文｜深圳市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站 黃尚坤

1 工程概況

榮德時代廣場項目位于深圳市龍崗區(qū)橫崗街道138工業(yè)區(qū)，北臨旱塘村，東臨獨竹村，南臨龍崗大道，西臨（規(guī)劃）保康路，與橫崗地鐵站北側(cè)相鄰，建成后將為龍崗區(qū)地標(biāo)性建筑。榮德時代廣場塔樓最高200m，為框筒結(jié)構(gòu)，外框柱為型鋼混凝土柱，柱長、寬均為1.6m，層高最高6.5m。為確保深圳市優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量目標(biāo)，使混凝土達(dá)到清水混凝土的外觀效果，同時避開柱內(nèi)的鋼骨柱，參考類似框柱的加固形式，進(jìn)行改良，設(shè)計一種新型的加固方法。

2 傳統(tǒng)大截面柱模板加固方法的缺點

常規(guī)的框架柱模板安裝工程，采用鋼管外抱箍配合對拉螺桿穿心加固。

該加固方法工序繁瑣、消耗大量周轉(zhuǎn)材料，且澆筑成型后外觀一般。尤其對于截面積較大的框架柱，由于混凝土澆筑過程中側(cè)向壓力很大，因此鋼管外抱箍用量很大，與之配套需安裝大量扣件，工序繁瑣，影響了施工進(jìn)度。模板需要穿孔，周轉(zhuǎn)支設(shè)不同截面柱時可能會重新開孔且舊孔需要封堵。同時對拉螺桿用量較大，造成混凝土表面洞眼多需要后期拆模以后修補，影響結(jié)構(gòu)工程觀感質(zhì)量；當(dāng)加固型鋼混凝土柱時，需提前在勁鋼柱上開孔，且不一定得到設(shè)計院的許可。

3 主要施工技術(shù)及措施

3.1 工藝原理

利用雙槽鋼作為主楞，腳手架管及方通作為次楞，對拉螺栓采用高強螺桿，加固方（矩）形勁鋼結(jié)構(gòu)截面柱。柱的四角采用方鋼管作為豎向龍骨，其余位置采用腳手架管作為豎向龍骨，角部方鋼管的豎向龍骨上焊接放置槽鋼主龍骨的定位鋼筋。該定位鋼筋既起到臨時放置槽鋼的作用，同時還控制槽鋼的間距。

3.2 工藝流程

槽鋼加工、鋼墊片穿孔→支撐腿點焊→木模板支設(shè)→立豎楞→槽鋼背楞加固→柱模板校正調(diào)整→準(zhǔn)備混凝土澆筑。

圖1 柱箍加固平面圖圖

3.3 新型柱模板加固設(shè)計

1）采用18mm九夾板，散拼安裝柱模板，采用5號方通及腳手架管為豎向背楞，5號方通用于柱子四角部位，腳手架管用于中間部位。

2）采用2根10號槽鋼為橫向主龍骨，每一邊各在2根槽鋼間布置兩道φ16mm高強螺桿，每根螺桿端部穿40mm×70mm、3mm厚鋼板墊片，用同規(guī)格雙螺母進(jìn)行加固。

3）第一道橫楞距地不大于200mm，橫楞在一半柱高以下間距350mm，一半柱高以上間距450mm。

4）X向模板柱腳的5號方通上按橫楞間距焊接200mm長短鋼筋作限位支撐腿，為橫楞提供支撐及保證安裝間距。

5）為防止槽鋼變形，增加周轉(zhuǎn)次數(shù)，使用前在槽鋼內(nèi)點焊短鋼筋料頭進(jìn)行加固，間距200mm。

6）安裝時先安裝X向橫楞，再安裝Y向橫楞。

圖2 柱箍加固三維模型圖

4 大截面型鋼混凝土柱抱箍加固設(shè)計驗算

以塔樓首層核心筒1600mm×1600mm外框型鋼砼柱進(jìn)行驗算。

4.1 基本計算參數(shù)

柱模板截面高度B=1600mm，截面寬度D=1600，柱的計算高度取層高H=6500mm，柱箍間距計算跨度取d=300mm。柱箍采用雙10號 槽 鋼 100mm×48mm×5.3mm,間距L1=350mm。柱模板豎楞鋼管截面直徑48mm（實際選用50mm)，計算壁厚3mm，間距L2=267mm鋼管抗彎強度取205N/mm2，鋼管彈性模量為206000N/mm2。模板黑面優(yōu)質(zhì)木模，根據(jù)說明書資料，其板厚18mm，彈性模量5400.0N/mm2，抗彎強度15.0N/mm2，抗剪切強度1.4N/mm2；豎楞5號槽鋼50mm×4.5mm。

4.2 荷載組合

4.2.1 取值原則

強度驗算考慮傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載設(shè)計值和新澆混凝土側(cè)壓力；撓度驗算值需考慮新澆混凝土側(cè)壓力產(chǎn)生荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

4.2.2 荷載取值

新澆混凝土重力密度γc=24kN/m3，初凝時間t0=4h，外加劑影響修正系數(shù)β1=1，混凝土坍落度影響修正系數(shù)β2=1，混凝土澆筑速度V=6m/h。

4.2.3 荷載計算

1）新澆混凝土對模板的側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值Gk=min{0.22γct0β1β2V1/2，γcH}=51.733＝51.733kN/m2。

2）傾倒混凝土?xí)r對垂直面模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q1k=3kN/m2

承載能力極限狀態(tài)設(shè)計值S承＝max[1.2Gk+1.4Qk，1.35Gk+1.4×0.7Qk]＝72.780kN/m2。

4.3 雙槽鋼柱箍驗算

1）柱箍的截面力學(xué)參數(shù)為截面抵抗距W=39.7cm3；截面慣性矩柱箍截面慣性矩I=198.3cm4。

2）豎楞鋼管傳遞到單個槽鋼柱箍的集中荷載P=S承*L1*L2/2=3.400kN/m2。

3）雙槽鋼柱箍按照集中荷載作用下多跨連續(xù)梁計算，經(jīng)過計算得到最大彎矩M=4.754kN?m，最大支座反力N1=10.2kN，最大變形ν＝2.814mm＜[ν]=l/400=4.33mm。滿足要求。

4.4 對拉螺桿驗算

1）對拉螺桿所受的拉力N2=2×N1=20.4kN；對拉螺桿的有效面積A=144mm2；對拉螺桿的抗拉強度設(shè)計值f=210N/m；對拉螺桿的直徑D=16mm，有效直徑d=13.55mm。

2）M16螺栓軸向拉力設(shè)計值[N]=fA=24.5kN。

3）N＜[N]，對拉螺桿強度驗算滿足要求。

5 優(yōu)點分析

1）槽鋼規(guī)格多，可按需選用，進(jìn)場經(jīng)過簡單定尺切割，即可投入使用。

2）與傳統(tǒng)雙鋼管柱箍加固方式比較，槽鋼周轉(zhuǎn)次數(shù)多，損耗極小，可實現(xiàn)多個項目重復(fù)利用，也可用于現(xiàn)場臨時設(shè)施的搭建。

3）與單槽鋼、方鋼柱箍加固方式比較，不需要在鋼材上開洞燒眼，也不需要在開洞部位進(jìn)行補強，可加固不同尺寸的方柱、矩形柱。

4）與木方相比，以鋼管、槽鋼作為豎楞，韌性好，強度高，壓縮變形量小，降低結(jié)構(gòu)偏差。

5）取消穿柱對拉螺栓，避免模板鉆孔，降低模板損耗率，節(jié)約材料費用及后期螺桿孔修補費用。

6）避免螺栓洞口漏漿、混凝土結(jié)構(gòu)觀感質(zhì)量好。

6 缺點分析

1）前期一次性投入較大。

2）比起鋼管，槽鋼自重較大，搬運不便。

3）若未提前優(yōu)化施工組織，易造成柱箍周轉(zhuǎn)或勞動力浪費。

4）不適用于圓形柱、異形柱、變截面柱。

7 總結(jié)

應(yīng)用雙槽鋼加固大截面型鋼混凝土柱，不需要穿柱對拉，巧妙避開型鋼柱上穿螺桿孔帶來的結(jié)構(gòu)風(fēng)險及多余施工量，消除了結(jié)構(gòu)表面的螺桿孔，提高結(jié)構(gòu)觀感質(zhì)量，同時降低模板損耗，節(jié)約后期螺桿孔的處理費用，獲得了較大的社會效益與經(jīng)濟效益。