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        逆作人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

        2021-10-15 10:56:16伍山雄丁應(yīng)章吳志毅孫玉葉
        建筑施工 2021年5期
        關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu)施工

        伍山雄 丁應(yīng)章 徐 強(qiáng) 王 飛 吳志毅 孫玉葉

        中建三局集團(tuán)有限公司(滬) 上海 200129

        隨著國家“十三五”規(guī)劃戰(zhàn)略布局的落實(shí),新建、擴(kuò)建機(jī)場航站樓及綜合交通換乘中心(簡稱機(jī)場GTC)等大型民生工程越來越多。人民防空作為國防力量的重要組成部分,是一項(xiàng)全民性長期的戰(zhàn)備工作。自20世紀(jì)80年代以來,人防建設(shè)實(shí)行了指導(dǎo)思想的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變,強(qiáng)調(diào)平戰(zhàn)結(jié)合,為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)服務(wù)。同時(shí)為了給人們提供更為舒適的環(huán)境,人防工程的設(shè)計(jì)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)。多層地下室人防設(shè)計(jì)作為地下空間工程中綜合性及技術(shù)性最強(qiáng)的部分,所包括的內(nèi)容更為繁雜[1-3]。

        綜合交通換乘中心人防地下空間具有體量大、周邊環(huán)境復(fù)雜、不停航不停運(yùn)施工要求高等難點(diǎn)。項(xiàng)目組經(jīng)過綜合比選,決定對鄰近運(yùn)營航站樓區(qū)域人防地下空間采用逆作法進(jìn)行施工。

        1 工程概況

        1.1 項(xiàng)目概況

        杭州蕭山國際機(jī)場三期項(xiàng)目陸側(cè)交通中心工程位于杭州市蕭山區(qū),包含交通中心工程、旅客過夜用房工程、配套業(yè)務(wù)用房工程等。該工程地上主體結(jié)構(gòu)共10層,地下室共4層,總建筑面積約64萬 m2,其中地上面積約25萬 m2,地下建筑面積約39萬 m2(圖1、圖2)。

        圖1 交通中心工程效果圖一

        圖2 交通中心工程效果圖二

        1.2 人防逆作區(qū)概況

        杭州蕭山國際機(jī)場三期項(xiàng)目地下室共4層,長約393 m,寬約276 m,層高除地下1層為5.0 m外均為4.0 m。在地下室的南側(cè)區(qū)域設(shè)置6級甲類人防,人防抗力等級為常6級及核6級。鄰近運(yùn)營航站樓一側(cè)基坑采用逆作法施工,其中采用逆作法施工的人防區(qū)域面積達(dá)1.9萬 m2(圖3)。

        圖3 逆作法人防區(qū)平面示意

        2 人防逆作法關(guān)鍵技術(shù)

        2.1 人防口部逆作設(shè)計(jì)技術(shù)

        人防結(jié)構(gòu)采用逆作法技術(shù)施工的工程實(shí)例較少。在逆作法實(shí)施過程中,存在在受力結(jié)構(gòu)梁位置門框無法一次成形,同時(shí)結(jié)構(gòu)梁和剪力墻分批澆筑等問題。常規(guī)的作法一般有2種:

        1)逆作施工階段先施工受力結(jié)構(gòu)梁,后期將結(jié)構(gòu)梁部分破除后隨人防門框一起施工。

        2)人防口部位置整體劃分為出土洞口,逆作施工階段不施工,待順作施工階段整體一起施工。

        常規(guī)做法對逆作法B0板重車道及出土洞口的平面布置有較強(qiáng)制約,對于周邊環(huán)境復(fù)雜、場地條件受限的工程不適用。

        項(xiàng)目組經(jīng)深化設(shè)計(jì)創(chuàng)新,在不增設(shè)口部洞口、不改變原結(jié)構(gòu)受力的情況下,調(diào)整人防口部結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目組結(jié)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)及下部空間建筑功能要求進(jìn)行深化,在受力梁旁增設(shè)門式封堵梁,封堵梁隨結(jié)構(gòu)板進(jìn)行預(yù)留鋼筋設(shè)計(jì),并且在后期施工中隨門框一起澆筑。該設(shè)計(jì)在平面上實(shí)現(xiàn)了逆作法平面可利用空間最大化,在立面上保證了門框與結(jié)構(gòu)的有效結(jié)合(圖4)。

        圖4 人防門式封堵剖面優(yōu)化前后對比

        2.1.2 車道區(qū)域板式封堵底部門檻設(shè)計(jì)技術(shù)

        1.2.1 基礎(chǔ)護(hù)理。入院后為其提供安全、舒適、溫馨、干凈的住院環(huán)境,室內(nèi)溫濕度需適宜,采光、通風(fēng)性良好。同時(shí),應(yīng)協(xié)助病患做好個(gè)人衛(wèi)生的維持,提醒病患按時(shí)吃飯,若無行動(dòng)障礙,身體條件允許,可鼓勵(lì)病患適當(dāng)開展運(yùn)動(dòng)(如散步、慢跑等),提高機(jī)體免疫力。

        人防工程逆作法施工中,結(jié)構(gòu)板面場地布置、車輛運(yùn)輸路線的規(guī)劃情況直接影響著場內(nèi)交通秩序及工期。在車輛運(yùn)輸路線的規(guī)劃中,不可避免地會(huì)遇到部分門洞區(qū)域。傳統(tǒng)人防結(jié)構(gòu)中,車輛經(jīng)各防火單元間洞口進(jìn)出,防火單元進(jìn)出口位置通常設(shè)置卷簾門,卷簾門門框及底部門檻在地面建筑施工前進(jìn)行安裝,此方案對大型材料設(shè)備運(yùn)輸影響較小。

        蕭山國際機(jī)場交通中心項(xiàng)目逆作人防區(qū)重要通道及單元間連接部位設(shè)置豎向封堵,豎向封堵通常用于走廊及通道位置。豎向封堵因底部門檻節(jié)點(diǎn)特殊,結(jié)合了固定門檻與活動(dòng)門檻雙重特性。封堵板為多塊特殊要求的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拼接而成,豎向封堵板自重大,門檻底部需有足夠承載力,鋼筋需隨下部結(jié)構(gòu)板一次性預(yù)留,澆筑前需在門檻內(nèi)側(cè)預(yù)埋角鋼,且門檻需凸出結(jié)構(gòu)面100 mm。豎向封堵底部門檻若一次性澆筑預(yù)埋到位,逆作法施工階段重車通行將對其造成破壞。

        項(xiàng)目組對該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二次深化,優(yōu)先進(jìn)行底部永久結(jié)構(gòu)澆筑,上部留設(shè)V形口,使用C20低標(biāo)號混凝土澆筑,角鋼內(nèi)嵌位置在澆筑前塞入擠塑聚苯板填充。待后期無重車通行后將上部低標(biāo)號混凝土鑿除,將擠塑聚苯板抽出,埋入角鋼后使用高標(biāo)號混凝土填充(圖5)。

        圖5 豎向封堵臨時(shí)保護(hù)措施及永久結(jié)構(gòu)施工節(jié)點(diǎn)

        2.2 逆作區(qū)人防氣密性、外墻防水節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)技術(shù)

        2.2.1 逆作區(qū)人防氣密性設(shè)計(jì)技術(shù)

        在人防工程中,例如臨空墻、兩相鄰防護(hù)單元間隔墻皆要求具有抵御所規(guī)定的核爆沖擊波和隔絕各類毒劑的能力[4-6]。

        人防工程采用順作法時(shí),臨空墻底部300 mm部分隨底板吊模施工,內(nèi)嵌300 mm×4 mm止水鋼板。上部墻體隨梁板按照設(shè)計(jì)要求整體一次性澆筑,上部墻板交界處無冷縫存在,滿足人防氣密性設(shè)計(jì)要求(圖6)。

        圖6 人防臨空墻順作法節(jié)點(diǎn)

        在逆作法施工中,梁板無法與下部墻體一次性整體施工,因此,人防工程在采用逆作法施工時(shí),順、逆作結(jié)構(gòu)交界位置的處理是人防氣密性設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

        項(xiàng)目組對順、逆作結(jié)構(gòu)交界位置進(jìn)行節(jié)點(diǎn)創(chuàng)新深化設(shè)計(jì),并提出了2種方案進(jìn)行對比分析。

        1)方案一:下掛止水鋼板。采用逆置吊模做法,臨空墻體上部500 mm結(jié)構(gòu)隨梁板一次性向下吊模施工,臨空墻體吊模結(jié)構(gòu)下口內(nèi)嵌300 mm×4 mm止水鋼板,下部墻體待順作階段施工(圖7)。

        圖7 優(yōu)化方案一節(jié)點(diǎn)示意

        2)方案二:預(yù)埋T字形鋼板。采用“止水鋼板先埋后焊”方式消除人防臨空墻體施工冷縫。上部結(jié)構(gòu)板在鋼筋綁扎階段,將50 mm×150 mm的T字形止水鋼板與鋼筋焊接固定,止水鋼板長150 mm一側(cè)固定于模板內(nèi)側(cè),并與結(jié)構(gòu)板底部齊平。豎向墻體順作施工階段,使用長100 mm止水鋼板與T字形鋼板滿焊。該節(jié)點(diǎn)避免了傳統(tǒng)“吊模法”所帶來的施工復(fù)雜、模板木方浪費(fèi)、操作不便等一系列問題(圖8)。

        圖8 優(yōu)化方案二節(jié)點(diǎn)示意

        經(jīng)對比分析,方案一操作較復(fù)雜,內(nèi)嵌止水鋼板后,吊模結(jié)構(gòu)底模難以支設(shè),且存在跑漿、漏漿等質(zhì)量隱患。方案二在結(jié)構(gòu)板鋼筋綁扎前提前置于板底,鋼筋綁扎后將T字形止水鋼板與鋼筋焊接固定,下部臨空墻無須吊模,操作簡便且有利于節(jié)約模板。綜上,項(xiàng)目組選擇方案二進(jìn)行臨空墻部位節(jié)點(diǎn)施工。

        2.2.2 逆作區(qū)人防外墻防水節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)技術(shù)

        地下空間滲漏防治一直是建筑工程中關(guān)注的重點(diǎn)。在科學(xué)技術(shù)水平突飛猛進(jìn)的今天,抗?jié)B混凝土技術(shù)已趨于成熟。地下空間滲漏主要是因?yàn)槭┕たp位置新舊混凝土的銜接未達(dá)標(biāo)。人防工程采用逆作法施工時(shí),施工縫的數(shù)量增加,致使逆作人防結(jié)構(gòu)的滲漏隱患高于傳統(tǒng)人防結(jié)構(gòu)[7-10]。

        項(xiàng)目組將人防外墻施工縫位置設(shè)計(jì)為“企口+止水條”的形式。外墻上翻節(jié)點(diǎn)延用常規(guī)做法,吊模施工高度500 mm,內(nèi)嵌300 mm×4 mm止水鋼板。外墻下掛節(jié)點(diǎn)通過在逆作下掛暗梁一側(cè)設(shè)置混凝土高縫,下部順作外墻一側(cè)設(shè)置混凝土低縫,上下搭接拼合,使混凝土接縫處不能通透,將水的水平滲透路徑切斷,切斷處滲透路徑變成豎向。在豎縫位置設(shè)置遇水膨脹止水條,從而阻斷人防外墻位置所有滲水路徑,以提高逆作人防區(qū)外墻的防水、防滲能力(圖9)。

        圖9 人防外墻防水節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)做法

        2.3 人防逆作區(qū)格構(gòu)柱連接設(shè)計(jì)技術(shù)

        杭州蕭山國際機(jī)場交通中心工程人防逆作區(qū)立柱樁采用各規(guī)格角鋼格構(gòu)柱,支座位置鋼筋密集,梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)為施工的重、難點(diǎn)。項(xiàng)目組結(jié)合BIM技術(shù)對格構(gòu)柱梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)[11-14]。

        2.3.1 格構(gòu)柱連接位置深化

        1)鋼梁或勁性梁位置深化。項(xiàng)目組綜合考慮結(jié)構(gòu)安全和施工的可行性后,提出割除格構(gòu)柱深入梁內(nèi)區(qū)域角鋼,在格構(gòu)柱上口加焊封頭板,封頭板下口與角鋼、上口與鋼梁滿焊,從而在滿足承載力的基礎(chǔ)上,提升梁柱整體性(圖10)。

        圖10 鋼梁或勁性梁穿格構(gòu)柱優(yōu)化后節(jié)點(diǎn)

        2)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁位置栓釘格構(gòu)柱深化。為便于現(xiàn)場施工,項(xiàng)目組對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁位置的栓釘格構(gòu)柱進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化,使用5排且每排4根直徑20 mm的鋼筋與角鋼雙面焊接替代原栓釘設(shè)計(jì)。鋼筋兩端端頭位置設(shè)置長200 mm直角彎鉤,進(jìn)一步提升格構(gòu)柱在混凝土梁中摩擦力(圖11)。

        圖11 鋼梁或勁性梁穿格構(gòu)柱優(yōu)化后節(jié)點(diǎn)

        2.3.2 格構(gòu)柱偏位節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        實(shí)際施工過程中,格構(gòu)柱的成形質(zhì)量無法100%保證。最常見的情況是格構(gòu)柱的位置發(fā)生偏移,致使原梁柱節(jié)點(diǎn)不再適用。項(xiàng)目組在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下,對格構(gòu)柱偏位處梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì),采用混凝土結(jié)構(gòu)加腋的方法,實(shí)現(xiàn)混凝土梁與格構(gòu)柱的連接(圖12)。

        圖12 格構(gòu)柱偏位節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        2.4 人防逆作法主樓區(qū)域轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)技術(shù)

        為滿足人防地庫的多車道建筑功能的需求,結(jié)構(gòu)梁跨度將會(huì)增大。地上結(jié)構(gòu)部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地,而需通過水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與下部豎向構(gòu)件連接。

        常規(guī)轉(zhuǎn)換梁通常采用超大梁或勁性梁。超大梁因截面過大,過度占用下部空間,不滿足地下大空間形式的需求。勁性梁通過型鋼兩端牛腿與兩側(cè)圓管柱連接。上部結(jié)構(gòu)柱錨入勁性梁中,通過勁性梁提供承載力及支座端抗剪能力。

        項(xiàng)目組針對勁性梁中型鋼造價(jià)高、生產(chǎn)周期長、安裝難度大、不利于項(xiàng)目搶工階段施工的缺點(diǎn),結(jié)合人防設(shè)計(jì)進(jìn)行深化。首先提高混凝土強(qiáng)度,原設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)換梁混凝土標(biāo)號同結(jié)構(gòu)為C35,優(yōu)化后提升為C60標(biāo)號混凝土,滿足一級抗戰(zhàn)性能。提高混凝土標(biāo)號使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁能夠替代傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換梁,在滿足承載力的同時(shí),提高轉(zhuǎn)換梁抗震性能。同時(shí)項(xiàng)目組通過在梁上柱下部區(qū)域,自結(jié)構(gòu)柱一端在梁內(nèi)增設(shè)2段工字鋼,且工字鋼之間滿焊,以此提高支座段抗剪能力,從而進(jìn)一步減小轉(zhuǎn)換梁截面以滿足下部空間凈高需求(圖13)。

        圖13 優(yōu)化后轉(zhuǎn)換梁模型

        3 結(jié)語

        項(xiàng)目組在保證人防地下空間使用功能的前提下,以深化設(shè)計(jì)為主干,利用思維導(dǎo)圖方式開展研究,尋找設(shè)計(jì)創(chuàng)新與可優(yōu)化點(diǎn)。過程中不斷總結(jié)人防逆作工程中的關(guān)鍵技術(shù),為后續(xù)大型人防逆作結(jié)構(gòu)提供借鑒。

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