高空大截面懸挑勁性梁的吊掛模板施工技術(shù)

沈 培 王介煬 還向州 任繼軍 楊光勇

中建一局集團第一建筑有限公司 上海 201103

1 工程概況

杭州某廣場工程A塔樓，鋼筋混凝土勁性結(jié)構(gòu)，建筑高度200 m，共44層。西立面高約100 m處設(shè)有大懸挑游泳池及休閑用房（圖1）。

圖1 高空大截面懸挑勁性梁正立面及剖面示意

該結(jié)構(gòu)懸挑長度10.2 m，寬度81 m，以第24層懸挑梁作為主承重構(gòu)件，并輔以第22層懸挑4.2 m鋼筋混凝土露臺、第23層鏤空純懸挑鋼框架、第26層鋼筋桁架樓層板，3層懸挑結(jié)構(gòu)端部以鋼柱豎向連接。

根據(jù)設(shè)計方案，第24層懸挑主梁為大截面勁性混凝土梁，板為鋼筋混凝土樓板，除自重荷載外，還承受第23層和第26層結(jié)構(gòu)的永久荷載。

第24層為大截面勁性梁，最大勁性梁截面尺寸為1 500 mm×3 500 mm，鋼骨梁尺寸為2 800 mm×600 mm×50 mm×60 mm，施工線荷載達(dá)120 kN/m。

2 施工難點分析及方案選擇

上述懸挑結(jié)構(gòu)因其高度超高、懸挑大，模架及混凝土施工安全和質(zhì)量風(fēng)險高，這是工程施工的難點。如果采用落地式模架體系存在模架與主體結(jié)構(gòu)施工交叉的矛盾且模架投入量巨大，不利于節(jié)約成本。經(jīng)與設(shè)計方協(xié)調(diào)和論證，采用以第24層懸挑勁性梁的鋼骨為梁模板體系的支撐構(gòu)件，以第23層鏤空鋼框架為第24層樓板的支撐平臺，建立高空大截面吊掛組合模板體系的方案（圖2）。

圖2 懸挑勁性梁板吊掛模板組合體系正立面

3 勁性梁吊掛模板體系的設(shè)計

3.1 設(shè)計思路

1）第24層懸挑勁性梁的鋼骨承受該梁模板體系的自重等施工荷載，經(jīng)驗算予以確認(rèn)。懸挑勁性梁吊掛模板體系以倒置的U形螺桿為吊件，固定梁底型鋼主楞。依次安裝梁鋼筋、梁底模板、梁底主楞、梁底次楞、側(cè)模及對拉螺桿（圖3）。

2）第23層鏤空鋼框架承受第24層樓板模架體系的自重等施工荷載，經(jīng)驗算予以確認(rèn)。在第23層鏤空鋼框架上架設(shè)型鋼平臺，型鋼梁的位置及間距應(yīng)與第24層樓板支撐架模數(shù)一致。

圖3 懸挑勁性梁吊掛模板剖面

3.2 構(gòu)件深化設(shè)計

采用Midas軟件建立受力模型，根據(jù)最不利施工工況對構(gòu)件加載，對吊掛模板體系中所用構(gòu)件進(jìn)行受力驗算，確保施工安全，主要包括勁性梁鋼骨、U形螺桿、底模型鋼主楞、側(cè)模主楞、對拉螺桿、懸挑外架等。U形螺桿應(yīng)選用圓鋼冷彎成U形，尺寸以鋼骨翼緣寬及勁性梁高度為準(zhǔn)，彎弧半徑20 mm為宜，制作長度以最終伸出螺母20 mm為宜。底模型鋼主楞可用雙拼槽鋼或帶孔方鋼，型鋼主楞長度為梁寬＋300 mm。墊片中部開洞，開洞尺寸稍稍大于U形螺桿直徑，緊固螺母選擇高強螺母（圖4）。

圖4 底模型鋼主楞及墊片示意

對第23～26層鋼骨進(jìn)行深化設(shè)計，并在第24層勁性梁鋼骨腹板上開φ20 mm的孔，便于側(cè)模對拉螺桿安裝（圖5）。

圖5 鋼結(jié)構(gòu)深化

通過模擬施工過程，對鋼骨進(jìn)行應(yīng)力及變形分析（圖6、圖7），在混凝土澆筑施工完成階段桿件最大變形為18 mm＜L/400=25.5 mm（L為桿長），構(gòu)件最大應(yīng)力比為0.67＜1，數(shù)據(jù)分析結(jié)果滿足規(guī)范及設(shè)計要求，并根據(jù)變形值對鋼骨進(jìn)行預(yù)起拱處理。

圖6 構(gòu)件Z向變形分布

圖7 構(gòu)件應(yīng)力比分布

4 施工技術(shù)要點

4.1 施工流程

安裝勁性鋼結(jié)構(gòu)，進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工→安裝第23層型鋼平臺及防護(hù)外架→安裝U形螺桿→安裝勁性梁鋼筋→安裝勁性梁底模→安裝勁性梁側(cè)模并加固→澆筑勁性梁混凝土、養(yǎng)護(hù)及監(jiān)測→拆模

4.2 技術(shù)要點

4.2.1 安裝勁性鋼結(jié)構(gòu)

依次安裝第24層、23層、26層懸挑鋼結(jié)構(gòu)，以及懸挑端鋼柱。在安裝過程中采取臨時固定措施，防止失穩(wěn)及過載。

4.2.2 安裝型鋼平臺及防護(hù)外架

在第23層鏤空鋼框架上從內(nèi)往外依次布置36b#工字鋼，間距為900 mm（布置同24層樓板支撐架模數(shù)），兩端分別焊接固定在23層鏤空鋼框梁上，因其跨度為9 m，為防止其側(cè)向失穩(wěn)，每跨內(nèi)垂直于工字鋼方向增設(shè)2根通長18#工字鋼，將各單根36b#工字鋼焊接成整體。在型鋼平臺的外沿安裝用于防護(hù)外架支承的18#懸挑工字鋼梁，間距1 400 mm，懸挑工字鋼與36b#工字鋼用U形螺桿抱箍固定，并在懸挑工字鋼上搭設(shè)防護(hù)外架，后在平臺上按間距300 mm鋪設(shè)木方及厚15 mm木板（圖8）。

4.2.3 安裝U形螺桿

U形螺桿規(guī)格是φ24 mm圓鋼，間距為500 mm，在勁性梁上標(biāo)線并予以電焊固定。施工前先在24層懸挑鋼骨上標(biāo)記U形螺桿的位置，按設(shè)計間距倒置吊掛在懸挑鋼梁上，并與懸挑鋼骨的上翼緣點焊固定（圖9）。

圖8 操作平臺及防護(hù)外架剖面示意

圖9 U形螺桿安裝示意

圖10 勁性梁模板加固示意

4.2.4 安裝勁性梁鋼筋

勁性梁鋼筋層數(shù)多、規(guī)格大、間距密。上部鋼筋按由下到上的順序安裝，層間距離通過設(shè)置鋼筋支架來控制。下部鋼筋安裝前應(yīng)在兩側(cè)模板支架的上端搭設(shè)支撐鋼筋的臨時鋼管支架，梁內(nèi)鋼筋通過增設(shè)架立筋定位。

4.2.5 安裝勁性梁底模

在U形螺桿上標(biāo)出底模、次楞及主楞標(biāo)高，先安裝底模，然后安裝主楞并臨時固定，再在底模與主楞間安裝次楞。通過調(diào)節(jié)主楞下螺桿螺母，校正底模標(biāo)高和平整度。為避免漏漿，模板孔洞位置用海綿條密封。

4.2.6 安裝勁性梁側(cè)模并加固

依次安裝模板、次楞及主楞，次楞豎向布置、主楞橫向布置，縱橫向布置間距為500 mm左右，最后安裝對拉螺桿。為避免漏漿，模板孔洞位置用海綿條密封。

大截面勁性梁為獨立懸挑的吊掛模架體系，為保證在澆筑過程中的穩(wěn)定性，每兩條勁性梁之間沿縱向每隔2.5 m采用鋼管對撐（兩側(cè)面上下均設(shè)置，上道距梁面1 000 mm、下道距梁底500 mm），兩端用可調(diào)頂托頂緊勁性梁主楞，對稱鋼管接長用對接扣件，且與板模架立桿扣接固定（圖10）。

4.2.7 澆筑勁性梁混凝土、養(yǎng)護(hù)及監(jiān)測

采用自密實混凝土，石子粒徑控制在20 mm左右，勁性梁采取分層間歇澆筑法，分3層澆筑。層間間隙時間以不大于混凝土初凝時間4 h為宜。樓板混凝土按常規(guī)做法澆筑，養(yǎng)護(hù)時間為14 d。

勁性梁鋼骨的內(nèi)力及位移是外部荷載作用效應(yīng)的重要參數(shù)。在整個施工過程，尤其是混凝土澆筑過程，應(yīng)對鋼骨等其他重要構(gòu)件進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測值與設(shè)計模擬值進(jìn)行對比分析，確保結(jié)構(gòu)施工的安全性。勁性梁鋼骨固定后，在與其連接的邊鋼柱上畫道紅油漆作為初始值，將水準(zhǔn)儀支設(shè)在樓層內(nèi)，將紅油漆測設(shè)到已澆筑完成的柱子上，勁性梁施工過程中派專人監(jiān)測紅油漆位置變化，測設(shè)到相應(yīng)柱子上計算勁性梁鋼骨端部的位移變化，并與計算值比較，實測值均小于計算值，滿足要求。

4.2.8 拆模

先拆除側(cè)模，拆除側(cè)模時應(yīng)保證勁性梁表面及棱角不受損壞，依次拆除主背楞、次背楞、側(cè)模，側(cè)模拆除后及時對梁側(cè)對拉螺桿孔洞進(jìn)行水泥砂漿充填；后拆除底模，但必須保證同條件（拆模）試塊試壓強度等級達(dá)到100%，先卸下1個高強螺母，再將第2個高強螺母向下調(diào)節(jié)，抽出次楞，再卸下第2個高強螺母、主楞及底模。最后，割除露出梁底的U形螺桿，用水泥砂漿抹平[1-4]。

5 結(jié)語

該技術(shù)利用勁性梁鋼骨自承重的特點，采用高空懸挑搭設(shè)的吊掛模板體系，克服了大截面懸挑勁性梁懸空高度高、懸挑長度大、施工荷載超限的困難，解決了高空大截面懸挑勁性梁施工的難題。保證了施工安全及施工質(zhì)量，節(jié)約了施工成本，該施工技術(shù)對類似工程施工具有指導(dǎo)和借鑒意義。