吳小建 李鑫奎 王 瓊
1.上海建工集團工程研究總院 上海 201114;2.上海建工集團股份有限公司總承包部 上海 200080
當前,我國處于交通市政設施快速發(fā)展的階段,現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構工程比重日漸增長,建筑模板是必不可少的施工材料和重要機具。建筑模板技術涉及資源和能源的消耗、影響環(huán)境保護,對工程質量、造價和效益有直接作用[1]。據統(tǒng)計,模板工程約占鋼筋混凝土總造價的25%、勞動量的35%、工期的50%~60%,由此可見,我國模板制作及施工的勞動量占工程成本的比例很大,其費用也很高。因此,需在“資源節(jié)約,環(huán)境友好,綠色低碳”的建設理念指導下尋求結構先進、經濟合理的建筑模板綠色工程技術,以符合低碳節(jié)能減排和綠色施工技術的要求。
上海北橫通道隧道段(海寧路)施工現(xiàn)場周邊既有商業(yè)建筑,又有舊式里弄民居,環(huán)境復雜,結構邊線距離周邊建筑近,可用的施工場地較小,地下通道截面寬度8.9~11.4 m,大部分寬度為10.9 m,截面內格構柱數量及位置不斷變化,平縱曲線較為復雜,平面曲線最小半徑R=500 m、縱曲線半徑1 200 m(圖1)。
圖1 北橫通道隧道段(海寧路)示意
此外,地下通道支撐縱向最小間距為3 m,工程施工中還需要考慮移動模架拆卸后便于吊入吊出的要求(單元寬度<3 m),格構柱間距6 m,模架單元尺寸需要考慮模數(寬度2~3 m)配置(圖2)。
基于上述原因,常規(guī)滿堂腳手架已不能滿足現(xiàn)場便捷施工的要求。為確保中心城區(qū)綠色循環(huán)施工,本工程研發(fā)了裝配式鋼模體系,可實現(xiàn)模板多次循環(huán)利用、便捷施工、文明環(huán)保的要求,較好地保證工程質量與效益[2-5]。
圖2 支撐縱向間距
1)考慮模板體系對不同格構柱間距及通道曲率和高程變化的適應性,裝配式模板體系應采用標準化、單元化、工具化的設計原則,提高裝配式模板的周轉使用次數。
2)在滿足施工要求和質量的前提下,應力求結構簡單,便于安裝、拆除,以利于提高施工效率和經濟效益。
3)模板的組合,要便于劃分施工流水段,以利于加強結構的整體性。
4)模板單元的設計要確保模板堆放、組裝、拆除時的自身穩(wěn)定,以增加其周轉使用次數。
5)模板設計必須充分考慮各種荷載組合情況,防止整體和局部失穩(wěn)。
裝配式鋼模板體系(圖3、圖4)主要包含[6-8]:
圖3 裝配式鋼模板體系結構示意
1)面板:厚8 mm鋼板,高3 100 mm,寬2 500 mm。
2)圍檁:8#槽鋼,11根,間距310 mm。
3)立管:120 mm×80 mm×6 mm矩形鋼管,3根。
4)三角架體系:分別采用6#、8#、10#槽鋼。
5)下拉結鋼筋:φ25 mm,兩側10#槽鋼,承壓板厚8 mm。
6)操作平臺:50 mm×3 mm方鋼。
圖4 裝配式鋼模板體系應用效果
7)配重區(qū):支擋鋼筋φ20 mm,250 mm×200 mm×12 mm加強肋板、150 mm×150 mm×12 mm加強肋板、63 mm×5 mm角鋼,懸挑2塊總配重(0.525 t)。
8)端模:采用25 mm角鋼、厚5 mm鋼封面板、63 mm×40 mm×4 mm角鋼組合而成。
裝配式鋼模板體系的優(yōu)點主要如下:
1)體系輕小、便捷,單元尺寸3.1 m×2.5 m。
2)采用輕量化、標準化設計(側模質量約1.7 t)。
3)鋼大模與調節(jié)架固定。
4)模板縱向采用螺栓連接。
5)行走系統(tǒng)采用萬向輪,行動方便。
6)通過模架傾斜,保證行走穩(wěn)定。
7)端模封堵性能好、穩(wěn)定防漏漿、便于拆卸。
為了確保移動式模架系統(tǒng)結構受力安全、可靠,特采用有限元分析方法對裝配式模板單元體系的受力進行驗算。
根據JTG/JF 50—2011《公路橋涵施工技術規(guī)范》進行荷載組合,考慮振動荷載4 kPa,傾倒混凝土所產生的水平動力荷載2 kPa,并參照JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技術規(guī)范》得到有效壓頭高度1.44 m,模板所受水平荷載組合值從5.88 kPa線性遞增至54.62 kPa(圖5)。
圖5 混凝土澆筑水平荷載組合示意
基于彈性變形假設,采用Midas軟件對側模支撐結構體系進行建模(圖6)??紤]側模自重和混凝土澆筑產生的側向壓力荷載作用,分析側模支撐結構的應力變化與變形情況。
圖6 裝配式鋼模板單元模型
在考慮側模自重和混凝土澆筑產生的側向壓力荷載作用下,對側模面板應力變化與變形、支座反力情況進行了分析。
由鋼面板體系受力驗算結果(圖7)可知:厚8 mm鋼板側模的最大變形發(fā)生在澆筑有效高度約1.5 m處,鋼面板體系最大變形為1.305 mm,滿足變形要求;鋼面板最大拉應力為7.26 MPa;圍檁槽鋼的最大拉應力為12.48 MPa,最大壓應力為7.33 MPa,滿足應力要求。
圖7 鋼面板體系受力驗算結果
由支撐體系受力驗算結果(圖8)可知:鋼支撐體系最大的變形為1.305 mm,滿足變形要求;鋼支撐的最大拉應力為167.40 MPa,最大壓應力為72.06 MPa,滿足應力要求。
由支座反力驗算結果(圖9)可知:鋼支撐的最大支座反力出現(xiàn)在中間三角主鋼架的端角處,最大值Fxmax=82.6 kN;Fymax=0 N;Fzmax=82.1 kN;Fxyzmax=116.5 kN。
圖8 支撐體系受力驗算結果
圖9 支座反力驗算結果
本文根據上海北橫通道隧道段(海寧路)施工現(xiàn)場條件錯綜復雜、施工空間較小、平縱曲線復雜的特點,基于綠色循環(huán)施工的理念,以標準化、工具化、單元化為基本設計原則,形成了適宜于長距離地下通道側墻結構施工的裝配式鋼模板體系,有限元分析結果表明:該結構體系能夠滿足施工要求。