吳 智，何昌杰，呂基平，陳方杰，李 璐

(1.中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004; 2.中國(guó)建筑第五工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

1 工程概況

長(zhǎng)沙湘江歡樂(lè)城冰雪世界項(xiàng)目為一個(gè)依托百米深礦坑建造的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。其主體結(jié)構(gòu)包括3部分：立于坑底的大截面鋼筋混凝土柱及剪力墻豎向支撐；中部主功能區(qū)的16.000m標(biāo)高平臺(tái)(離坑底最深處達(dá)60m，采用大截面鋼筋混凝土箱形梁及工字梁)；平臺(tái)上部由鋼柱及空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形成鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，其上為水樂(lè)園。本文重點(diǎn)介紹空間網(wǎng)格屋蓋鋼筋桁架樓承板的施工技術(shù)。

屋蓋由南北徑向主桁架、東西向次桁架相互貫通形成網(wǎng)格體系，環(huán)桁架收邊，共3部分(見(jiàn)圖1)。其中主桁架采用組合桁架體系，貫穿屋蓋結(jié)構(gòu)；次桁架采用單片桁架體系；環(huán)桁架為三角桁架體系，環(huán)抱屋蓋結(jié)構(gòu)。主桁架和次桁架主要由箱形截面組成，環(huán)桁架由圓管截面和箱形截面組成。

圖1 屋蓋空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)整體三維示意

本工程屋蓋平臺(tái)與16.000m標(biāo)高平臺(tái)高差為35m，屋蓋平臺(tái)面積約29 000m2，板厚250mm,次梁間距5 800～ 6 000mm。采用目前國(guó)內(nèi)最大跨TD9-220型鋼筋桁架樓承板，板寬為600mm(見(jiàn)圖2)，每延米質(zhì)量為20kg/m2，經(jīng)計(jì)算，單跨樓承板最大無(wú)支撐凈跨為 5 200mm，無(wú)法滿足現(xiàn)有樓承板自承跨度施工要求；若按多跨連續(xù)板設(shè)置能滿足本工程跨度需求，但按單塊多跨樓承板設(shè)置其質(zhì)量過(guò)大無(wú)法搬運(yùn)，且樓承板過(guò)長(zhǎng)易在加工及運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大變形，損傷樓承板，因此若以單塊單跨樓承板進(jìn)行鋪設(shè)，無(wú)論是從樓承板本身保護(hù)還是從工人操作便捷性方面考慮都是合理選擇。但單跨樓承板凈跨大于 5 200mm，在澆筑混凝土?xí)r需對(duì)樓承板設(shè)置臨時(shí)支撐或采取加強(qiáng)措施保證其跨中撓度滿足施工要求。為此對(duì)于鋼筋桁架樓承板跨度超出其常規(guī)最大承載跨度的問(wèn)題，通過(guò)多種鋼筋桁架樓承板加固施工方案比選，確定采用施工簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的超高大跨非標(biāo)鋼筋桁架樓承板施工技術(shù)。

圖2 鋼筋桁架模板大樣

2 鋼筋桁架樓承板加固施工方案對(duì)比

2.1 樓承板跨中搭支撐架形式

當(dāng)施工區(qū)域內(nèi)簡(jiǎn)支跨度大于其最大承載跨度時(shí)，可通過(guò)在跨中設(shè)置腳手架支撐來(lái)減小其跨距(見(jiàn)圖3)。具體施工流程為：材料轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)→彈線、定位→擺放掃地桿和立桿并扣緊→安裝橫桿并扣緊→設(shè)置斜撐桿→重復(fù)上述步驟安裝2層及以上腳手架→安裝頂托、支撐樓承板→綁扎防護(hù)及布置擋腳板。

圖3 滿堂架支撐示意

本方案優(yōu)點(diǎn)為：腳手架搭設(shè)工藝簡(jiǎn)單，不需要?jiǎng)踊饎?dòng)焊；有利于樓層下部支架、管道、線路安裝及涂料施工。但冰雪世界項(xiàng)目屋蓋平臺(tái)距離下部16.000m標(biāo)高平臺(tái)高度為35m，腳手架搭設(shè)區(qū)域面積29 000m2。 其缺點(diǎn)在于：腳手架支撐體系措施量大，搭設(shè)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，不利于保證樓板的施工進(jìn)度；搭設(shè)腳手架支撐占用大量空間，會(huì)影響屋蓋桁架鋼結(jié)構(gòu)在平臺(tái)上的拼裝，且預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生900萬(wàn)元以上的措施費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)性較差。

2.2 鋼梁兩側(cè)三角架支撐形式

依據(jù)樓承板設(shè)計(jì)跨度不超過(guò)5.2m的原則，通過(guò)在次梁兩側(cè)設(shè)置三角架支撐來(lái)減小大跨距樓承板的實(shí)際受力跨距(見(jiàn)圖4)，從而使得施工滿足要求。

圖4 三角架支撐示意

1)支撐構(gòu)件采用∟70×5，主要包括加強(qiáng)角鋼、懸挑角鋼、斜撐角鋼、水平連接角鋼。

2)加強(qiáng)角鋼的內(nèi)角貼合焊接于鋼桁架(或鋼梁)上，懸挑角鋼焊接于加強(qiáng)角鋼上，斜撐角鋼與懸挑角鋼外伸端焊接，并呈45°向下支承于鋼桁架(或鋼梁)上。

3)相鄰三角架間距為600mm，懸挑端采用水平連接角鋼，不僅增加承載力，而且加強(qiáng)三角架之間的整體性。

具體施工流程為：材料轉(zhuǎn)運(yùn)至屋蓋平臺(tái)→焊接加強(qiáng)角鋼→焊接懸挑角鋼→焊接斜撐角鋼→焊接水平連接角鋼→鋪筑樓承板。

三角架支撐的優(yōu)點(diǎn)在于：承載力大，能滿足較大的荷載需求；總體成本較低，施工可操作性強(qiáng)。但其缺點(diǎn)在于：安裝及焊接等高空作業(yè)較多，存在較大風(fēng)險(xiǎn)，需加強(qiáng)安全措施；在主體結(jié)構(gòu)上施焊，需征求設(shè)計(jì)單位的同意；角鋼數(shù)量及焊接數(shù)量多，施工速度慢，不利于本工程施工進(jìn)度的開(kāi)展。本方案預(yù)計(jì)產(chǎn)生750萬(wàn)元以上的措施費(fèi)用，成本較大。

2.3 梁面立柱拉結(jié)加固形式

立柱拉結(jié)加固的主要措施如下：

1)采用高度為2m的I16立柱，將其單排豎立焊接在鋼桁架(或鋼梁)中部，縱向間距600mm。

2)采用長(zhǎng)約2.4m的φ16鋼絲繩拉結(jié)樓承板上的鋼筋，與鋼筋連接端采用掛鉤和M16-00型花籃螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)，掛鉤在澆筑時(shí)直接埋入混凝土中，外露部分后期切割。

3)每個(gè)立柱兩側(cè)各布置3根鋼絲繩，拉桿端頭的掛鉤間距為200mm。

4)為加強(qiáng)立柱的穩(wěn)定性，在立柱高1m處采用∟50×3設(shè)置橫向連系(見(jiàn)圖5)。

圖5 立柱拉結(jié)加固示意

主要施工流程為：材料轉(zhuǎn)運(yùn)至屋蓋平臺(tái)→彈線、定位→豎立鋼柱并焊接底部→焊接鋼柱頂部連接鋼板→穿掛鋼絲繩→穿掛花籃螺栓和掛鉤→掛鉤與樓承板鋼筋連接→調(diào)節(jié)花籃螺栓控制樓承板高度。

本方案通過(guò)鋼絲繩將樓承板跨中部分荷載轉(zhuǎn)移至立柱上，直接由鋼桁架(或鋼梁)來(lái)承擔(dān)，有效減少了施工時(shí)樓承板跨中的位移。但鋼絲繩及掛鉤等在平面上布置多，可能對(duì)混凝土的澆筑及振搗產(chǎn)生一定影響；并且掛鉤與樓承板鋼筋拉結(jié)，在混凝土落差較大或堆載過(guò)高時(shí)，可能會(huì)將鋼筋與鋼板的焊接點(diǎn)拉開(kāi)，導(dǎo)致鋼板脫落。通過(guò)計(jì)算，本方案預(yù)計(jì)產(chǎn)生700萬(wàn)元以上的措施費(fèi)用，成本較高。

2.4 樓承板簡(jiǎn)支跨轉(zhuǎn)為連續(xù)跨加固形式

通過(guò)將鋼筋桁架樓承板設(shè)計(jì)為連續(xù)跨布設(shè)，在其支座處產(chǎn)生負(fù)彎矩，從而減小跨中的彎矩與撓度。但考慮到樓承板由人工鋪設(shè)，直接布置多跨樓承板質(zhì)量過(guò)大無(wú)法施工，因此僅能以單跨樓承板進(jìn)行鋪設(shè)，再通過(guò)短鋼筋與桁架樓承板上下弦鋼筋焊接將簡(jiǎn)支跨轉(zhuǎn)為連續(xù)跨，從而解決樓承板跨中撓度大、容易下?lián)鲜Х€(wěn)的難題。在支座處增加附加鋼筋解決支座負(fù)彎矩帶來(lái)的板面開(kāi)裂難題(見(jiàn)圖6)。

圖6 簡(jiǎn)支跨轉(zhuǎn)連續(xù)跨鋼筋樓承板示意

本方案既能保證超長(zhǎng)鋼筋桁架樓承板工人安裝的可操作性和高工效性，又能保證鋼筋桁架樓承板下部免支撐情況下施工荷載加載時(shí)作業(yè)人員的安全，有效控制鋼筋桁架樓承板跨中撓度及梁板交界處的開(kāi)裂，能很好滿足本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工要求。且本方案的措施費(fèi)用控制在200萬(wàn)元以內(nèi)。

4種方案的適用性對(duì)比如表1所示。樓承板簡(jiǎn)支跨轉(zhuǎn)為連續(xù)跨加固形式遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于前3個(gè)方案，且經(jīng)濟(jì)合理，施工作業(yè)環(huán)境安全。

表1 加固施工方案對(duì)比

3 鋼筋桁架樓承板簡(jiǎn)支跨轉(zhuǎn)為連續(xù)跨施工工藝

為解決長(zhǎng)沙湘江歡樂(lè)城冰雪世界項(xiàng)目中屋蓋鋼筋桁架樓承板板跨過(guò)大的問(wèn)題，通過(guò)使用短鋼筋將相鄰簡(jiǎn)支跨鋼筋桁架樓承板主筋進(jìn)行焊接，使其轉(zhuǎn)換為連續(xù)跨鋼筋桁架樓承板，有效控制了鋼筋桁架樓承板的跨中撓度，有效保證了施工作業(yè)面及作業(yè)人員安全。具體施工步驟如下。

3.1 鋼筋桁架樓承板鋪設(shè)

樓承板鋪設(shè)前，按圖紙所示的起始位置測(cè)出鋪板時(shí)的基準(zhǔn)線。對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)線，安裝第1塊板，并依次安裝其他板。樓承板連接采用扣合方式，板與板之間的接縫應(yīng)連接緊密，保證澆筑混凝土?xí)r不漏漿，同時(shí)注意排板方向要一致?？玳g收尾處若板寬不足600mm，可將鋼筋桁架樓承板的鍍鋅鋼板沿鋼筋桁架長(zhǎng)度方向切割，切割后板上至少有1榀或2榀鋼筋桁架，不得將鋼筋桁架切斷，防止樓承板鍍鋅鋼板與腹桿鋼筋脫離，鋼筋桁架樓承板垂直于鋼梁處，板端部擱置鋼梁上的搭接長(zhǎng)度≥100mm。

3.2 板端豎向加強(qiáng)筋與鋼梁焊接

待所有鋼筋桁架樓承板鋪設(shè)完畢后，使用電焊機(jī)將鋼筋桁架樓承板的板端豎向加強(qiáng)筋焊接于鋼梁上部，使鋼筋桁架樓承板傳力到鋼梁上，增強(qiáng)鋼筋桁架剛度，臨時(shí)固定鋼筋桁架樓承板，焊縫高度為6mm。

3.3 栓釘焊接固定

栓釘穿透鋼筋桁架樓承板鍍鋅鋼板焊接在鋼梁上，栓釘焊接前應(yīng)對(duì)瓷環(huán)進(jìn)行烘焙；栓釘焊接根部焊腳應(yīng)均勻，焊腳立面局部未融合或不足360°應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)；栓釘焊接完成后進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，焊縫和熱影響區(qū)不得有肉眼可見(jiàn)的裂紋。

3.4 短鋼筋將兩相鄰簡(jiǎn)支跨主筋相連焊接

鋼筋桁架樓承板栓釘焊接固定后，在相鄰簡(jiǎn)支跨樓承板之間使用與樓承板桁架上弦鋼筋、下弦鋼筋等直徑、同等材質(zhì)的短鋼筋搭接焊接，搭接焊長(zhǎng)度10d(d為鋼筋直徑)，使簡(jiǎn)支跨樓承板連接成連續(xù)跨形成整體板塊，支座處產(chǎn)生負(fù)彎矩增強(qiáng)樓承板受力，跨中撓度變形小。

3.5 布結(jié)構(gòu)板通長(zhǎng)鋼筋

待鋼筋桁架樓承板鋪設(shè)一定面積連接固定之后，按照設(shè)計(jì)圖紙要求開(kāi)始綁扎結(jié)構(gòu)板垂直桁架方向通長(zhǎng)鋼筋，平行桁架方向通長(zhǎng)鋼筋采用綁扎搭接，形成雙層雙向樓承板結(jié)構(gòu)，以防止鋼筋桁架側(cè)向失穩(wěn)。

3.6 布板支座附加鋼筋

板支座附加鋼筋底筋與通長(zhǎng)鋼筋底筋一起綁扎。附加鋼筋面筋在通長(zhǎng)鋼筋面筋綁扎完成后開(kāi)始布設(shè)，與垂直于鋼梁方向通長(zhǎng)鋼筋面筋隔一布一，采用扎絲綁扎。確保支座兩側(cè)的鋼筋桁架樓承板形成整體受力，防止鋼筋桁架樓承板簡(jiǎn)支跨轉(zhuǎn)為連續(xù)跨后支座處負(fù)彎矩帶來(lái)板面開(kāi)裂。

3.7 檢查驗(yàn)收

待所有樓板鋼筋及制作鋼筋綁扎完成后形成如圖6所示結(jié)構(gòu)，針對(duì)各構(gòu)(配)件進(jìn)行檢查，對(duì)位置、加固方式、緊固方式等進(jìn)行檢查驗(yàn)收。鋼筋桁架樓承板驗(yàn)收合格后再進(jìn)行樓板混凝土澆筑，在澆筑混凝土?xí)r，不得直接對(duì)準(zhǔn)樓承板進(jìn)行沖擊，應(yīng)從支座處進(jìn)行鋪放然后向四周攤開(kāi)。

4 鋼筋桁架樓承板施工階段驗(yàn)算

4.1 單跨簡(jiǎn)支板模型施工階段驗(yàn)算

當(dāng)直接布置鋼筋桁架樓承板不采取相應(yīng)加固措施時(shí)，可通過(guò)單跨簡(jiǎn)支板的計(jì)算模型對(duì)其進(jìn)行撓度驗(yàn)算。以最短跨5.8m跨度的鋼筋桁架樓承板為例進(jìn)行驗(yàn)算。

5.8m單跨簡(jiǎn)支板參數(shù)為：計(jì)算跨度L0為 5 800mm，樓板厚度h為250mm，計(jì)算寬度b為200mm，鋼筋彈性模量Es為 200 000MPa，混凝土容重γ為25kN/m3，截面慣性矩I0為4 260 700mm4。

根據(jù)CECS 273∶2010《組合樓板設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》計(jì)算如下。

施工階段桁架撓度：

工況1：f1=25.072mm

工況2：f2=24.596mm

施工結(jié)束后：f=25.072mm

撓度最大值：

根據(jù)《組合樓板設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》，撓度限值取fmax與20mm中較小值，即撓度限值為20mm。最大撓度25.072mm，大于撓度限值，不滿足規(guī)范要求。

4.2 多跨連續(xù)板模型施工階段驗(yàn)算

通過(guò)短鋼筋與桁架樓承板上下弦鋼筋焊接將簡(jiǎn)支跨轉(zhuǎn)為連續(xù)跨，在支座處產(chǎn)生負(fù)彎矩，減小跨中彎矩與撓度，從而解決單跨簡(jiǎn)支情況下?lián)隙冗^(guò)大的問(wèn)題。以下為本項(xiàng)目最大跨6m跨度連續(xù)板模型驗(yàn)算過(guò)程(計(jì)算跨度L0=6 000mm)。

施工階段桁架撓度：

工況1：f1=11.489mm

工況2：f2=11.802mm

施工結(jié)束后：f=11.802mm

撓度最大值：

撓度限值取fmax與20mm中較小值，即撓度限值為20mm。f1，f2,f均小于20mm，所以撓度滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)支跨轉(zhuǎn)連續(xù)跨鋼筋桁架樓承板施工技術(shù)成功應(yīng)用于長(zhǎng)沙湘江歡樂(lè)城冰雪世界項(xiàng)目，克服了非標(biāo)超重鋼筋桁架樓承板采用人工搬運(yùn)施工難以就位難題；解決了非標(biāo)超長(zhǎng)鋼筋桁架樓承板簡(jiǎn)支跨跨中撓度過(guò)大難題。該技術(shù)施工方便，操作簡(jiǎn)單，安全可靠，提高效率，降低材耗，縮短工期，為超高大跨非標(biāo)現(xiàn)澆混凝土鋼筋桁架樓承板免支撐施工提供了現(xiàn)實(shí)案例。