淺談超高層核心筒縱向鋼筋與工具式模板對(duì)拉螺桿碰撞的措施與優(yōu)化

魯 悅，陶 煒，成傳林，黃云鶴（上海建浩工程顧問(wèn)有限公司， 上海 200030）

0 引 言

我國(guó)的爬模施工技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的摸索與改進(jìn)獲得了飛速的發(fā)展，如今廣泛運(yùn)用于高層及超高層建筑的核心筒、橋墩等重要工程。然而液壓爬模體系中的模板裝置均采用鋼模板與其他模板組合，以此來(lái)保證模板剛度需求，但由于鋼模板的吸附力小，傳遞力的不均勻性，自重大，同時(shí)在爬模爬升過(guò)程中鋼模板上的對(duì)拉螺桿容易與剪力墻墻體縱向鋼筋發(fā)生碰撞，為施工便利，現(xiàn)場(chǎng)工人易將該位置的縱向鋼筋割斷，從而導(dǎo)致該部位的剪力墻鋼筋被大面積割斷。從結(jié)構(gòu)安全角度考慮，縱向鋼筋對(duì)力的傳遞起著至關(guān)重要的作用，因此有效解決縱向鋼筋與鋼模板對(duì)拉螺桿碰撞問(wèn)題可進(jìn)一步保證現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量，加快核心筒區(qū)域的施工進(jìn)度，也為解決其他工具式模板的對(duì)拉螺桿與縱向鋼筋碰撞問(wèn)題提供較好的參考，具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。

1 工程背景

某工程項(xiàng)目主要由塔樓（56層）、裙房（4層）和地下室組成，用地面積為9 584 m2。塔樓的結(jié)構(gòu)類(lèi)型為鋼框架核心筒結(jié)構(gòu)，裙房的結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)。塔樓16層、24層、40層三個(gè)避難層設(shè)有環(huán)帶桁架，裙樓屋面有高8.01 m的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架，塔樓屋面具有高14.60 m的鋼結(jié)構(gòu)塔冠。核心筒外墻及部分內(nèi)電梯井道采用液壓爬模施工，標(biāo)準(zhǔn)層高為4.20 m，首層以上非標(biāo)準(zhǔn)層層高分別為5.05 m、4.00 m、5.50 m。核心筒墻體厚度隨高度的增加逐漸縮小，外墻最大厚度為1 100 mm，內(nèi)墻最大厚度為400 mm。

外墻液壓爬模架布置于核心筒外墻，可帶墻體一側(cè)大模板一起爬升，平臺(tái)寬2.3 m，架體總高16.1 m，可覆蓋三個(gè)半層高，架體共有6層操作平臺(tái)（見(jiàn)圖1）：上3層為綁筋操作平臺(tái)，可借助此3層平臺(tái)綁扎鋼筋；中間2層為支模操作平臺(tái)，可在此平臺(tái)上完成合模、拆模、清理模板等工作；1層為爬升操作平臺(tái)；最底層為拆卸清理維護(hù)平臺(tái)。當(dāng)墻體混凝土達(dá)到15 MPa要求后，先爬升液壓爬模架，將液壓爬模架爬升至上一層，此時(shí)借助退模機(jī)構(gòu)將模板退690 mm，即可借助此空隙清理模板，并對(duì)上架體進(jìn)行剛性連接，此時(shí)即可借助上2層操作平臺(tái)綁扎墻體鋼筋，JFYM100N型液壓爬模架頂層平臺(tái)施工限載為400 kg/m2，架體四角懸挑禁止堆料，機(jī)位間距5 m以上位置頂層平臺(tái)限載為100 kg/m2。

圖1 爬模架體立面圖

該項(xiàng)目易發(fā)生鋼模板對(duì)拉螺桿與縱向鋼筋碰撞，進(jìn)而產(chǎn)生鋼筋割斷的質(zhì)量問(wèn)題，間接阻礙了縱向鋼筋力的傳遞，影響現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量及安全。由此可見(jiàn)，鋼筋割斷問(wèn)題有待解決，但該問(wèn)題具有專(zhuān)一性，在所能檢索到的文獻(xiàn)中，國(guó)內(nèi)對(duì)該問(wèn)題的研究較少，缺乏類(lèi)似可借鑒的工程解決措施，因此開(kāi)展此類(lèi)質(zhì)量問(wèn)題解決措施的研究具有重要意義。

2 碰撞原因分析

通過(guò)以往現(xiàn)場(chǎng)工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合BIM有效碰撞及ANASYS有限元模擬軟件，分析了鋼模板對(duì)拉螺桿與剪力墻縱向鋼筋碰撞的主要原因，具體如下。

（1）在設(shè)計(jì)加工階段，設(shè)計(jì)者僅依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求對(duì)其尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，經(jīng)一系列驗(yàn)算合格后，移交工廠加工，最終將已加工好的模板投入現(xiàn)場(chǎng)施工。在此類(lèi)施工流水作業(yè)中，設(shè)計(jì)方作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者，加工廠作為生產(chǎn)者，現(xiàn)場(chǎng)則作為材料使用者，三者之間缺乏相互溝通與交流，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)存在的一系列問(wèn)題均需通過(guò)業(yè)主聯(lián)系設(shè)計(jì)修改，最終下發(fā)設(shè)計(jì)修改通知單后才可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，因此設(shè)計(jì)方未能有效考慮到鋼模板是否符合現(xiàn)場(chǎng)施工需求，而設(shè)計(jì)審核需要較長(zhǎng)時(shí)間，無(wú)形之中消耗大量時(shí)間、人力、材料成本，加之絕大多數(shù)工程采用的是統(tǒng)一規(guī)格的鋼模板，一定程度上給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)了麻煩。

（2）相對(duì)誤差是影響其碰撞的重要因素?，F(xiàn)場(chǎng)工人綁扎鋼筋時(shí)出現(xiàn)的相對(duì)誤差與鋼模板吊裝存在的相對(duì)誤差相結(jié)合，造成最終的累計(jì)誤差值偏大，但相對(duì)誤差是無(wú)法避免的，因此絕對(duì)誤差和碰撞概率的降低值得進(jìn)一步研究。

（3）在施工過(guò)程中，鋼模板的垂直度及平整度控制難度大，且垂直度精度要求較高，在吊裝作業(yè)時(shí)人工智能控制垂直度的方法不及電子技術(shù)設(shè)備管理控制精度準(zhǔn)確。

（4）現(xiàn)場(chǎng)使用的鋼模板僅留設(shè)一個(gè)孔口作為螺栓孔，在碰撞過(guò)程中無(wú)法采用其他應(yīng)急措施解決鋼筋割斷問(wèn)題，而鋼筋割斷問(wèn)題又大大降低了施工的可操作性。

另外，在爬模爬升過(guò)程中，鋼模板上需要層層清理并涂刷隔離劑，大面積拼裝后容易產(chǎn)生較大拼縫，而根據(jù)以往的拼接口形式無(wú)法保證其安全及質(zhì)量，可見(jiàn)鋼模板的輕型化及安全化在吊裝作業(yè)中至關(guān)重要。同時(shí)，鋼模板之間的咬合力直接影響其安全性能，因此可間接改變鋼模板間的拼接形式，減小拼縫，可靠的拼接才能保證拆模后的質(zhì)量。

3 技術(shù)措施

傳統(tǒng)意義上的技術(shù)措施可將碰撞區(qū)域的箍筋改為拉鉤，底部加設(shè)“7字鉤”，但該方法改變了結(jié)構(gòu)的配筋率，其安全性不可獲知。為了不改變?cè)信浣?，有效?jié)約企業(yè)設(shè)計(jì)部的回復(fù)時(shí)間，提高現(xiàn)場(chǎng)工人管理的實(shí)際操作性，現(xiàn)提出以下解決方法。

（1）在原設(shè)計(jì)規(guī)格的鋼模板上距原螺栓孔約25 mm位置增加3個(gè)相同螺栓孔作為碰撞備用。

（2）螺栓孔采用并列形式，減小螺栓孔對(duì)鋼模板截面的削弱力，避免螺栓發(fā)生應(yīng)力集中而產(chǎn)生相互影響，同時(shí)，為了防止鋼模板截面削弱過(guò)多，降低其承載能力，需要按照抗擠壓和抗沖切強(qiáng)度相等原則確定螺栓孔排布的端距及邊距。螺栓孔布置的端距保證鋼模板不會(huì)被螺栓孔壁撕裂，滿(mǎn)足GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)端距的要求。

（3）在螺栓孔后加設(shè)1塊長(zhǎng)10 cm、寬5 cm、厚約4 mm的板，有效利用板件間的相對(duì)滑移，當(dāng)最大滑移量達(dá)到螺栓桿與孔壁之間的間隙前，避免螺栓桿與孔壁產(chǎn)生接觸，進(jìn)而保證鋼模板在澆筑混凝土?xí)r不會(huì)發(fā)生較大滑移及過(guò)度變形。

（4）為進(jìn)一步保證鋼模板吊裝時(shí)的穩(wěn)定性，加強(qiáng)鋼模板間的咬合力，除起始鋼模板外，其余均采用拇字型＋內(nèi)槽卡口式（如圖2所示），提高咬合力，增強(qiáng)安全性和可靠性。

圖2 鋼模板開(kāi)孔平面及剖面圖

4 力學(xué)性能分析

結(jié)合REVIT模型及ANASYS有限元分析軟件，將鋼模板拆分為多個(gè)單元模型，對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行模擬分析。通過(guò)計(jì)算對(duì)拉螺桿的受力情況發(fā)現(xiàn)，其抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗滑移情況同鋼模板的橫向、豎向構(gòu)件間距及其他支撐體系，均符合規(guī)范規(guī)定的要求。

若將鋼模板等效于面板，根據(jù)GB/T 50214－2013《組合鋼模板技術(shù)規(guī)范》，面板強(qiáng)度及撓度驗(yàn)算以單面板作為驗(yàn)算對(duì)象。其受力情況，如圖3所示。

圖3 鋼模板受力簡(jiǎn)圖

新澆混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值G4k＝30.217 kN/m2；

傾倒混凝土?xí)r對(duì)垂直面模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q3k＝2 kN/m2；

承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)值S承＝0.9[1.3G4k+1.5Q3k]＝0.9[1.3×30.127+1.5×2]＝0.9×42.282＝38.054 kN/m2；

線(xiàn)荷載q＝0.95bS承＝0.95×0.6×38.054＝21.691 kN/m。

其中：b為單元面板寬度，取600 mm。

其中：Mmax為最不利彎矩設(shè)計(jì)值，取0.244 kN/mm2；W為面板截面抵抗矩；f為面板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

對(duì)拉螺桿驗(yàn)算如下：

對(duì)拉螺桿型號(hào)為M20，軸向拉力設(shè)計(jì)值Ntb為38.2 kN；

對(duì)拉螺栓橫向驗(yàn)算間距m＝max[300,300/2＋200]＝350 mm；

對(duì)拉螺栓豎向驗(yàn)算間距n＝300/2＋150＝300 mm；

對(duì)拉螺栓最大軸力設(shè)計(jì)值N＝0.95 mnS承＝0.95×0.35 ×0.3×38.054＝3.796 kN＜Ntb。

因此滿(mǎn)足承載力要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出利用抗滑移原理在鋼模板上開(kāi)設(shè)螺栓孔，結(jié)合REVIT模型、ANASYS有限元分析軟件及現(xiàn)場(chǎng)工程經(jīng)驗(yàn)，解決鋼模板對(duì)拉螺桿與鋼筋碰撞問(wèn)題，同時(shí)可規(guī)避鋼筋割斷問(wèn)題，間接優(yōu)化模板裝置，加快現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度。其相關(guān)技術(shù)措施可為其他工具式模板及類(lèi)似工程提供較好的研究參考，具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。

在超高層建筑中，核心筒區(qū)域的縱向鋼筋與模板對(duì)拉螺桿碰撞問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，本文提出的技術(shù)措施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，確保不削弱鋼模板的剛度的同時(shí)也符合綠色施工要求，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可在類(lèi)似工程中推廣應(yīng)用。