高支模區(qū)退臺式傾斜圓管柱施工技術研究

常志強

摘 要：工程4棟主樓造型設計均以不規(guī)則退臺式圓弧造型為主，設計結(jié)構(gòu)復雜，施工難度大。作為工程施工重難點之一的公共衛(wèi)生管理中心東側(cè)34.8 m大廳包含了超高大傾斜圓鋼管混凝土柱且圓管柱均由鋼筋混凝土鋼梁連接并層層縮進。為保證大廳的施工安全和質(zhì)量，對34.8 m高支模區(qū)內(nèi)退臺式傾斜圓管柱安裝施工方法進行探究，確立一種高支模區(qū)退臺式傾斜圓管柱施工安裝的新方法，既保證了現(xiàn)場的施工安全，又保證了現(xiàn)場的施工質(zhì)量。

關鍵詞：34.8 m大廳;超高大傾斜;圓管柱;施工技術

中圖分類號：TU425 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2022）02-0145-05

隨著人民生活水平的提高，建筑的需求不僅僅滿足于實用性，人們對建筑的美觀性也有著越來越高的要求。充滿藝術的建筑往往會擁有獨具特色的結(jié)構(gòu)造型，特殊造型對現(xiàn)場的施工技術也有著較高的要求。針對施工過程中的困難，現(xiàn)場要求我們要在以往的施工經(jīng)驗基礎上運用當前的技術發(fā)散思維，保證現(xiàn)場的施工安全與質(zhì)量。

1 工程概況

以中國建筑某工程局承建的某市公共衛(wèi)生管理中心項目為研究主體。該項目位于某市濱湖新區(qū)，北臨武漢路（規(guī)劃道路），南至云谷路，西依玉龍路（在建），項目規(guī)劃建設內(nèi)容有1A#公共衛(wèi)生管理中心、1B#健康中心、2A#急救調(diào)度中心、2B#公共衛(wèi)生檢測中心及地下車庫等單體，總建筑面積為72 397.43 m2。1A#樓公共衛(wèi)生管理中心作為本工程最高樓共17層，設計有1層到9層中空大廳，大廳東立面有7根混凝土圓管柱，僅1根直徑為1 500 mm直立混凝土圓管柱，其余6根均為直徑1 800 mm且傾角分別為59.688°、54.978°、60.875°、63.845°、76.389°、78.519°的傾斜混凝土圓管柱。大廳設計為層層圓弧退臺且退臺由底部最大約8 m逐漸縮小至頂部，圓管柱[1-2]外圍每層均由鋼筋混凝土鋼梁連接，高支?？锥疵娣e由1層約500 m2縮小至8層200 m2，此區(qū)域頂部結(jié)構(gòu)板厚150 mm，施工過程土建工程和鋼構(gòu)工程交叉進行。大廳6層東西兩側(cè)由最大截面600 mm×2 000 mm的梁連接。大廳結(jié)構(gòu)復雜，涉及施工專業(yè)多，施工難度大且危險系數(shù)高。1A#樓34.8 m中空大廳模擬圖如圖1所示。

2 施工難點分析

（1）34.8 m中空大廳有7根混凝土圓管柱，僅1根直徑為1 500 mm直立混凝土圓管柱，其余6根均為直徑1 800 mm且傾角分別為59.688°、54.978°、60.875°、63.845°、76.389°、78.519°的混凝土圓管柱。傾斜圓管柱每根重達3 t且傾斜角度較大導致現(xiàn)場圓管柱吊裝焊接難度大及圓管柱內(nèi)的混凝土澆筑施工也隨著圓管柱高度的增加不斷地增大，同時圓管柱隨著高度不斷地增大施工過程中可能會存在傾覆危險，施工質(zhì)量控制難度大;

（2）圓管柱層層采用鋼筋混凝土鋼梁連接且層層圓弧退臺，采用常規(guī)的內(nèi)支模架搭設時，根據(jù)內(nèi)支模架搭設規(guī)范要求，退臺部位的架體之間的立桿間距隨著高度的增加會不斷減小，增加操作難度，有的部位架體搭設甚至可能會沒有作業(yè)空間;

（3）中空大廳的高支?？锥疵娣e由1層約500 m2縮小至8層200 m2，同時退臺層層縮進導致施工工作面不斷減小。在狹小的作業(yè)范圍內(nèi)，穿插著高支模架體搭設、鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接、鋼筋綁扎及模板安裝等工程，現(xiàn)場協(xié)調(diào)難度大，安全質(zhì)量管控較為困難。

3 施工思路

針對圓管柱的吊裝、焊接及管內(nèi)混凝土澆筑，本工程計劃在保證內(nèi)支模架搭設至需要圓管柱焊接的層高，搭設簡便平臺使用塔吊吊裝圓管柱進行定位點焊加固，然后再使用塔吊吊裝定型化焊接平臺，焊接完成并驗收通過后澆筑管內(nèi)混凝土，保證了工人的施工安全及圓管柱的施工質(zhì)量。針對圓管柱可能出現(xiàn)的傾覆危險，本項目計劃在完成3段安裝后進行加固，選用普槽16a進行加固。針對34.8 m支模架搭設，按照常規(guī)施工方案是搭設34.8 m高滿堂架，但是考慮施工安全及保證工人有足夠的作業(yè)空間及施工可行性，擬在1層到7層采用滿堂落地架施工，待7層混凝土強度達到80%，開始在7層安裝貝雷梁，再在貝雷梁上安裝12#槽鋼墊腳，部分區(qū)域安裝16#工字鋼，在槽鋼上布滿鋼笆片，搭設支模架，安裝模板，澆筑鋼平臺以上混凝土時必須待底部混凝土強度達到100%，且底部支模架嚴格按照方案搭設，不得提前隨意拆除。針對退臺施工作業(yè)面積不斷減小，施工過程穿插高支模架體搭設、鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接、鋼筋綁扎及模板安裝等工序情況，本項目制定了合理的工序施工步驟，并采取分步驟專人管理的方式，保證現(xiàn)場的施工質(zhì)量與安全。

4 施工安裝順序

4.1 1～7層退臺式傾斜圓管柱安裝順序

（1）搭設一層高度的內(nèi)支模架及臨時操作平臺;（2）每層圓管柱采用1臺STC7528P（70 m）塔吊吊裝、定位及臨時焊接加固;（3）拆除臨時操作平臺，吊裝定型化操作平臺;（4）再次定位對圓管柱進行錯位調(diào)整（主要工具包括調(diào)節(jié)固定托架和千斤頂），圓管柱焊接及驗收;（5）澆筑圓管柱混凝土且控制成型面的面層距圓管柱管頂500 mm，方便后期剔鑿;（6）樓層板面鋼筋模板施工，待施工完成后澆筑梁板混凝土，強度達初凝后進行下一步圓管柱吊裝工作。計劃在完成3段安裝后選用普通普槽16a進行加固。

4.2 7～9層退臺式傾斜圓管柱安裝順序

首先在7層混凝土強度達到80%時，開始在7層安裝貝雷梁，貝雷梁的安裝布置圖如圖2所示。隨后每層圓管柱安裝順序同1～7層。

4.2.1 貝雷梁安裝思路

根據(jù)1A#樓第7層高支模區(qū)域現(xiàn)場測量的孔洞的大小，計劃設計9 m跨度貝雷梁和12 m跨度貝雷梁，貝雷梁在每跨內(nèi)均勻布置，貝雷梁高度1.5 m，貝雷梁擱置在主梁上，在主梁與貝雷梁之間設置16#雙拼工字鋼，貝雷梁位置利用200 mm高、Φ 25短鋼筋點焊固定，防止貝雷梁側(cè)滑。在貝雷梁上方采用U型螺栓固定16#槽鋼（墊腳）和20#工字鋼（適用于貝雷梁間距500 mm以上部位），邊緣高低跨采用貝雷梁墊平，以防工人施工時出現(xiàn)跌落的風險;

4.2.2 貝雷梁安裝步驟

（1）測量放線。用鋼尺、經(jīng)緯儀放出樓層軸線位置，確定貝雷梁安裝位置，用墨線彈好標記;

（2）安裝鋼板網(wǎng)。在上部支模架搭設施工前，在高支?？锥捶秶鷥?nèi)，采用鋼板網(wǎng)滿鋪，且鋼板網(wǎng)利用10#扎絲與底部貝雷梁或工字鋼固定每塊不少于4處。四周如有不能鋪設鋼板網(wǎng)的部位應采用硬防護封閉，保證工人的施工安全;

（3）貝雷梁組裝。貝雷梁安裝時根據(jù)平面位置布置圖進行布設，現(xiàn)場沖突的部位局部調(diào)整，安裝時要確保雙立桿支撐在橫梁上。貝雷梁由貝雷片、插銷、花架3部分拼裝完成。首先在空曠場地，用貝雷片拼裝貝雷梁主梁，貝雷尺寸為1 500 mm×3 000 mm，下面墊枕木，用塔吊將貝雷逐片吊起，用桁架銷子相互連接接長，雙排主梁間距450 mm。雙排主梁安裝完成后，安裝連接花架，花架為450型，間距450 mm設置。連接桁架的所有螺栓，螺帽必須擰緊，桁架銷子穿到位后必須插好保險銷。將已經(jīng)拼裝好成組的貝雷片用塔吊放置在樓層梁之上;

（4）工字鋼、槽鋼、鋼笆片、方木及模板鋪設。貝雷梁安裝就位后，鋪設20#工字鋼和16#槽鋼，鋪設位置按照布置圖進行設置，間距不大于800 mm。在工字鋼和槽鋼鋪設好后，在其上鋪設木方并布滿模板已防止后期物件掉落對人員造成傷害。在所有工序完成后，可以在槽鋼或工字鋼上部搭設內(nèi)架，根據(jù)立桿位置，在內(nèi)支模架立桿底部采用直徑25的HRB400鋼筋焊接鋼筋頭固定。

5 模擬分析

為了保證34.8 m中空大廳退臺式傾斜混凝土圓管柱的施工安全和施工質(zhì)量并驗證本工程的高支模區(qū)退臺式傾斜圓管柱施工技術的可行性，針對關鍵施工部位，即圓管柱加固、貝雷桁架受力及圓管柱安裝最后階段，本文利用MIDAS和ABAQUS有限元分析軟件對上面3個部位進行力學模擬分析。

5.1 圓管柱加固模擬分析

從最大危險因子排除角度分析，本次模擬選取最大傾角54.978°進行加固驗算，利用MIDAS有限元分析軟件進行建模計算，驗算支撐架桿件的強度和剛度，復核結(jié)果是否滿足要求。材料如表1所示。

5.1.1 邊界條件

支承角鋼上端與圓管柱焊接，下端與預埋鋼筋焊接，設置鉸接約束。錨桿與斜圓管柱節(jié)點釋放梁端約束，設置鉸接約束;

5.1.2 計算結(jié)果

根據(jù)計算可得支撐最大變形為10.804 mm，水平方向撓度為10.779 mm，豎直方向撓度為0.475 mm。按照《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》，主梁的撓度容許值為L /400=4 877/400=12.19 mm，撓度滿足規(guī)范要求。槽鋼支撐在承受荷載作用下最大組合應力為91.1 MPa，位于受壓腹桿上，小于槽鋼16a鋼的容許應力215 MPa;其他桿件應力均較小，小于材料的容許應力。柱腳錨栓在承受荷載作用下最大組合應力為256 MPa，位于斜圓柱正背面，小于D30錨栓容許應力295 MPa;滿足規(guī)范要求。根據(jù)結(jié)果可以看出圓管柱最大變形為28 mm，由此要求安裝時需要進行反面起拱28 mm左右。

5.2 貝雷桁架受力模擬分析

5.2.1 模型建立

位于7層的貝雷梁，上部荷載包括8、9層結(jié)構(gòu)荷載、支模架模板自重及施工荷載，選擇最不利工況進行計算。為了更好的模擬實際狀態(tài)，本文根據(jù)分析特點，采用大型通用有限元分析軟件ABAQUS對實際工程一品貝雷桁架進行受力性能分析。建立有限元模型如圖5所示。所有鋼材彈性模量均取2.06×105 MPa，泊松比取0.3，強化階段采用多線性隨動強化準。

5.2.2 受力分析

單品貝雷桁架應力云及Y方向位移云，如圖6所示。

由圖6可知，對單榀貝雷桁架進行正常使用狀態(tài)受力計算分析得出最大應力為跨中，達181.2 MPa，小于鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范Q345鋼抗拉、抗壓和抗彎310 MPa限值。其最大位移16.88 mm，小于鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范L /250=48 mm限值要求。其結(jié)果滿足上部荷載承載要求。

5.3 圓管柱最后施工階段模擬分析

斜圓管柱的最后階段的施工可能是圓管柱施工變形最大及危險系數(shù)最高的階段，利用MIDAS有限元分析軟件對9層圓管柱施工建模計算，分析斜圓管柱最后施工階段的整體位移、整體應力及支撐最大反力的分部情況和最大值，了解現(xiàn)場施工技術是否滿足質(zhì)量和安全的相關規(guī)范和技術要求，針對可能出現(xiàn)的不利情況，可以提前針對可能出現(xiàn)危險的部位采取相應的措施。斜圓管柱整體位移及整體應力圖，如圖7所示;斜圓管柱臨時支撐最大反力，如圖8所示。

此階段斜圓管柱在承受荷載作用下最大組合應力為47.0 N/mm2，9層型鋼梁最大應力20.5 N/mm2，遠小于其屈服強度345 N/mm2，柱最大位移為5層頂位置3.83 mm，滿足規(guī)范要求。經(jīng)復核，滿足要求。

臨時支撐7層臨時支撐最大應力73.4 N/mm2，2層頂臨時支撐最大應力為67.2 N/mm2，遠小于其屈服強度235 N/mm2;2層底部反力為68.6 kN，經(jīng)復核，滿足受力要求。

6 結(jié)語

本文以某市公共衛(wèi)生管理中心為研究主體，對高支模區(qū)退臺式傾斜圓管柱施工方法研究，通過采用定型化焊接平臺、圓管柱臨時加固措施及采用貝雷梁轉(zhuǎn)換層的方法，實現(xiàn)了高支模區(qū)退臺式傾斜圓管柱安裝，探索出一種針對高支模區(qū)退臺式傾斜圓管柱施工安裝的新方法，既保證了現(xiàn)場的施工安全，又保證了現(xiàn)場的施工質(zhì)量。本施工方法在合肥市公共衛(wèi)生管理中心的成功應用，為其他類似建筑結(jié)構(gòu)傾斜圓管柱的安裝提供了良好的借鑒。

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