大跨度懸吊結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

宋吉鋒 潘田飛 王 超 莊云棟 劉國(guó)富

(山東省建設(shè)建工(集團(tuán))有限責(zé)任公司 山東濟(jì)南 250000)

0 引言

現(xiàn)代建筑為滿足人們對(duì)空間、功能、美學(xué)的要求，各類獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層出不窮，如大跨度懸吊結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)頂部作受力點(diǎn)，通過斜、吊柱等構(gòu)件吊掛外挑空結(jié)構(gòu)局部，施工階段受力情況與使用階段完全不同，而且其臨時(shí)支撐體系不但需承受底層到頂層的全部結(jié)構(gòu)自重荷載及施工荷載，而且搭設(shè)范圍小，架體的高寬比大，承載力、抗傾覆能力較難滿足，搭設(shè)難度較大。為此，文章結(jié)合工程實(shí)例，闡述了大跨度懸吊結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系的設(shè)計(jì)與應(yīng)用過程，為工程運(yùn)用提供參考。

1 工程概況

濟(jì)南高新區(qū)文化中心建設(shè)項(xiàng)目位于濟(jì)南高新區(qū)大漢峪片區(qū)C-1地塊，主樓高度31.9 m，建筑面積45 354.36 m2，地下2層，地上8層，地上由文化活動(dòng)中心、檔案館、文化劇場(chǎng)三部分組成，如圖1所示。該工程17軸以東為懸挑(最大懸挑長(zhǎng)度8 m)及斜吊柱構(gòu)件，需待8層頂斜柱、吊柱閉合且混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后才能進(jìn)行受力轉(zhuǎn)換，拆除臨時(shí)支撐架體。故此，部位臨時(shí)支撐架體需承受二層以上所有的結(jié)構(gòu)自重荷載及施工荷載，局部搭設(shè)高度超限及荷載超限，且臨時(shí)支撐架體下部為基坑回填土，其承載力滿足不了負(fù)荷要求。針對(duì)以上問題，設(shè)計(jì)出一套臨時(shí)支撐體系，以保障結(jié)構(gòu)安全可施工。

圖1 工程效果圖

2 方案比選

為完成該懸吊結(jié)構(gòu)的施工,共提出3種臨時(shí)支撐搭設(shè)方案。第一種方案為在1 層搭設(shè)貝雷梁平臺(tái),一端以一層結(jié)構(gòu)為支撐點(diǎn),另一端橫跨基坑開挖面以臨時(shí)路面為支撐點(diǎn),然后在貝雷梁平臺(tái)上搭設(shè)滿堂鋼管腳手架。第二種方案為懸吊結(jié)構(gòu)下方范圍內(nèi)的基坑采用混凝土回填,在混凝土上部搭設(shè)滿堂腳手架。第三種方案為在懸吊結(jié)構(gòu)下方范圍內(nèi)的基坑采用灰土回填,回填完畢后，采用鋼管樁復(fù)合鋼筋混凝土底板作為支撐體系搭設(shè)基礎(chǔ)。經(jīng)研究分析,第一種方案造價(jià)最高，且當(dāng)基坑邊臨時(shí)路面作為貝雷梁平臺(tái)的支撐點(diǎn)時(shí)，會(huì)對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)造成影響,存在安全隱患。第二種方案回填混凝土不但造價(jià)高，而且相鄰地下室外墻側(cè)向承載力不滿足要求,需要加固,所以最終選擇第三種方案進(jìn)行施工[1]發(fā)，如圖2所示。

圖2 懸吊結(jié)構(gòu)剖面圖

3 支撐體系設(shè)計(jì)

3.1 架體基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在架體搭設(shè)所需面積的基礎(chǔ)上，外擴(kuò)1 m為2∶8灰土的回填范圍，回填土以上設(shè)置400 mm厚鋼筋混凝土底板，西側(cè)以框架柱為支座植筋錨固，東側(cè)延伸出外架1 m，底板頂標(biāo)高約為-0.5 m，板底設(shè)置31根微型鋼管樁(圖3)，入巖1 m，每根長(zhǎng)度約12 m，基礎(chǔ)剖面圖如圖4所示。

圖3 微型樁平面布置圖

圖4 基礎(chǔ)剖面圖

3.2 架體設(shè)計(jì)

懸挑區(qū)域按高大模板架體搭設(shè), 立桿間距500 mm,懸挑區(qū)域內(nèi)側(cè)保留一跨架體,每層按普通支模架體搭設(shè),立桿間距1000 mm,架體水平桿及剪刀撐同時(shí)設(shè)置,整體連同,且架體全部保留至頂層結(jié)構(gòu)。施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除,以保證架體的整體穩(wěn)定性[2],支撐體系如圖5所示。

圖5 支撐體系剖面圖

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 支撐架體基礎(chǔ)施工

4.1.1 灰土回填

(1)按圖紙及規(guī)范要求，先進(jìn)行地下室外圍2∶8灰土回填，回填范圍為混凝土底板范圍。灰土回填范圍分層回填、壓實(shí)，保證壓實(shí)系數(shù)。

(2)回填完成后上口整平、壓實(shí)，平整度誤差小于20 mm，并設(shè)置0.3%的排水坡度。

4.1.2 微型鋼管樁施工

鋼管樁順梁方向均布，間距800，鋼管樁采用159×6 mm鋼管，P.042.5普通硅酸鹽水泥注漿，成孔直徑200 mm，采用套管跟進(jìn)成孔[3]。

4.1.3 基礎(chǔ)鋼筋綁扎

(1)回填完成后先進(jìn)行基礎(chǔ)地梁鋼筋綁扎，西側(cè)與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)外墻植筋錨固，植筋長(zhǎng)度不小于10 d，選用A級(jí)植筋膠。東側(cè)以原狀路面為支座，由基坑開挖邊線向東延伸2000 mm。

(2)鋼筋綁扎要求同結(jié)構(gòu)施工要求，按主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收程序進(jìn)行。

(3)基礎(chǔ)梁鋼筋綁扎完成后進(jìn)行底板鋼筋綁扎。鋼筋采用直徑14 mm的熱軋帶肋三級(jí)鋼，間距200 mm，雙層雙向布置，東西方向短跨鋼筋在外側(cè)靠近混凝土保護(hù)層，西側(cè)與外墻植筋錨固，植筋長(zhǎng)度不小于250 mm。東側(cè)以原狀路面為支座，由基坑開挖邊線向東延伸2000 mm。

4.1.4 基礎(chǔ)混凝土澆筑

鋼筋綁扎完成后，按正常程序組織工序交接驗(yàn)收。驗(yàn)收通過后，組織混凝土澆筑，采用C35混凝土人工溜槽澆筑，一次澆筑成活并收面養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7d。

4.2 支撐架體施工

(1)支撐架采用Φ48.3×3.6 mm鋼管，支撐立桿的間距:根據(jù)柱網(wǎng)大小，懸挑區(qū)域滿堂腳手架立桿間距為500 mm×500 mm。懸挑區(qū)內(nèi)側(cè)非懸挑區(qū)域保留一整垮架體不拆除，與外側(cè)架體連接，形成整體滿堂腳手架，立桿間距1000 mm×1000 mm。

(2)鋼管扣件式腳手架橫桿的步距：底層縱、橫向水平桿為掃地桿，距地高度為200 mm，以上縱、橫水平桿步距1500 mm。首層立桿底部設(shè)置8#通長(zhǎng)槽鋼底座并通長(zhǎng)滿鋪腳手板，以上樓層通長(zhǎng)設(shè)置8#槽鋼底座，插入立桿頂部可調(diào)頂托螺桿插入鋼管的長(zhǎng)度不應(yīng)小于150 mm，外伸長(zhǎng)度不宜大于200 mm。

(3)模板支撐架在四面及中間縱、橫向由底至頂連續(xù)設(shè)置豎向剪刀撐，其間距每4～5排設(shè)置一道。剪刀撐的斜桿與地面夾角45°～60°，斜桿應(yīng)每步與立桿扣接。在掃地桿層及豎向剪刀撐頂部交點(diǎn)平面設(shè)置水平剪刀撐，且間距不大于4.5 m。

(4)龍骨間距：主龍骨為φ48.3×3.6雙鋼管，次龍骨為50 mm×70 mm木方@200。

(5)梁底立桿設(shè)置：一至五層主梁及梁寬≥400 mm的梁下設(shè)置兩道立桿，且立桿間距為兩側(cè)立桿間距的1/2，梁寬<400 mm的梁設(shè)置一道梁底立桿。立桿間距為兩側(cè)立桿間距的1/2，五層以上主梁及梁寬≥400 mm的梁下設(shè)置兩道立桿，且立桿間距同兩側(cè)立桿間距，梁寬<400 mm的梁設(shè)置一道梁底立桿，立桿間距同兩側(cè)立桿間距。

(6)剪刀撐設(shè)置：按每層架體搭設(shè)要求，設(shè)置連續(xù)水平剪刀撐及豎向剪刀撐，豎向剪刀撐每5 m～6 m設(shè)置，每層掃地桿設(shè)置連續(xù)水平剪刀撐，延伸至架體最外側(cè)，架體最外側(cè)立桿必須設(shè)置連續(xù)豎向剪刀撐。

4.3 支撐架體的拆除

在頂層混凝土澆筑完成強(qiáng)度達(dá)到100%后，方可拆除模板。模板及架體拆除順序由頂層逐層向下拆除。

5 監(jiān)控措施

5.1 監(jiān)測(cè)要求

為了確保高支模施工質(zhì)量，監(jiān)控梁板的撓度變化是必要的。 通過支撐的監(jiān)控，建立預(yù)警機(jī)制，確保第一時(shí)間采取相應(yīng)措施。架體監(jiān)測(cè)分為日常監(jiān)測(cè)與砼澆筑時(shí)的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，在架體上設(shè)置控制點(diǎn)，日常監(jiān)測(cè)采用卷尺測(cè)量，砼澆筑時(shí)，利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀在外圍進(jìn)行測(cè)量。

5.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備(表1)

表1 監(jiān)測(cè)設(shè)備明細(xì)表

5.3 監(jiān)測(cè)頻率

在澆筑混凝土過程中，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一般監(jiān)測(cè)頻率不宜超過20 min～30 min一次。在混凝土實(shí)凝前后及混凝土終凝前至混凝土7 d齡期，應(yīng)實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，終凝后的監(jiān)測(cè)頻率為每天一次。

5.4 監(jiān)測(cè)方法

所有懸挑結(jié)構(gòu)梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，布置于懸挑端部及中部梁底立桿各設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，板每跨中設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示。在主梁上掛吊錘，吊錘兩邊最近立桿設(shè)置水平標(biāo)高控制點(diǎn)，并拉通線與吊錘形成交叉點(diǎn)做標(biāo)識(shí)，控制線標(biāo)高與吊錘等高，通線上標(biāo)識(shí)刻度。在基準(zhǔn)點(diǎn)上立標(biāo)尺作為后視尺，固定在觀測(cè)點(diǎn)上的鋼尺作為前視尺。用水準(zhǔn)儀分別對(duì)后視尺和前視尺進(jìn)行讀數(shù)，同一個(gè)點(diǎn)相鄰兩期的后尺讀數(shù)之差減去前尺讀數(shù)之差，即得觀測(cè)點(diǎn)的沉降量。支撐架體頂部沉降及水平位移最大允許量≤5 mm，超過預(yù)警值時(shí)應(yīng)立即停止施工。

圖6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

5.5 監(jiān)測(cè)報(bào)警

當(dāng)出現(xiàn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)值變化量較大或速率加快時(shí)，進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，縮短監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔。如發(fā)現(xiàn)有較大變形及時(shí)報(bào)警，立即通知現(xiàn)場(chǎng)停止一切施工作業(yè)，撤離人員，并采取相應(yīng)的加固措施。監(jiān)測(cè)報(bào)警值：水平：5 mm；豎向：5 mm。

6 結(jié)語

(1)采用微型鋼管樁復(fù)合鋼筋混凝土板作為大跨度懸吊結(jié)構(gòu)支撐架體的基礎(chǔ),既能滿足承載力要求,還能作為后期室外工程基礎(chǔ)。

(2)基礎(chǔ)上部為高支模并與非懸挑區(qū)域架體相連,直到頂部斜柱、吊柱構(gòu)件閉合,且混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，方可拆除。

(3)所采用的方案為多種傳統(tǒng)工藝的有效結(jié)合,既能降低施工安全風(fēng)險(xiǎn),又能節(jié)省施工成本,且不影響工期。