莫纘良,張 健,韓 靖
(1.廣州一建建設(shè)集團(tuán)有限公司,廣東 廣州 2.廣州市筑智建筑科技有限公司,廣東 廣州)
廣州塔南廣場配建珠江兩岸人行景觀橋廣州塔南廣場項(xiàng)目屬于大型地下空間項(xiàng)目,位于廣州塔南側(cè),東臨廣州塔路,南臨藝洲路,西臨藝苑路??傆玫孛娣e76 040 m2,地下共3 層,總建筑面積113 568.4 m2?;用娣e約4.4 萬m2,總開挖深度約13.40 m。土石方外運(yùn)總量約62 萬m3,其中暗挖部分土方量約42萬m3,土方開挖量大,原計(jì)劃采用逆作法施工,負(fù)二層、負(fù)三層逐層暗挖,采用鋼管柱作為各層的結(jié)構(gòu)柱,主要尺寸為Φ600 mm~Φ900 mm,逐層施工,開挖過程利用已施工的各層樓板作為結(jié)構(gòu)的水平支撐,土方開挖量大,且需支模完成當(dāng)層結(jié)構(gòu)方可繼續(xù)往下暗挖,難以滿足工期目標(biāo)。
現(xiàn)將原有開挖方案優(yōu)化為蓋挖半逆作施工,暗挖部分的負(fù)二及負(fù)三層結(jié)構(gòu)由原本的純逆作施工優(yōu)化為一次性暗挖至底板后從下往上進(jìn)行半逆作蓋挖施工,將出土空間最大化,在提高施工效率的同時(shí),避免人防結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次澆筑,也無需在樓板以及梁結(jié)構(gòu)上預(yù)留混凝土澆筑孔,最大程度的保證了地下室人防結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。
改變開挖方式后,開挖過程中鋼管柱裸露長度是原設(shè)計(jì)開挖方式的2 倍以上,長細(xì)比激增,穩(wěn)定性降低。在蓋挖逆作施工中鋼管柱是主要的垂直豎向受力構(gòu)件,對整體結(jié)構(gòu)的安全性起著至關(guān)重要的作用[1-6]。因此,需采取有效措施提高鋼管柱的整體性,降低施工過程對鋼管柱擾動(dòng)。
鋼管柱尺寸有Φ600,Φ700,Φ800,Φ900,直徑越小,長細(xì)比越大,情況越不利,故本次計(jì)算僅針對最不利情況Φ600 的鋼管柱長細(xì)比做驗(yàn)算復(fù)核。
根據(jù)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[附條文說明]GB50936-2014 中的表4.1.7 可知,該情況下長細(xì)比限制不得超過80。改變開挖方式后,鋼管柱最大長細(xì)比為190.67,超出設(shè)計(jì)規(guī)范,有錯(cuò)區(qū)破壞的風(fēng)險(xiǎn)。需在鋼管柱間加入水平支撐從而降低開挖過程中鋼管柱的長細(xì)比,提高鋼管柱的穩(wěn)定性。
采用永久結(jié)構(gòu)梁作為鋼管柱的內(nèi)支撐雖可滿足鋼管柱的穩(wěn)定性,但需先進(jìn)行磚渣回填,墊層鋪設(shè),梁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度滿足要求,拆模后才可進(jìn)行暗挖,不利于工期的縮減。
如圖1 所示,采用抱箍結(jié)合鋼支撐方式與周邊柱進(jìn)行連接,形成整體以保持穩(wěn)定。同時(shí)為避免支護(hù)結(jié)構(gòu)變形對鋼管柱施加側(cè)向力,鋼支撐與周邊支護(hù)結(jié)構(gòu)不進(jìn)行連接。鋼支撐后期埋入混凝土梁中作為永久結(jié)構(gòu)的一部分使用,隨撐隨挖,無需拆卸。
圖1 新型永臨結(jié)合型內(nèi)支撐模型
地下二層基本為人防頂板,典型框架梁截面高為1 000 mm。因逆作要求需要設(shè)置柱間后期埋入樓面梁內(nèi)的鋼梁支撐以減小逆作期間柱的長細(xì)比,鋼梁支撐與鋼管柱采用抱箍板連接。該連接方式對鋼梁支撐為剛接,其埋入混凝土梁的典型大樣如圖2 所示。如圖3,型鋼設(shè)于偏梁底部標(biāo)高處,可代替部分主梁底筋。
圖2 鋼梁與鋼管混凝土柱連接大樣
圖3 梁斷面大樣
利用BIM模型技術(shù),建立鋼支撐抱箍三維大樣圖,進(jìn)行三維技術(shù)交底,制作施工安裝動(dòng)畫,模擬各個(gè)施工過程。如圖4 和圖5 所示,指導(dǎo)下料加工,現(xiàn)場安裝,有效提升施工精度。
圖4 施工工序動(dòng)畫模擬(抱箍接頭)
圖5 施工工序動(dòng)畫模擬(內(nèi)支撐)
采用大型有限元軟件Midas 對鋼管柱支架薄弱區(qū)域進(jìn)行受力分析,有限元模型見圖6 所示。
圖6 有限元計(jì)算模型
(1) 鋼管立柱最大組合應(yīng)力出
現(xiàn)在左右兩側(cè)位置,數(shù)值為-59.8 MPa,結(jié)構(gòu)在彈性階段工作,強(qiáng)度滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)中設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。鋼管柱剛度做有限元計(jì)算,變形最大值0.49 mm <L/400,滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017-2003)附錄A 的要求。
(2) 型鋼支撐強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算
型鋼最大組合應(yīng)力為-93.8 MPa,未超過設(shè)計(jì)值,結(jié)構(gòu)在彈性階段工作,強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求;變形最大值1.76 mm<L/400,剛度滿足要求。
該水平型鋼支撐可提升鋼管柱的整體穩(wěn)定性,有效解決深基坑開挖過程中鋼管柱長細(xì)比及應(yīng)力比超限等問題。從而提高土方開挖時(shí)基坑支護(hù)及上部結(jié)構(gòu)的安全性。
加設(shè)該型鋼支撐,土方即可一次性開挖到底,隨撐隨挖,不影響設(shè)備出入,相較于傳統(tǒng)混凝土梁支撐而言,使用該型鋼支撐可避免逐層開挖,磚渣回填,支模及模板裝拆預(yù)留孔洞等傳統(tǒng)弊端,不僅能減少材料浪費(fèi),節(jié)約工程造價(jià),還能大幅度提升施工效率,節(jié)約工期。
該型鋼支撐設(shè)于主梁截面內(nèi)偏梁底部處,可代替部分主梁底筋,作為主梁結(jié)構(gòu)一并澆筑,成為永久性結(jié)構(gòu)無需拆卸。主梁配筋還可相應(yīng)調(diào)整減少,施工工序簡單,方便快捷,安全性高。
型鋼支撐采用抱箍結(jié)合鋼梁的方式與鋼管柱進(jìn)行連接,焊接量極少,避免在鋼管柱上出現(xiàn)連貫弱面,最大程度上確保了鋼管柱的品質(zhì)。