭設(shè)好斜柱模板施工的操作腳手架，型鋼柱已安裝完畢并進行驗收，綁扎鋼筋并已辦理隱檢，安裝斜柱模板，加固斜柱模板，將在柱高h/2處用雙鋼管拉住陰面柱模板，單側(cè)為4根；同時在柱高3h/4處用2Φ22的拉索拉住豎向雙槽鋼背楞，并將拉索固定在陽面樓層梁的預(yù)埋拉環(huán)上，要求拉環(huán)到柱的拉結(jié)點水平距離為2h/3。

4.跨四層單斜柱模板支撐

對該斜柱采用分段施工，先施工完成一層、二層結(jié)構(gòu)，待混凝土達到強度后在施工跨四層斜柱第一段，對柱模板的支撐主要采用16號槽鋼進行拉結(jié)，與預(yù)埋在已施工完成的一、二層樓層邊梁的槽鋼上，斜柱兩邊共設(shè)置兩根槽鋼進行拉結(jié)。施工斜柱過程中穿插三四層結(jié)構(gòu)施工，按施工段的劃分進行，待樓層結(jié)構(gòu)滿足拉結(jié)的要求后，進行斜柱的第二次施工。對第二次斜柱的施工，采用槽鋼反拉在已施工的三、四層樓層梁預(yù)埋的槽鋼上。

5.雙斜柱模板支撐

對該斜柱采用分三階段施工，先施工完成斜撐與看臺交接以下部位，待混凝土達到強度后在施工雙斜柱的第一部分，對柱模板的支撐主要采用16號槽鋼進行拉結(jié)，與預(yù)埋在已施工完成的看臺環(huán)梁的槽鋼上，待混凝土達到強度后在施工斜柱第二部分及上部看臺，第二部分斜柱施工時，同樣采用16號槽鋼與看臺環(huán)梁進行拉結(jié)，形成斜柱模板體系。

五、結(jié)語

定型鋼木組合模板體系在金華體育場工程中的應(yīng)用，很好地解決了大截面斜柱等構(gòu)件的施工難題、提高了施工的精度和構(gòu)件成型質(zhì)量。施工中未出現(xiàn)模板和鋼筋的滑移現(xiàn)象。對于這種體形復(fù)雜、截面較大的傾斜構(gòu)件在模板的選型及深化設(shè)計上尤為重要。與傳統(tǒng)柱模板施工相比，此方法具有技術(shù)領(lǐng)先、安全可靠、質(zhì)量穩(wěn)定、施工快捷等特點。針對體育場復(fù)雜結(jié)構(gòu)，通過精心設(shè)計，在對常規(guī)柱模板施工應(yīng)用進行總結(jié)，嚴把每個施工環(huán)節(jié)，嚴格驗收程序，并在施工前進行計算機三維模擬搭設(shè)，有效指導施工操作基礎(chǔ)上，既保證工程質(zhì)量，又滿足工期要求，且降低工程成本，取得了良好的經(jīng)濟社會效益。