超厚筏板鋼筋支撐體系變形控制施工技術(shù)分析

張 杭 徐 輝 趙遂南

（中海興業(yè)（成都）發(fā)展有限公司，四川 成都 610000）

超高層建筑要求基礎(chǔ)承載力大，一般設(shè)計多為樁筏基礎(chǔ)，且筏板厚度較大。為滿足深厚筏板的受力要求，筏板鋼筋一般布置有板底受力鋼筋、板頂受力鋼筋和中間層的抗裂鋼筋[1]。中上部鋼筋布置范圍廣、層數(shù)多、自重大，為滿足中上部鋼筋層的空間位置要求，傳統(tǒng)超高層項(xiàng)目中多采用鋼筋支撐和鋼管架支撐體系來支撐中上層鋼筋[2]。但隨著基礎(chǔ)埋深和厚度逐漸加大，越來越多的項(xiàng)目采用型鋼支架支撐體系來承受越來越大的配筋量，以滿足其承載力和穩(wěn)定性要求。由于中上層鋼筋網(wǎng)片自重較大、架空高度高等特點(diǎn)，支撐體系的變形坍塌事故逐漸凸顯，引起行業(yè)關(guān)注[3-4]。因此，如何有效控制超厚筏板鋼筋支撐體系的變形成為結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中需要優(yōu)先考慮的重要因素。本文將依托中海成都天府新區(qū)超高層項(xiàng)目，對筏板鋼筋支撐體系變形控制措施展開研究，運(yùn)用有限元模型對鋼筋支撐體系內(nèi)力、位移進(jìn)行計算分析，并對支撐體系進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

1 工程概況

中海成都天府新區(qū)超高層項(xiàng)目地下室共五層，采用樁筏基礎(chǔ)，埋深31.2m，基礎(chǔ)筏板底板面積約1.14 萬㎡，筏板厚度為5.5m～7.4m，基礎(chǔ)筏板布置有板底鋼筋、抗裂鋼筋網(wǎng)片和板頂鋼筋。筏板板底通長鋼筋雙向布設(shè)，共4 層，局部布設(shè)有雙向附加鋼筋，共6 層；抗裂鋼筋網(wǎng)片雙向布設(shè)，共4 層，距板底高度依次為1.9m 和3.7m；板頂通長鋼筋雙向布設(shè)，共4層，每層鋼筋規(guī)格為Φ32mm@150mm；局部布有雙向附加鋼筋，共2層。

2 方案篩選

本項(xiàng)目筏板厚度普遍為5.5m，局部坑中坑位置可達(dá)到7.4m，筏板厚度較大。中上層鋼筋規(guī)格大、層數(shù)多、自重大且架空高，鋼筋主要規(guī)格為Φ32mm，層數(shù)多為4排，最多處達(dá)到6排。常規(guī)鋼筋支撐架不能滿足其承載力要求，且鋼筋支撐架和鋼管支撐架不易滿足其變形要求。本項(xiàng)目筏板一次施工面積較大，整體穩(wěn)定性要求較高，且在大體積混凝土澆筑時，動荷載較大。鋼筋支撐架和鋼管支撐架自身剛度低，力學(xué)性能較差，易彎曲變形。綜上所述，鋼筋支撐架因其彎曲變形較大，承載力較低不予考慮；鋼管支撐架因其自身剛度低，受動荷載影響易變形，連接扣件易松動不予考慮；型鋼支撐架承載力高、穩(wěn)定性強(qiáng)，型鋼自身剛度大，抵抗動荷載能力強(qiáng)，更易控制變形，安全性能高，能保障施工安全；而且型鋼支架體系由立柱、橫桿及斜撐現(xiàn)場焊接，有利于支撐體系局部加固靈活布置，焊接質(zhì)量直觀可控。此外，型鋼支架劃分區(qū)域流水施工，彌補(bǔ)了焊接工序造成的施工工期長的缺陷，降低成本。因此，本項(xiàng)目采用型鋼支架支撐方案。

3 型鋼支撐架設(shè)計概況及工藝流程

筏板鋼筋型鋼支撐架結(jié)構(gòu)形式為空間立體桁架，按排布置，設(shè)型鋼支撐架橫梁、立柱和斜撐，并將其有效焊接成整體，以增強(qiáng)支撐架穩(wěn)定性[5-6]。支撐架標(biāo)準(zhǔn)柱距為2.1m，局部有加密，以適應(yīng)筏板頂?shù)讟?biāo)高變化；型鋼支撐架立柱、頂層橫梁采用12#槽鋼，支撐架交叉斜撐、系桿采用L50mm×5mm角鋼。支撐架底部焊接短節(jié)12#槽鋼（400mm），槽鋼翼緣朝上坐落于底部鋼筋面層上，以分配部分立柱荷載。工藝流程為：底部鋼筋位置線→綁扎底板下部鋼筋→局部操作架→型鋼支撐架立柱（連續(xù)施工6～8榀）→頂層橫梁系桿→系桿（-31.2m（深坑處）、-29.3m、-27.5m）→斜撐→驗(yàn)收型鋼支撐架→驗(yàn)收合格后，綁扎上層鋼筋和中間鋼筋網(wǎng)片→鋼筋隱蔽驗(yàn)收→混凝土施工。

先放置100mm×100mm×100mm 的C45 混凝土墊塊，間距小于2000mm×2000mm，在立柱周圍，如鋼筋與混凝土墊塊接觸面不夠，則額外增加混凝土墊塊。再按照圖紙要求鋪設(shè)底板鋼筋、槽靴（槽靴長度為400mm，材料為12#槽鋼），通過與底板最上層鋼筋焊接固定，再在槽靴上放置立柱，確保每根立柱下面均有混凝土墊塊。立桿采用強(qiáng)度等級為Q235b的12#槽鋼，型鋼支撐架立柱需落入底板下層鋼筋上，并保證立柱豎直后，與立柱底部節(jié)槽鋼焊接（分配立柱部分豎向力），短節(jié)槽鋼翼緣必須朝上。柱網(wǎng)大部分區(qū)域按2100mm×2100mm間距布置，在坑中坑、集水坑處柱距加密，槽鋼強(qiáng)軸統(tǒng)一沿X向放置。

除底板深坑外，型鋼支架均設(shè)置3 層系桿，深坑處設(shè)置4層系桿。系桿雙向布置，與立柱進(jìn)行焊接。立柱施工過程中，必須及時穿插系桿施工。除底板兩處深坑外，其余系桿頂標(biāo)高為-29.3m、-27.5mm，深坑內(nèi)系桿頂標(biāo)高為坑底標(biāo)高1.9m。橫梁采用強(qiáng)度等級為Q235b的12#槽鋼，大部分區(qū)域以2100mm 的間距進(jìn)行布置。橫梁通長放置于立桿柱頭，縱向系桿在橫梁下方與立桿焊接，便于施工。斜撐采用強(qiáng)度等級為Q235b 的L50mm×5mm 的角鋼與立桿或橫梁進(jìn)行焊接連接。用于拉結(jié)不同榀的X向鋼架，以形成整體，抵御Y向水平荷載；減小立桿弱軸方向計算長度，增強(qiáng)穩(wěn)定性。型鋼支架體系變形和位移一直是導(dǎo)致支架體系失穩(wěn)的直接因素，對于超厚筏板基礎(chǔ)的鋼筋支撐體系，即使是產(chǎn)生輕微變形都會影響其上層鋼筋標(biāo)高，從而使筏板頂部鋼筋保護(hù)層偏大，筏板混凝土產(chǎn)生開裂，繼而產(chǎn)生地下室滲漏風(fēng)險。

4 型鋼支架安裝及各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)變形控制

為有效控制型鋼支架體系的變形，本章將介紹本工程采用的幾種有效控制變形的節(jié)點(diǎn)做法及方案。

4.1 型鋼支架體系變形控制要點(diǎn)

項(xiàng)目超厚筏板鋼筋支撐體系施工難點(diǎn)在于項(xiàng)目板底鋼筋層數(shù)多、中上層鋼筋層架空高、鋼筋規(guī)格高、自重大；筏板一次施工面積大，以及在大體積混凝土澆筑時動荷載大擾動強(qiáng)，對支撐體系的豎向承載力、強(qiáng)度、撓度和穩(wěn)定性都提出了較高要求。因此，為了對型鋼支架體系進(jìn)行有效變形控制，要在每一道工序細(xì)節(jié)進(jìn)行把控。

4.2 控制變形節(jié)點(diǎn)做法及方案優(yōu)化

為滿足底筋保護(hù)層的設(shè)計要求以及滿足由立柱傳遞的豎向壓力，需放置同標(biāo)號混凝土墊塊以保證其不被破壞，從而保證上層和下層鋼筋網(wǎng)片的保護(hù)層厚度滿足設(shè)計要求。因此，對下部混凝土墊塊及墊層進(jìn)行局部承載力驗(yàn)算：取2000mm×2000mm 的正方體模型，下部四角放置4 個100mm×100mm×100mm 的C45 混凝土墊塊，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010-2010）可知，C45 墊塊軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值為21.1MPa，墊層C25 軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值為11.9MPa，因試塊為非標(biāo)準(zhǔn)尺寸，根據(jù)《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50107-2010），取折減系數(shù)為0.95，故C45墊塊軸心抗壓強(qiáng)度取值P1=20.045MPa；最大支座反力F1=40kN；錨栓及蓋板自重F2=10kN；單個墊塊承受上部鋼筋荷載F3=(0.00617×402×2×（2000/150）×10×10)/1000=26.33kN；墊塊承受P2=（（40+10+26.33）×1000）/（100×100×0.9）=8.48MPa。

因P2＜P1、P2＜F3，故C45墊塊強(qiáng)度及C25墊層強(qiáng)度滿足現(xiàn)場使用要求。

4.3 型鋼支架柱腳加固方案

為減少豎向承壓，減少鋼筋網(wǎng)片豎向受力導(dǎo)致的Z向位移。本工程提前為立柱焊接底部短節(jié)槽鋼，傳遞和分配立柱豎向荷載，槽鋼翼緣朝上，坐落于底部鋼筋面層上，并與鋼筋焊接連接。槽靴斜對角增加兩根L50mm×5mm的角鋼放置于墊層，將槽靴和底層鋼筋加固焊接，有效分配了部分豎向荷載，增加了柱腳節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性。

4.4 增設(shè)橫桿和斜桿

本項(xiàng)目為增強(qiáng)支撐體系整體穩(wěn)定性，每間隔1.8m～1.9m設(shè)置1層系桿，共3層系桿（局部為4層）和頂部橫梁。橫梁均沿X向布置，部分區(qū)域增設(shè)Y向橫梁，以適應(yīng)板頂鋼筋排布，與立桿形成1 榀X 向平面剛架，以剛架形式抵御X向水平荷載；橫梁通長放置于立桿柱頭，縱向系桿在橫梁下方與立桿焊接，便于施工；兩層中間層系桿除了可以輔助安裝中層鋼筋網(wǎng)片防止混凝土開裂之外，還可以抵御X向水平荷載影響，防止立柱發(fā)生彎曲變形。此外，每榀桁架兩端各布置一道剪刀撐，剪刀撐斜桿與水平方向角度為45°～60°。X向間隔40m布置一道剪刀撐，Y 向間隔6～8 跨布置一道剪刀撐；剪刀撐用于拉結(jié)不同榀的X向剛架，以形成整體，抵御Y向水平荷載；周邊拉結(jié)、重點(diǎn)區(qū)域加強(qiáng)，減小立桿弱軸方向計算長度，增強(qiáng)穩(wěn)定性。橫桿、斜桿與立柱共同形成整體桁架體系，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性，減少桁架體系整體位移。

4.5 坑中坑支撐節(jié)點(diǎn)做法

在基坑內(nèi)集水坑和電梯井的位置，筏板基礎(chǔ)厚度將達(dá)到7.4m。經(jīng)過分析計算，在此區(qū)域內(nèi)每隔15m 焊接一根立柱，增加一層系桿以及在坑中坑的周邊加焊斜撐。除此之外，深坑斜面處柱腳槽靴不易加固，為滿足豎向承載力的要求，本工程在第2條柱腳加固方案的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大了立柱槽靴的尺寸，增大受力面積，分配豎向壓力，降低施工難度且有效減小豎向位移。

5 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

除了以上介紹的幾種方案和節(jié)點(diǎn)做法之外，在施工過程中按規(guī)范和方案要求保證施工質(zhì)量，對控制型鋼支架支撐體系變形和位移也至關(guān)重要。

（1）根據(jù)底板下層鋼筋位置布置型鋼支撐架立柱。型鋼支撐架立柱落入底板下層鋼筋上，并保證立柱豎直后，與立柱底部短節(jié)槽鋼焊接（分配立柱部分豎向力），短節(jié)槽鋼翼緣必須朝上。

（2）立桿、橫梁、系桿和斜撐保證對接之處有效連接。焊縫必須滿焊，翼緣宜采用雙面焊，焊縫高度不小于5mm，焊縫質(zhì)量不低于三級。

（3）因?yàn)楸竟こ袒A(chǔ)厚度較大，立柱長細(xì)比較大，因此，立柱的垂直度對其承受豎向荷載影響較大，控制好每根立柱的垂直度極為關(guān)鍵。

6 有限元模型內(nèi)力及位移分析

本工程為保證施工過程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，利用有限元模型對不同階段進(jìn)行受力和位移驗(yàn)算。根據(jù)計算分析模型進(jìn)行規(guī)范檢驗(yàn)，結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)能夠滿足承載力計算要求，應(yīng)力比最大值為0.71。采用有限元模型內(nèi)力和位移分析，型鋼支架的最大位移量為7.23mm，滿足變形要求，充分說明了型鋼支架支撐體系設(shè)計方案的可實(shí)施性和可靠性。

7 結(jié)語

本文以中海成都天府新區(qū)超高層項(xiàng)目為例，分析了超高層項(xiàng)目因其上部結(jié)構(gòu)荷載較大，導(dǎo)致超高層項(xiàng)目基礎(chǔ)埋置深、基礎(chǔ)厚度大、配筋量大，從而引出如何控制筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐體系的變形等超高層項(xiàng)目普遍問題。本文經(jīng)過對三種傳統(tǒng)方案比選，確定使用穩(wěn)定性較強(qiáng)的型鋼支架，并列舉出本工程為控制型鋼支架支撐體系變形所采取的有效優(yōu)化方案實(shí)例以及各項(xiàng)施工控制要點(diǎn)。最后，利用模型對型鋼支架支撐體系內(nèi)力、位移計算分析以及對施工過程中型鋼支架支撐體系的變形監(jiān)測。分析和監(jiān)測結(jié)果表明，采用各項(xiàng)優(yōu)化措施和各個施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控后，有效控制了支撐體系的位移和變形。