超厚筏板基礎(chǔ)鋼筋型鋼支架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

呂遠(yuǎn)

摘 要：以安蚌埠錦繡香堤1-2#地塊1#辦公樓超高層項(xiàng)目為例，針對(duì)工程底板超厚、鋼筋用量大層數(shù)多的特點(diǎn)，將常規(guī)現(xiàn)場焊接鋼筋作為馬凳改為用型鋼支架作為中間、頂層鋼筋支撐， 通過精確的計(jì)算、設(shè)計(jì)、施工，降低了成本，有效的提高了筏板鋼筋綁扎過程、砼澆筑過程中的安全、質(zhì)量與進(jìn)度。

關(guān)鍵詞：超高層；超厚筏板；型鋼支架；馬凳；施工工藝；質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1 引言

現(xiàn)代建筑中經(jīng)常會(huì)存在一些厚度較大的筏板基礎(chǔ)或其他鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)隨著其厚度的增加，其鋼筋施工階段、混凝土施工階段整體支撐體系穩(wěn)定性也會(huì)隨之降低，給整體安全施工造成了不小的難度。

2 工程概況

蚌埠錦繡香堤1-2#地塊1#辦公樓工程地下四層地上四十一層，建筑總高186m，地處蚌埠市東海大道與朝陽路交叉口西南角，蚌埠市的新地標(biāo)。該工程主樓部分的筏板厚度為2600mm，局部在基礎(chǔ)厚度變化的交接部位達(dá)到7100mm厚，裙樓和非主樓地下室部分底板厚600mm，其上部、下部均為雙層雙向Φ25@150的鋼筋網(wǎng)片，筏板厚1/2處設(shè)置雙向Φ12@200雙向鋼筋網(wǎng)片。

3 型鋼支架方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

3.1 型鋼支架方案設(shè)計(jì)

考慮鋼筋自身荷載及施工活荷載，其均布荷載達(dá)到8.7kN/m，如采用傳統(tǒng)的鋼筋馬鐙支撐體系，因上部荷載較大其失穩(wěn)可能性極大，且成本高。經(jīng)多方案研究比較，決定整體采用型鋼支架支撐體系，可有效解決整體支撐體系穩(wěn)定性的問題。

立柱采用[8槽鋼，局部厚板處采用[10槽鋼，間距1.8m×1.8m布置。立柱底部墊置150的[8槽鋼。頂部水平梁選用[6.3槽鋼，每1.8m設(shè)置（結(jié)合支撐立柱位置），中間鋼筋網(wǎng)片支撐南北方向選用L50×50×5角鋼和東西方向選用Φ18鋼筋，立柱之間設(shè)L30×30×3角鋼掃地桿。梁與立柱電焊固定。厚度0.6處立柱采用Φ25幾字鋼筋，間距1.5m×1.5m，槽鋼、鋼板的材質(zhì)均為Q235鋼。焊接采用E43系列型焊條。

3.2 型鋼支架穩(wěn)定性驗(yàn)算

型鋼支架所承受的荷載包括上層鋼筋的自重、施工人員及施工設(shè)備荷載。

上層鋼筋的自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 1.980kN/m；

施工設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 1.800kN/m；

施工人員荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.700kN/m；

橫梁采用[6.3槽鋼；

橫梁的截面抵抗矩 W=16.123cm3；

橫梁鋼材的彈性模量 E=2.05×105N/mm2；

橫梁的截面慣性矩 I=50.786cm4；

立柱采用[8槽鋼；

立柱的高度 h=2.33m；

立柱的間距 l=1.8m；

鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f=215N/mm2；

立柱的截面抵抗矩 W=25.3cm3；

支架橫梁按照三跨連續(xù)梁進(jìn)行強(qiáng)度和撓度計(jì)算，支架橫梁在小橫桿的上面。

按照支架橫梁上面的腳手板和活荷載作為均布荷載計(jì)算支架橫梁的最大彎矩和變形。

（1）均布荷載值計(jì)算。

靜荷載的計(jì)算值 q1=1.2×1.980=2.376kN/m；

活荷載的計(jì)算值 q2=1.4×2.700+1.4×1.800=6.300kN/m；

支架橫梁計(jì)算荷載組合簡圖（跨中最大彎矩和跨中最大撓度）

支架橫梁計(jì)算荷載組合簡圖（支座最大彎矩）

（2）強(qiáng)度計(jì)算。

最大彎矩考慮為三跨連續(xù)梁均布荷載作用下的彎矩

跨中最大彎矩計(jì)算公式如下：

[M1max]=0.08q1l2+0.10q2l2

跨中最大彎矩為：

M1=（0.08×2.376+0.10×6.300）×1.802=2.657kN·m

支座最大彎矩計(jì)算公式如下：

[M2max]=-0.10q1l2-0.117q2l2

支座最大彎矩為：

M2=-（0.10×2.376+0.117×6.300）×1.802=-3.158kN·m

我們選擇支座彎矩和跨中彎矩的最大值進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：

σ=3.158×106/16123.0=195.871N/mm2

支架橫梁的計(jì)算強(qiáng)度小于215N/mm2，滿足要求。

（3）撓度計(jì)算。

最大撓度考慮為三跨連續(xù)梁均布荷載作用下的撓度。

計(jì)算公式如下：

[Vmax]=0.677[q1l4100EI]+0.990[q2l4100EI]

靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值q1=1.980+1.800=3.780kN/m；

活荷載標(biāo)準(zhǔn)值q2=2.700kN/m；

三跨連續(xù)梁均布荷載作用下的最大撓度。

V=（0.677×3.780+0.990×2.700）×1800.04/（100×2.05×105×507860.0）=5.276mm

支架橫梁的最大撓度小于1800.0/150與10mm，滿足要求。

（4）支架立柱的計(jì)算。

支架立柱的截面積A=10.24cm2；

截面回轉(zhuǎn)半徑i=3.150cm；

立柱的截面抵抗矩W=25.3cm3。

支架立柱作為軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，計(jì)算長度按上下層鋼筋間距確定：

σ=[NφA]+[MwW][≤][f]

式中：

σ──立柱的壓應(yīng)力；

N──軸向壓力設(shè)計(jì)值；

φ──軸心受壓桿件穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)立桿的長細(xì)比λ=h/i，經(jīng)過查表得到，φ=0.76；

A──立桿的截面面積，A=10.24cm2；

[f]──立桿的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，[f]=215N/mm2；

Mw──立桿的受的最大彎矩值，Mw=3.16kN·m2；

采用第二步的荷載組合計(jì)算方法，可得到支架立柱對(duì)支架橫梁的最大支座反力為：

[Nmax]=1.1q1l+1.2q2l

經(jīng)計(jì)算得到 N=18.31kN， σ=148.354N/mm2；

立桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算 σ<=[f]，滿足要求！鋼筋支架計(jì)算滿足要求。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝原理

在基坑完成墊層工序后，在其上布置型鋼支架立柱點(diǎn)位，并在此點(diǎn)位處放置達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30混凝土立方體方塊作為墊塊，在墊塊上放置型鋼立桿，并按設(shè)計(jì)1800×1800mm的間距進(jìn)行擺放，在立柱其底部設(shè)置拉梁，梁與立柱焊接固定，立桿中部設(shè)置拉梁且作為中層鋼筋網(wǎng)片支撐點(diǎn)，鋼筋網(wǎng)片同時(shí)對(duì)整體支撐有一定的拉結(jié)作用；在立柱下部設(shè)置斜支撐，頂端設(shè)置型鋼拉梁，拉梁不僅作為穩(wěn)固構(gòu)件也作為上部鋼筋網(wǎng)片的支撐點(diǎn)。

4.2 施工工藝流程

4.3 操作要點(diǎn)

4.3.1 施工準(zhǔn)備

①認(rèn)真熟悉圖紙，編制施工方案，運(yùn)用PKPM軟件對(duì)方案進(jìn)行安全驗(yàn)算，且方案已審批；

②對(duì)局部厚度較大區(qū)域立柱及拉梁結(jié)合現(xiàn)場做深化處理；

③運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行建模分析；

④施工平面控制網(wǎng)已建立，并已復(fù)核。并彈出軸線、標(biāo)高控制線；

⑤對(duì)管理人員和施工人員做好技術(shù)交底；

⑥立柱（8#、10#槽鋼）及拉梁（30×30×3角鋼、50×50×5角鋼、6.3#槽鋼、鋼筋現(xiàn)場取材）原材料按計(jì)劃進(jìn)場；

⑦立柱、拉梁制作及編號(hào)；

⑧施工機(jī)械準(zhǔn)備就位。

4.3.2 測量放線

①根據(jù)方案設(shè)計(jì)1800×1800mm間距設(shè)置軸線、水平線，確保準(zhǔn)確。

②根據(jù)方案設(shè)計(jì)對(duì)每根立桿進(jìn)行定位，并復(fù)測每個(gè)點(diǎn)位標(biāo)高；

③用全站儀對(duì)每個(gè)軸線、水平線、點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)測。

4.3.3 立柱及拉梁制作

經(jīng)復(fù)測立柱每個(gè)點(diǎn)位標(biāo)高并記錄，經(jīng)過計(jì)算進(jìn)行立柱制作并編號(hào)，拉梁按方案設(shè)計(jì)進(jìn)行選材制作。

4.3.4 立柱的放置及加固

①立柱下放置強(qiáng)度≥C40混凝土墊塊；

②混凝土墊塊上放置鋼墊板（10cm長8#槽鋼）；

③槽鋼立柱放置并與鋼墊板焊接；

④立柱角鋼斜撐支設(shè)；

⑤立柱垂直度校正；

⑥按方案要求對(duì)局部厚度較大部位立柱進(jìn)行二次加固處理；

⑦對(duì)每個(gè)立柱角鋼斜撐進(jìn)行滿焊并進(jìn)行焊縫檢查。

4.3.5 下部拉梁安裝

下部拉梁緊隨立柱及斜撐安裝后安裝，保證連續(xù)作業(yè)，并對(duì)每處焊縫進(jìn)行檢查。

4.3.6 中部拉梁安裝

①按方案設(shè)計(jì)1.3m中部拉梁進(jìn)行標(biāo)高控制線設(shè)置；

②按要求設(shè)置中部拉梁；

③對(duì)中部拉梁進(jìn)行標(biāo)高復(fù)測，對(duì)不符合要求的進(jìn)行整改；

④對(duì)每處拉梁及立柱連接處進(jìn)行滿焊、并進(jìn)行焊縫檢測，對(duì)不合格的焊縫進(jìn)行返工，整改完成后方可進(jìn)行中部鋼筋網(wǎng)片施工。

4.3.7 上部拉梁安裝

中部鋼筋網(wǎng)片綁扎出一部分作業(yè)面后進(jìn)行上部拉梁施工，施工中對(duì)上部拉梁頂面標(biāo)高進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，對(duì)不合格點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)處理，并檢查每處焊縫合格后方可進(jìn)行上部鋼筋網(wǎng)片施工。

5 質(zhì)量控制

5.1 工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

5.2 質(zhì)量保證措施

（1）立柱放置前必須嚴(yán)格按照規(guī)劃圖進(jìn)行測量放線確定點(diǎn)位，擺放好混凝土墊塊綁扎好鋼筋網(wǎng)片后復(fù)測是否存在偏位。

（2）立柱點(diǎn)位確定后應(yīng)對(duì)每個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行標(biāo)高測量記錄，計(jì)算每根立柱長度后方可對(duì)立柱進(jìn)行編號(hào)加工以確保上部鋼筋保護(hù)層厚度達(dá)到要求。

（3）立柱擺放完成后其橫縱方向均應(yīng)在同一中線上（帶線施工）。

（4）下部、中部、上部拉梁均應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行焊接，使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行控制。

（5）立柱斜撐嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)角度進(jìn)行焊接。

（6）所有焊縫均應(yīng)嚴(yán)格按照《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ81）中給出的缺陷分類及檢測方法進(jìn)行檢查。

（7）應(yīng)對(duì)每根立柱進(jìn)行檢查嚴(yán)禁出現(xiàn)變形、傾斜等問題，若存在此類問題應(yīng)及時(shí)反饋并進(jìn)行調(diào)整或更換。

參考文獻(xiàn)：

[1] 建筑施工手冊（第四版）.

[2] 鋼結(jié)構(gòu)-原理與設(shè)計(jì).

[3] GB 50009-2012.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[4] GB 50300-2001.建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] GB 50026-93.工程測量規(guī)范[S].

[6] JGJ 33-2001.建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程[S].

[7] 鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)（第2版）.