常志強(qiáng)

摘 要：工程4棟主樓造型設(shè)計(jì)均以不規(guī)則退臺(tái)式圓弧造型為主，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大。作為工程施工重難點(diǎn)之一的公共衛(wèi)生管理中心東側(cè)34.8 m大廳包含了超高大傾斜圓鋼管混凝土柱且圓管柱均由鋼筋混凝土鋼梁連接并層層縮進(jìn)。為保證大廳的施工安全和質(zhì)量，對(duì)34.8 m高支模區(qū)內(nèi)退臺(tái)式傾斜圓管柱安裝施工方法進(jìn)行探究，確立一種高支模區(qū)退臺(tái)式傾斜圓管柱施工安裝的新方法，既保證了現(xiàn)場(chǎng)的施工安全，又保證了現(xiàn)場(chǎng)的施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：34.8 m大廳;超高大傾斜;圓管柱;施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU425 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2022）02-0145-05

隨著人民生活水平的提高，建筑的需求不僅僅滿足于實(shí)用性，人們對(duì)建筑的美觀性也有著越來(lái)越高的要求。充滿藝術(shù)的建筑往往會(huì)擁有獨(dú)具特色的結(jié)構(gòu)造型，特殊造型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工技術(shù)也有著較高的要求。針對(duì)施工過(guò)程中的困難，現(xiàn)場(chǎng)要求我們要在以往的施工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上運(yùn)用當(dāng)前的技術(shù)發(fā)散思維，保證現(xiàn)場(chǎng)的施工安全與質(zhì)量。

1 工程概況

以中國(guó)建筑某工程局承建的某市公共衛(wèi)生管理中心項(xiàng)目為研究主體。該項(xiàng)目位于某市濱湖新區(qū)，北臨武漢路（規(guī)劃道路），南至云谷路，西依玉龍路（在建），項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)內(nèi)容有1A#公共衛(wèi)生管理中心、1B#健康中心、2A#急救調(diào)度中心、2B#公共衛(wèi)生檢測(cè)中心及地下車庫(kù)等單體，總建筑面積為72 397.43 m2。1A#樓公共衛(wèi)生管理中心作為本工程最高樓共17層，設(shè)計(jì)有1層到9層中空大廳，大廳東立面有7根混凝土圓管柱，僅1根直徑為1 500 mm直立混凝土圓管柱，其余6根均為直徑1 800 mm且傾角分別為59.688°、54.978°、60.875°、63.845°、76.389°、78.519°的傾斜混凝土圓管柱。大廳設(shè)計(jì)為層層圓弧退臺(tái)且退臺(tái)由底部最大約8 m逐漸縮小至頂部，圓管柱[1-2]外圍每層均由鋼筋混凝土鋼梁連接，高支?？锥疵娣e由1層約500 m2縮小至8層200 m2，此區(qū)域頂部結(jié)構(gòu)板厚150 mm，施工過(guò)程土建工程和鋼構(gòu)工程交叉進(jìn)行。大廳6層?xùn)|西兩側(cè)由最大截面600 mm×2 000 mm的梁連接。大廳結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及施工專業(yè)多，施工難度大且危險(xiǎn)系數(shù)高。1A#樓34.8 m中空大廳模擬圖如圖1所示。

2 施工難點(diǎn)分析

（1）34.8 m中空大廳有7根混凝土圓管柱，僅1根直徑為1 500 mm直立混凝土圓管柱，其余6根均為直徑1 800 mm且傾角分別為59.688°、54.978°、60.875°、63.845°、76.389°、78.519°的混凝土圓管柱。傾斜圓管柱每根重達(dá)3 t且傾斜角度較大導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)圓管柱吊裝焊接難度大及圓管柱內(nèi)的混凝土澆筑施工也隨著圓管柱高度的增加不斷地增大，同時(shí)圓管柱隨著高度不斷地增大施工過(guò)程中可能會(huì)存在傾覆危險(xiǎn)，施工質(zhì)量控制難度大;

（2）圓管柱層層采用鋼筋混凝土鋼梁連接且層層圓弧退臺(tái)，采用常規(guī)的內(nèi)支模架搭設(shè)時(shí)，根據(jù)內(nèi)支模架搭設(shè)規(guī)范要求，退臺(tái)部位的架體之間的立桿間距隨著高度的增加會(huì)不斷減小，增加操作難度，有的部位架體搭設(shè)甚至可能會(huì)沒(méi)有作業(yè)空間;

（3）中空大廳的高支?？锥疵娣e由1層約500 m2縮小至8層200 m2，同時(shí)退臺(tái)層層縮進(jìn)導(dǎo)致施工工作面不斷減小。在狹小的作業(yè)范圍內(nèi)，穿插著高支模架體搭設(shè)、鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接、鋼筋綁扎及模板安裝等工程，現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)難度大，安全質(zhì)量管控較為困難。

3 施工思路

針對(duì)圓管柱的吊裝、焊接及管內(nèi)混凝土澆筑，本工程計(jì)劃在保證內(nèi)支模架搭設(shè)至需要圓管柱焊接的層高，搭設(shè)簡(jiǎn)便平臺(tái)使用塔吊吊裝圓管柱進(jìn)行定位點(diǎn)焊加固，然后再使用塔吊吊裝定型化焊接平臺(tái)，焊接完成并驗(yàn)收通過(guò)后澆筑管內(nèi)混凝土，保證了工人的施工安全及圓管柱的施工質(zhì)量。針對(duì)圓管柱可能出現(xiàn)的傾覆危險(xiǎn)，本項(xiàng)目計(jì)劃在完成3段安裝后進(jìn)行加固，選用普槽16a進(jìn)行加固。針對(duì)34.8 m支模架搭設(shè)，按照常規(guī)施工方案是搭設(shè)34.8 m高滿堂架，但是考慮施工安全及保證工人有足夠的作業(yè)空間及施工可行性，擬在1層到7層采用滿堂落地架施工，待7層混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%，開(kāi)始在7層安裝貝雷梁，再在貝雷梁上安裝12#槽鋼墊腳，部分區(qū)域安裝16#工字鋼，在槽鋼上布滿鋼笆片，搭設(shè)支模架，安裝模板，澆筑鋼平臺(tái)以上混凝土?xí)r必須待底部混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%，且底部支模架嚴(yán)格按照方案搭設(shè)，不得提前隨意拆除。針對(duì)退臺(tái)施工作業(yè)面積不斷減小，施工過(guò)程穿插高支模架體搭設(shè)、鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接、鋼筋綁扎及模板安裝等工序情況，本項(xiàng)目制定了合理的工序施工步驟，并采取分步驟專人管理的方式，保證現(xiàn)場(chǎng)的施工質(zhì)量與安全。

4 施工安裝順序

4.1 1～7層退臺(tái)式傾斜圓管柱安裝順序

（1）搭設(shè)一層高度的內(nèi)支模架及臨時(shí)操作平臺(tái);（2）每層圓管柱采用1臺(tái)STC7528P（70 m）塔吊吊裝、定位及臨時(shí)焊接加固;（3）拆除臨時(shí)操作平臺(tái)，吊裝定型化操作平臺(tái);（4）再次定位對(duì)圓管柱進(jìn)行錯(cuò)位調(diào)整（主要工具包括調(diào)節(jié)固定托架和千斤頂），圓管柱焊接及驗(yàn)收;（5）澆筑圓管柱混凝土且控制成型面的面層距圓管柱管頂500 mm，方便后期剔鑿;（6）樓層板面鋼筋模板施工，待施工完成后澆筑梁板混凝土，強(qiáng)度達(dá)初凝后進(jìn)行下一步圓管柱吊裝工作。計(jì)劃在完成3段安裝后選用普通普槽16a進(jìn)行加固。

4.2 7～9層退臺(tái)式傾斜圓管柱安裝順序

首先在7層混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%時(shí)，開(kāi)始在7層安裝貝雷梁，貝雷梁的安裝布置圖如圖2所示。隨后每層圓管柱安裝順序同1～7層。

4.2.1 貝雷梁安裝思路

根據(jù)1A#樓第7層高支模區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的孔洞的大小，計(jì)劃設(shè)計(jì)9 m跨度貝雷梁和12 m跨度貝雷梁，貝雷梁在每跨內(nèi)均勻布置，貝雷梁高度1.5 m，貝雷梁擱置在主梁上，在主梁與貝雷梁之間設(shè)置16#雙拼工字鋼，貝雷梁位置利用200 mm高、Φ 25短鋼筋點(diǎn)焊固定，防止貝雷梁側(cè)滑。在貝雷梁上方采用U型螺栓固定16#槽鋼（墊腳）和20#工字鋼（適用于貝雷梁間距500 mm以上部位），邊緣高低跨采用貝雷梁墊平，以防工人施工時(shí)出現(xiàn)跌落的風(fēng)險(xiǎn);

4.2.2 貝雷梁安裝步驟

（1）測(cè)量放線。用鋼尺、經(jīng)緯儀放出樓層軸線位置，確定貝雷梁安裝位置，用墨線彈好標(biāo)記;

（2）安裝鋼板網(wǎng)。在上部支模架搭設(shè)施工前，在高支?？锥捶秶鷥?nèi)，采用鋼板網(wǎng)滿鋪，且鋼板網(wǎng)利用10#扎絲與底部貝雷梁或工字鋼固定每塊不少于4處。四周如有不能鋪設(shè)鋼板網(wǎng)的部位應(yīng)采用硬防護(hù)封閉，保證工人的施工安全;

（3）貝雷梁組裝。貝雷梁安裝時(shí)根據(jù)平面位置布置圖進(jìn)行布設(shè)，現(xiàn)場(chǎng)沖突的部位局部調(diào)整，安裝時(shí)要確保雙立桿支撐在橫梁上。貝雷梁由貝雷片、插銷、花架3部分拼裝完成。首先在空曠場(chǎng)地，用貝雷片拼裝貝雷梁主梁，貝雷尺寸為1 500 mm×3 000 mm，下面墊枕木，用塔吊將貝雷逐片吊起，用桁架銷子相互連接接長(zhǎng)，雙排主梁間距450 mm。雙排主梁安裝完成后，安裝連接花架，花架為450型，間距450 mm設(shè)置。連接桁架的所有螺栓，螺帽必須擰緊，桁架銷子穿到位后必須插好保險(xiǎn)銷。將已經(jīng)拼裝好成組的貝雷片用塔吊放置在樓層梁之上;

（4）工字鋼、槽鋼、鋼笆片、方木及模板鋪設(shè)。貝雷梁安裝就位后，鋪設(shè)20#工字鋼和16#槽鋼，鋪設(shè)位置按照布置圖進(jìn)行設(shè)置，間距不大于800 mm。在工字鋼和槽鋼鋪設(shè)好后，在其上鋪設(shè)木方并布滿模板已防止后期物件掉落對(duì)人員造成傷害。在所有工序完成后，可以在槽鋼或工字鋼上部搭設(shè)內(nèi)架，根據(jù)立桿位置，在內(nèi)支模架立桿底部采用直徑25的HRB400鋼筋焊接鋼筋頭固定。

5 模擬分析

為了保證34.8 m中空大廳退臺(tái)式傾斜混凝土圓管柱的施工安全和施工質(zhì)量并驗(yàn)證本工程的高支模區(qū)退臺(tái)式傾斜圓管柱施工技術(shù)的可行性，針對(duì)關(guān)鍵施工部位，即圓管柱加固、貝雷桁架受力及圓管柱安裝最后階段，本文利用MIDAS和ABAQUS有限元分析軟件對(duì)上面3個(gè)部位進(jìn)行力學(xué)模擬分析。

5.1 圓管柱加固模擬分析

從最大危險(xiǎn)因子排除角度分析，本次模擬選取最大傾角54.978°進(jìn)行加固驗(yàn)算，利用MIDAS有限元分析軟件進(jìn)行建模計(jì)算，驗(yàn)算支撐架桿件的強(qiáng)度和剛度，復(fù)核結(jié)果是否滿足要求。材料如表1所示。

5.1.1 邊界條件

支承角鋼上端與圓管柱焊接，下端與預(yù)埋鋼筋焊接，設(shè)置鉸接約束。錨桿與斜圓管柱節(jié)點(diǎn)釋放梁端約束，設(shè)置鉸接約束;

5.1.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算可得支撐最大變形為10.804 mm，水平方向撓度為10.779 mm，豎直方向撓度為0.475 mm。按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，主梁的撓度容許值為L(zhǎng) /400=4 877/400=12.19 mm，撓度滿足規(guī)范要求。槽鋼支撐在承受荷載作用下最大組合應(yīng)力為91.1 MPa，位于受壓腹桿上，小于槽鋼16a鋼的容許應(yīng)力215 MPa;其他桿件應(yīng)力均較小，小于材料的容許應(yīng)力。柱腳錨栓在承受荷載作用下最大組合應(yīng)力為256 MPa，位于斜圓柱正背面，小于D30錨栓容許應(yīng)力295 MPa;滿足規(guī)范要求。根據(jù)結(jié)果可以看出圓管柱最大變形為28 mm，由此要求安裝時(shí)需要進(jìn)行反面起拱28 mm左右。

5.2 貝雷桁架受力模擬分析

5.2.1 模型建立

位于7層的貝雷梁，上部荷載包括8、9層結(jié)構(gòu)荷載、支模架模板自重及施工荷載，選擇最不利工況進(jìn)行計(jì)算。為了更好的模擬實(shí)際狀態(tài)，本文根據(jù)分析特點(diǎn)，采用大型通用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)實(shí)際工程一品貝雷桁架進(jìn)行受力性能分析。建立有限元模型如圖5所示。所有鋼材彈性模量均取2.06×105 MPa，泊松比取0.3，強(qiáng)化階段采用多線性隨動(dòng)強(qiáng)化準(zhǔn)。

5.2.2 受力分析

單品貝雷桁架應(yīng)力云及Y方向位移云，如圖6所示。

由圖6可知，對(duì)單榀貝雷桁架進(jìn)行正常使用狀態(tài)受力計(jì)算分析得出最大應(yīng)力為跨中，達(dá)181.2 MPa，小于鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范Q345鋼抗拉、抗壓和抗彎310 MPa限值。其最大位移16.88 mm，小于鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范L /250=48 mm限值要求。其結(jié)果滿足上部荷載承載要求。

5.3 圓管柱最后施工階段模擬分析

斜圓管柱的最后階段的施工可能是圓管柱施工變形最大及危險(xiǎn)系數(shù)最高的階段，利用MIDAS有限元分析軟件對(duì)9層圓管柱施工建模計(jì)算，分析斜圓管柱最后施工階段的整體位移、整體應(yīng)力及支撐最大反力的分部情況和最大值，了解現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)是否滿足質(zhì)量和安全的相關(guān)規(guī)范和技術(shù)要求，針對(duì)可能出現(xiàn)的不利情況，可以提前針對(duì)可能出現(xiàn)危險(xiǎn)的部位采取相應(yīng)的措施。斜圓管柱整體位移及整體應(yīng)力圖，如圖7所示;斜圓管柱臨時(shí)支撐最大反力，如圖8所示。

此階段斜圓管柱在承受荷載作用下最大組合應(yīng)力為47.0 N/mm2，9層型鋼梁最大應(yīng)力20.5 N/mm2，遠(yuǎn)小于其屈服強(qiáng)度345 N/mm2，柱最大位移為5層頂位置3.83 mm，滿足規(guī)范要求。經(jīng)復(fù)核，滿足要求。

臨時(shí)支撐7層臨時(shí)支撐最大應(yīng)力73.4 N/mm2，2層頂臨時(shí)支撐最大應(yīng)力為67.2 N/mm2，遠(yuǎn)小于其屈服強(qiáng)度235 N/mm2;2層底部反力為68.6 kN，經(jīng)復(fù)核，滿足受力要求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以某市公共衛(wèi)生管理中心為研究主體，對(duì)高支模區(qū)退臺(tái)式傾斜圓管柱施工方法研究，通過(guò)采用定型化焊接平臺(tái)、圓管柱臨時(shí)加固措施及采用貝雷梁轉(zhuǎn)換層的方法，實(shí)現(xiàn)了高支模區(qū)退臺(tái)式傾斜圓管柱安裝，探索出一種針對(duì)高支模區(qū)退臺(tái)式傾斜圓管柱施工安裝的新方法，既保證了現(xiàn)場(chǎng)的施工安全，又保證了現(xiàn)場(chǎng)的施工質(zhì)量。本施工方法在合肥市公共衛(wèi)生管理中心的成功應(yīng)用，為其他類似建筑結(jié)構(gòu)傾斜圓管柱的安裝提供了良好的借鑒。

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