矩鋼在大截面框架柱模板加固體系中的應(yīng)用

□文/史永勝 王 濤 李 隆

1 工程概況

天津醫(yī)科大學(xué)空港國際醫(yī)院一期工程是一座現(xiàn)代化的住院、門診和醫(yī)技綜合于一體的三級甲等醫(yī)院，工程分為門診部、住院部和醫(yī)技部3部分，工程總建筑面積96 863 m2，地下1層，地上門診部4層、醫(yī)技部1層、住院部10層，最高檐口高度40.55 m。住院部為框剪結(jié)構(gòu)，門診樓和醫(yī)技部為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁和PHC管樁、承臺+整體筏板基礎(chǔ)形式。

2 工程特點(diǎn)

門診樓和醫(yī)技部為框架結(jié)構(gòu)，層高4.5～6.28 m，單層面積大，框架柱數(shù)量較多，截面較規(guī)矩，多為正方形截面，最大850mm×850mm，少數(shù)為矩形截面。

為滿足主體結(jié)構(gòu)觀感質(zhì)量的高要求，對框架柱的支模體系進(jìn)行優(yōu)化，引進(jìn)剛度較大的50mm×90mm×4mm矩鋼做框架柱柱箍，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雙鋼管柱箍加固方式。由于鋼筋混凝土豎向構(gòu)件拆模早，所以只需配備部分矩鋼柱箍即可滿足流水施工要求。

3 主要施工技術(shù)及措施

3.1 工藝原理

采用矩鋼做柱箍背楞，利用矩鋼剛度大的特點(diǎn)，取消傳統(tǒng)洞穿柱體內(nèi)部的對拉螺桿，僅在柱兩側(cè)采用φ14mm高強(qiáng)螺栓對模板體系進(jìn)行對拉，從而消除柱表面的對拉螺栓孔及由其引起的漏漿等質(zhì)量缺陷。

考慮到矩鋼在螺桿孔周圍受力比較集中，為防止矩鋼產(chǎn)生較大變形，在螺桿孔處（螺帽一側(cè)）焊接50mm×50mm×10mm鋼板墊片，進(jìn)行加強(qiáng)處理，見圖1。

圖1 螺桿孔處進(jìn)行加強(qiáng)處理

3.2 工藝流程

矩鋼制作→矩鋼穿孔→焊鋼板墊片→柱模板支設(shè)→矩鋼背楞加固→柱模校正調(diào)整。

3.3 柱模板支撐設(shè)計(jì)

1）采用15mm木膠合板和40mm×90mm木方散拼安裝柱模板，用木方做豎楞，柱角處必須要有木方。

2）按柱截面尺寸進(jìn)行模板加工，在拼接部位貼好海綿條、定好壓腳板再安裝柱模板，模板內(nèi)側(cè)刷脫模劑，外側(cè)豎向釘長木方。

3）用加工好的矩鋼做橫向背楞對柱模板體系進(jìn)行加固，矩鋼間距500mm（第一道離地200mm）。

4）穿φ14mm高強(qiáng)對拉螺栓并適當(dāng)加固，建議采用雙螺帽，見圖2。

圖2 柱模板加固

5）在柱4個(gè)方向均用鋼管做斜撐，斜撐頂在混凝土樓板上，對柱模板進(jìn)行校正。

4 大截面框架柱矩鋼加固設(shè)計(jì)驗(yàn)算

以地下室850mm×850mm框架柱為例進(jìn)行驗(yàn)算。

4.1 基本參數(shù)

柱模板的截面寬度B=850mm，截面高度H=850mm，柱模板的計(jì)算高度L=5 600mm，柱箍間距計(jì)算跨度d=500mm。柱箍采用方鋼管50mm×90mm×4mm。柱模板豎楞木方截面寬度40mm，高度90mm，間距162mm。面板厚度15mm，剪切強(qiáng)度1.4 N/mm2，抗彎強(qiáng)度15.0 N/mm2，彈性模量6 000.0 N/mm2。木方剪切強(qiáng)度1.6 N/mm2，抗彎強(qiáng)度 15.0 N/mm2，彈性模量 9 000.0 N/mm2。

4.2 載荷計(jì)算

強(qiáng)度驗(yàn)算要考慮新澆混凝土側(cè)壓力和傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的載荷設(shè)計(jì)值；撓度驗(yàn)算只考慮新澆混凝土側(cè)壓力產(chǎn)生載荷標(biāo)準(zhǔn)值。新澆混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值F=40.540 kN/m2。

考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)0.9，實(shí)際計(jì)算中采用新澆混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值 F1=0.9×40.000=36.000（kN/m2），倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的載荷標(biāo)準(zhǔn)值F2=0.9×3.000=2.700（kN/m2）。

4.3 矩鋼柱箍計(jì)算

豎楞木方傳遞到柱箍的集中載荷P=3.81 kN。柱箍按照集中載荷下多跨連續(xù)梁計(jì)算，經(jīng)過計(jì)算得到最大彎矩M=3.181 kN·m，最大支座F=9.513 kN，最大變形V=1.305mm，柱箍的截面力學(xué)參數(shù)為截面抵抗矩W=24.62 cm3；截面慣性矩 I=110.77 cm4。

1）柱箍抗彎計(jì)算強(qiáng)度f=M/W=3.181×106/1.05/24 615.8=123.07（N/mm2）＜215.0 N/mm2,滿足要求。

2）柱箍最大變形V=1.305mm＜1 090.0/400,滿足要求。

4.4 高強(qiáng)螺栓驗(yàn)算

式中：N為對拉螺栓所受的拉力，9.513 N；A為對拉螺栓有效面積，mm2；f為對拉螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取 170 N/mm2；[N]為對拉螺栓最大容許拉力值，kN。

對拉螺栓的直徑14mm，有效直徑12mm，A=105.000mm2，[N]=17.85 kN。N＜[N]，對拉螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求。

5 效益分析

1）與傳統(tǒng)雙鋼管柱箍加固方式比較，雖然一次投入大，但矩鋼周轉(zhuǎn)次數(shù)多，損耗極小，按常見尺寸加工成型后，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)項(xiàng)目重復(fù)利用。同時(shí)由于取消了穿柱螺栓，避免模板鉆孔，降低模板損耗率，節(jié)約材料費(fèi)和后期螺桿洞處理費(fèi)用；大大減少螺栓洞口漏漿起砂質(zhì)量通病，提高結(jié)構(gòu)觀感質(zhì)量。

2）按目前常規(guī)優(yōu)化方法雙槽鋼柱箍考慮，至少采用8#雙槽鋼，而采用50mm×90mm矩鋼(壁厚4mm)的兩端螺桿眼部位進(jìn)行加強(qiáng)處理后也可滿足施工要求，同時(shí)每米可節(jié)約鋼材量8.045×2-8.792=7.298（kg）。整個(gè)工程預(yù)計(jì)節(jié)約鋼材75 t。

6 結(jié)語

矩鋼在大截面框架柱模板加固體系中的應(yīng)用，取消了穿柱螺桿，從而消除結(jié)構(gòu)表面螺栓孔，提高結(jié)構(gòu)觀感質(zhì)量，同時(shí)降低后期螺栓孔處理費(fèi)用，獲得了較大地社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

[1]《建筑施工手冊》編委會(huì).建筑施工手冊[M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]GB 50010—2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì).建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2002.