陳莎丹

（浙江省東陽(yáng)市南方建筑工程有限公司，浙江 東陽(yáng) 322100）

目前建筑行業(yè)解決大跨度混凝土建筑剛度不足、結(jié)構(gòu)開(kāi)裂問(wèn)題的常用方法有三種，其一是施加預(yù)應(yīng)力使樓蓋產(chǎn)生反向內(nèi)力，達(dá)到抵消彎沉、防止開(kāi)裂的效果，但是增加了工程量；其二是使用由高強(qiáng)度輕質(zhì)材料組成截面形式的樓蓋，在減輕自重的同時(shí)又能提高剛度，但是成本較高；其三是將上述兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，其中應(yīng)用效果較好的是裝配箱混凝土空心樓蓋。當(dāng)然，要想真正發(fā)揮裝配箱混凝土空心樓蓋的應(yīng)用效果，必須要落實(shí)精細(xì)化的施工管理。在工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，借助于特定的軟件開(kāi)展有限元分析，對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，完善設(shè)計(jì)方案；在工程施工環(huán)節(jié)，從模板工程、鋼筋工程以及混凝土工程等各處細(xì)節(jié)上加強(qiáng)技術(shù)控制，保證工程高質(zhì)量建設(shè)完成。

1 工程概況

某博物館總建筑面積47 056.1 m2，總高度24.8 m，共6 層。其中負(fù)1 層為地下室，地上5 層。該建筑主體部分為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，耐火等級(jí)II 級(jí)，抗震設(shè)防烈度8 級(jí)。根據(jù)功能不同，分為大廳、展覽區(qū)、辦公區(qū)、休息區(qū)四部分。其中，大廳與展覽區(qū)上方屋蓋統(tǒng)一采用裝配箱混凝土空心樓蓋體系。前者跨度為35.5 m×7.2 m，后者跨度為43.3 m×10.5 m。受力鋼筋選擇HRB400，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，預(yù)制裝配箱的頂板與底板上，均布置φ4 mm 雙向冷拔鋼絲網(wǎng)。裝配箱混凝土空心樓蓋主要由3 部分組成，分別是裝配箱、鋼筋骨架、密肋空腔樓蓋。

2 裝配箱混凝土空心樓蓋的施工技術(shù)

2.1 施工準(zhǔn)備

組成預(yù)制裝配箱的所有構(gòu)件都必須執(zhí)行嚴(yán)格的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)。檢驗(yàn)人員除了要核對(duì)構(gòu)件的數(shù)量、類(lèi)型、規(guī)格外，還要檢查產(chǎn)品有無(wú)生銹、裂縫等質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)于存在瑕疵的不得使用。裝配箱構(gòu)件入場(chǎng)后，使用起重機(jī)完成吊裝。為保證吊裝作業(yè)的穩(wěn)定性和安全性，需要提前在地面上放置兩條直徑為60 mm 的鋼管，將2條鋼管分別置于裝配箱構(gòu)件的左右兩側(cè)、距離邊緣100 mm 的位置[1]。然后使用鋼絲繩分別連接鋼管，最后啟動(dòng)起重機(jī)將裝配箱構(gòu)件緩緩吊起。整個(gè)吊裝裝置見(jiàn)圖1。

2.2 施工流程

完成現(xiàn)場(chǎng)施工準(zhǔn)備工作后，開(kāi)始鋪設(shè)底板模板，并依次完成模板檢查、布設(shè)裝配箱位置線(xiàn)、粘貼密封膠條等一系列工作，整個(gè)施工流程見(jiàn)圖2。

2.2.1 布設(shè)模板，標(biāo)記裝配箱位置線(xiàn)

本次工程中經(jīng)過(guò)計(jì)算確定起拱高度為總跨度的1/500。底板模板鋪設(shè)完畢后，進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收。確保模板對(duì)齊，接縫處無(wú)明顯裂縫，在通過(guò)驗(yàn)收的底模板上彈出肋梁邊線(xiàn)，作為下一步放置裝配箱時(shí)的參考。彈線(xiàn)作業(yè)前，施工人員還需要重新核對(duì)軸線(xiàn)尺寸，經(jīng)檢查不存在問(wèn)題后再進(jìn)行彈線(xiàn)。使用記號(hào)筆在裝配箱暗箱所在位置劃線(xiàn)，提高箱體放置精度。

2.2.2 粘貼密封膠條，涂刷脫模劑

本次施工中，選擇已經(jīng)彈出的肋梁邊線(xiàn)作為參照物，垂直該線(xiàn)向內(nèi)移動(dòng)25 mm，粘貼海綿雙面膠條[2]。海綿膠條填塞完成后，檢查底模板與箱體底板固定是否牢固，經(jīng)檢查確定符合施工要求后，在底模板與箱體底板上分別涂刷脫模劑。涂刷前注意清潔模板、底板表面的雜物，保證干凈后再使用毛刷蘸取適量的脫模劑，按照相同的方向涂刷。注意防止出現(xiàn)脫模劑流掛的現(xiàn)象，每個(gè)作業(yè)面均勻涂刷2 次，然后進(jìn)行下一步驟的施工。

2.2.3 安裝箱體底板，綁扎鋼筋

由于裝配箱的底板和頂板受力情況不同，因此的箱體配筋布置也有所差異?，F(xiàn)場(chǎng)布設(shè)鋼筋時(shí)必須要根據(jù)圖紙，分別綁扎頂、底板的鋼筋，見(jiàn)圖3。

現(xiàn)場(chǎng)施工按照先綁扎鋼筋、后放置板體的順序，要求所有板必須對(duì)準(zhǔn)已經(jīng)畫(huà)好的標(biāo)記線(xiàn)。吊裝的裝配箱構(gòu)件在下放時(shí)，在塔吊操作人員和現(xiàn)場(chǎng)施工人員的溝通、配合下勻速、準(zhǔn)確放置。底部的外邊緣需要與肋梁邊緣線(xiàn)完全重合。裝配箱就位前，施工人員再次檢查密封膠條是否牢固，以及有無(wú)破壞情況。

裝配箱的底板、底板外伸筋與肋梁之間通常選擇綁扎方式固定。對(duì)于外伸到肋梁底筋下方的底板鋼筋，必須要采取向內(nèi)折彎處理，并且折彎半徑需要嚴(yán)格設(shè)計(jì)要求，避免彎曲度過(guò)大而導(dǎo)致肋梁主筋移位。為保證裝配箱混凝土構(gòu)件的性能達(dá)標(biāo)，需要在肋梁主筋、箍筋安裝時(shí)，設(shè)置一定厚度的保護(hù)層。其中，垂直方向上的保護(hù)層厚度較大，為25 mm；側(cè)向保護(hù)層的厚度偏小，為10 mm[3]。在肋梁鋼筋安裝作業(yè)中，要求將底板預(yù)留錨固鋼筋與肋梁主筋牢牢固定，兩者的構(gòu)造見(jiàn)圖4。

2.2.4 放置側(cè)壁，澆筑混凝土

本次工程中使用的裝配箱側(cè)壁為玻鎂板，其主要成分為高純氧化鎂、優(yōu)質(zhì)氯化鎂、抗堿玻纖布等，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出良好耐火性、耐腐蝕性。工程中使用的玻鎂板主要有2 種型號(hào)，即2 440 mm×1 820 mm×12 mm 和1 820×900 mm×6 mm。其主要性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 玻鎂板的性能參數(shù)

側(cè)壁安裝結(jié)束后，根據(jù)裝配箱的施工圖紙，繼續(xù)進(jìn)行頂板安裝?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員注意檢查頂板預(yù)留鋼筋是否平直，然后使用工具將預(yù)留鋼筋做成向下的彎鉤，并與肋梁主筋連接、固定。整個(gè)裝配箱的樓蓋施工順序見(jiàn)圖5。

2.2.5 混凝土的養(yǎng)護(hù)與模板的拆除

根據(jù)設(shè)計(jì)好的配合比現(xiàn)場(chǎng)制備混凝土，混凝土經(jīng)檢查無(wú)質(zhì)量問(wèn)題后開(kāi)始澆筑作業(yè)。按照垂直于主龍骨的方向有序澆筑，肋梁位置處的混凝土在澆筑厚度達(dá)到50 cm 后，立即使用插入式振搗器予以振搗。振搗作業(yè)中注意必要觸碰到裝配箱的底板與側(cè)壁。為避免混凝土水分過(guò)快蒸發(fā)出現(xiàn)干縮裂縫，應(yīng)當(dāng)在澆筑至標(biāo)高后使用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋。然后進(jìn)行不少于28 d的養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后檢查混凝土性能，等到實(shí)測(cè)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%以上后即可拆除模板[4]。模板的拆除作業(yè)必須遵循“先支后拆、后支先拆，先拆不承重、后拆承重”的原則，保證混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 裝配箱混凝土空心樓蓋的有限元分析

3.1 基于ANSYS 軟件的模型構(gòu)建

本次工程選擇土木行業(yè)常用的有限元分析軟件ANSYS 進(jìn)行模型構(gòu)建并展開(kāi)分析。其中，構(gòu)建模型主要分為3 步：

第一步是定義單元類(lèi)型。選擇ANSYS 軟件中的Solid70 單元，該單元適用于巖石、混凝土等抗壓能力遠(yuǎn)大于抗拉能力的材料開(kāi)發(fā)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要能夠模擬混凝土自身以及混凝土內(nèi)部鋼筋的拉裂、壓潰情況。從Solid70 單元中選擇整體式配筋模型，在該模型中鋼筋被均勻分布到整個(gè)單元中，因此可以將單元看做成連續(xù)的、均勻的材料。在此基礎(chǔ)上選擇以下公式表示該單元的剛度矩陣[K]：

上式中，[B]和[D]分別表示混凝土與鋼筋對(duì)單元?jiǎng)偠鹊呢暙I(xiàn)?？紤]到鋼筋在等效分布下，其彈性模量（E）會(huì)根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)的改變而改變，因此上式中[D]可以通過(guò)下式求得：

上式中ρx、ρy、ρz分別表示鋼筋在x、y、z 方向上的配筋率。

第二步是定義材料參數(shù)。根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案輸入材料參數(shù)，例如長(zhǎng)跨、短跨的數(shù)值，樓蓋結(jié)構(gòu)的高度，以及裝配箱尺寸、肋梁的截面尺寸等。

第三步在前兩步的基礎(chǔ)上構(gòu)建模型?？蛇x擇的模型構(gòu)建方法有映射網(wǎng)格劃分法、自由網(wǎng)格劃分法。

本文選擇后一種，可適用于一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的模型，保證網(wǎng)格劃分滿(mǎn)足拓?fù)潢P(guān)系，提高模型精度。劃分網(wǎng)格后，還要賦予各單元的屬性，并設(shè)置邊界條件以及施加荷載。

3.2 模型的有限元分析

在模型上施加一個(gè)4 kN/m2的均布面荷載，模擬裝配箱混凝土空心樓蓋在正常使用狀態(tài)下的受力情況?？梢园l(fā)現(xiàn)該模型各處部位在垂直方向上發(fā)生位移。其中，最大位移出現(xiàn)在跨中位置，位移量20.3 mm；最小位移出現(xiàn)在柱位置，位移量-2.6 mm。參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010），樓蓋等受彎構(gòu)件實(shí)際跨度＞9 m 時(shí)，其垂直方向的位移極限不得超過(guò)L/300。本次工程中最大跨度78.8 m，所以該模型在垂直方向上允許的最大位移為78.8/300=0.263 m，即26.3 mm，而模擬分析中最大位移量為20.3 mm＜26.3 mm，故該裝配箱混凝土空心樓蓋在正常使用狀態(tài)下的垂直位移符合規(guī)定中的安全要求[5]。

4 結(jié)論

現(xiàn)代大跨度建筑中使用裝配箱混凝土空心樓蓋，具有減輕結(jié)構(gòu)自重、保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、提高施工效率等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛使用。在正式施工前，應(yīng)使用ANSYS 軟件構(gòu)建裝配箱混凝土空心樓蓋的三維模型并展開(kāi)受力分析，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化結(jié)構(gòu)和參數(shù)，在此基礎(chǔ)上完善施工方案。在實(shí)際施工中，還應(yīng)強(qiáng)化質(zhì)量控制，圍繞整個(gè)施工流程，對(duì)其中的裝配箱底板與頂板安裝、混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵工序，加強(qiáng)技術(shù)管控，才能確保裝配箱混凝土空心樓蓋的高質(zhì)量施工完成。