劉逸文, 張文宇, 周 亮, 周嗣牧, 王 蓋

(中國華西企業(yè)股份有限公司第十二建筑工程公司, 四川成都 610081)

0 引言

隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展,現(xiàn)代建筑已不再僅僅局限于滿足使用功能的要求,而更進(jìn)一步追求新穎的造型、寬敞明亮的空間以及開闊的視野,因此,在確保工程質(zhì)量和安全前提下,對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求也逐漸提高。為此,設(shè)計通常采用大跨度現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的形式。本文就某綜合樓建設(shè)項目大跨度現(xiàn)澆混凝土梁體的起拱進(jìn)行簡要介紹,對其起拱高度、起拱方式以及起拱效果進(jìn)行分析,以提高大跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中的安全和質(zhì)量控制能力,供類似工程參考。

1 工程概況

大渡河流域上段生產(chǎn)管理中心營地建設(shè)工程地處四川省阿壩州金川縣。工程占地面積約4 000 m2,設(shè)計建筑面積總計23 301.74 m2(其中新增建筑面積19 198.40 m2,保留改造已有辦公樓面積4 103.34 m2,包含辦公、公寓(宿舍)、文化活動及其他相關(guān)配套建筑。

該項目擬建地上建筑為1棟綜合樓,包括1座3層、1座4層裙房和1座16層塔樓。16層塔樓最大建筑高度59.65 m,采用框剪的結(jié)構(gòu)形式,剪力墻二級、框架抗震等級三級;3層裙房最大建筑高度14.10 m,采用框架結(jié)構(gòu)形式,框架抗震等級三級,有局部地下室;4層裙房最大建筑高度17.35 m,采用框架結(jié)構(gòu)形式,框架抗震等級三級。裙房區(qū)域結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了大跨度梁的形式來滿足空間造型,框架梁的最大跨度達(dá)到26.80 m,應(yīng)根據(jù)設(shè)計和規(guī)范要求進(jìn)行起拱。

2 起拱原理

通常來說,起拱從原理上可分為兩大類,即施工起拱與設(shè)計起拱。

2.1 施工起拱

在鋼筋、混凝土的自重以及施工荷載等作用下,模板及支撐系統(tǒng)可能存在一定量的沉陷或變形,為了消除此部分變形,施工時將模板按照要求進(jìn)行一定的起拱,此類稱為施工起拱。模板拆除后,施工起拱值在理想情況下應(yīng)被抵消,梁體成水平狀態(tài)。

2.2 設(shè)計起拱

鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的最大撓度應(yīng)滿足規(guī)范要求,而大跨度受彎構(gòu)件撓度計算值容易偏大,其剛度不易控制,通常采用增大構(gòu)件截面高度或增加含鋼量等方法加以控制,但這些方式對大跨度構(gòu)件來說影響其使用空間且經(jīng)濟(jì)上也不合理,因此,借助模板起拱進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的撓度極限值是較為有效的方式之一,此類稱為設(shè)計起拱。

3 起拱值

關(guān)于起拱取值,規(guī)范相關(guān)規(guī)定有:

GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中3.4.3條規(guī)定:如果構(gòu)件制作時預(yù)先起拱,且使用上也允許,則驗算撓度時,可將計算所得撓度值減去起拱值[1]。

GB50666-2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》中4.4.6規(guī)定:對跨度不小于4 m的梁、板,其模板施工起拱高度宜為梁、板跨度的1/1000～3/1000。起拱不得減少構(gòu)件的截面高度[2]。

關(guān)于起拱值的選取,有些設(shè)計在圖紙中雖描述了起拱,但未明確該起拱值是為了補(bǔ)償結(jié)構(gòu)設(shè)計中的最大撓度值還是施工時應(yīng)考慮的模板起拱,亦或是兩者結(jié)合,導(dǎo)致施工方取值錯誤,可能由此造成起拱高度不夠,結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯下?lián)?甚至產(chǎn)生裂縫,影響結(jié)構(gòu)的外觀及使用功能,更有甚者會對結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生影響。也有可能造成起拱高度過大,結(jié)構(gòu)完成面超過設(shè)計值,表面平整度誤差過大,影響后續(xù)裝飾裝修等工序。而起拱時,鋼筋也同樣有一定起拱度,若起拱值過大,鋼筋無法恢復(fù)原狀,將一定程度影響其抗拉性能的發(fā)揮。

故在施工前,施工方與設(shè)計方應(yīng)及時溝通,明確圖紙中關(guān)于起拱的描述,是僅僅在結(jié)構(gòu)設(shè)計中對撓度控制需要的起拱高度還是也包括驗收規(guī)范規(guī)定的施工時應(yīng)考慮的起拱高度[3],這是保證后續(xù)起拱施工質(zhì)量的前提。

本工程設(shè)計總說明中對于起拱的描述:“當(dāng)板短向跨度不小于3 m時,模板應(yīng)按短向跨度的2‰～3‰起拱;當(dāng)梁凈跨大于5 m時,模板應(yīng)按跨度的2‰～3‰起拱,跨高比大者取大值;懸挑梁當(dāng)L≥2 m時,起拱3‰?！睂τ诖罂缍葢姨袅?跨度不小于7.5 m),設(shè)計在梁圖中標(biāo)注梁端起拱45 mm。通過與設(shè)計人員溝通,圖紙中的起拱參數(shù)已包括補(bǔ)償結(jié)構(gòu)下?lián)系钠鸸爸狄约膀炇找?guī)范規(guī)定的施工時應(yīng)考慮的起拱高度,不需要再次疊加起拱值。

4 起拱方式

關(guān)于現(xiàn)澆梁起拱方式的問題,已經(jīng)有總結(jié)許多的施工經(jīng)驗,主要分為幾種。

4.1 減拱法

該種方式僅僅在梁底部進(jìn)行起拱,而梁頂保持水平,如果混凝土澆筑完成后,起拱值大部分未被完全抵消,這會使梁截面高度有所削弱,梁的強(qiáng)度和剛度均有所降低,致使跨中承載能力降低,此時跨中截面的承載力應(yīng)進(jìn)行驗算,如圖1所示。

圖1 減拱法示意

4.2 增拱法

該種方式,在保證梁截面高度不變,梁頂隨梁底部同時起拱,這樣不會降低梁的強(qiáng)度和剛度,如圖2所示。

圖2 增拱法示意

根據(jù)經(jīng)驗,采用減拱法無論鋼筋是否同樣起拱,都會減小梁跨中的有效截面高度,致使梁體強(qiáng)度和剛度降低。而增拱法則不會減小有效截面高度,也不會導(dǎo)致強(qiáng)度和剛度的降低,但若是鋼筋不同時起拱的話,箍筋的尺寸是逐漸變化的,這給施工帶來諸多不便,而鋼筋同時起拱可以有效避免這種問題。鋼筋同時起拱的增拱法,在不降低設(shè)計承載力的基礎(chǔ)上,更加利于施工,是目前最合理的起拱方式之一。因此對于大跨度結(jié)構(gòu),應(yīng)采用鋼筋同時起拱的增拱法。

5 施工控制

就大渡河流域上段生產(chǎn)管理中心營地建設(shè)工程而言,跨度不小于8m的梁體起拱,采用圓曲線矢高法計算大跨度梁體的起拱值,以跨中為中心,兩側(cè)對稱均勻弧線形起拱,根據(jù)模板支撐方案將梁下立桿定位,其頂端對應(yīng)各點(diǎn)即為弧線上各點(diǎn)。以跨中至梁邊立桿為弦,可以得出弦中點(diǎn)矢高(1/4跨中立桿標(biāo)高),然后依次加密弧上各點(diǎn),最后連接成完整的弧線,這樣可以得出梁下相應(yīng)立桿頂?shù)臉?biāo)高。

現(xiàn)場利用高精度水準(zhǔn)儀加紅外線配合的方式進(jìn)行測量,雙向校核大跨度梁起拱高度。使用中軸線法,先確定中軸線梁底支架立桿標(biāo)高。按柱子上彈好的標(biāo)高控制線鋪好底模,根據(jù)計算出的各支架立桿標(biāo)高,通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)立桿的可調(diào)托座外露絲桿長度,調(diào)整底模高度,使用測量儀器校核跨中兩側(cè)立桿標(biāo)高,校核無誤后,分別向中軸線梁兩側(cè)引測模板支架立桿標(biāo)高,每道梁均要校核跨中兩側(cè)對稱立桿標(biāo)高。最后沿次梁方向,校核同一排支架立桿的標(biāo)高,提高測量精度。雙向校核,形成網(wǎng)格測量,確保各主梁各起拱高度一致。

6 效果分析

當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計無需起拱來補(bǔ)償使用荷載下的撓度值時,最理想狀態(tài)是拆模后梁體產(chǎn)生的下?lián)险门c施工起拱值抵消。

本項目模板采用木膠合板，支撐材料采用承插型盤扣式腳手架，在按照設(shè)計要求起拱后，在達(dá)到規(guī)范要求強(qiáng)度下，拆除模板，現(xiàn)場技術(shù)人員采用水準(zhǔn)儀隨機(jī)對大跨度梁標(biāo)高進(jìn)行測量。測量結(jié)果顯示，拆除模板后，梁頂?shù)臉?biāo)高不是全部剛剛好恢復(fù)至水平狀態(tài)，而存在部分向下產(chǎn)生撓度，部分向上殘留拱度，但是誤差值不大，起拱總體上達(dá)到了設(shè)想效果。

出現(xiàn)上述結(jié)果的原因有很多,本工程可能的原因見表1。

表1 缺陷原因與防治措施

7 結(jié)束語

結(jié)合上述分析可知，對大跨度現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁體，相較于其他提高剛度和強(qiáng)度的方法，起拱是更加經(jīng)濟(jì)有效的措施，可達(dá)到減小結(jié)構(gòu)梁高，降低層高，利用空間，節(jié)約工程造價之目的[4]。在確定起拱高度的時候，應(yīng)正確理解設(shè)計和規(guī)范對于起拱值的界定，及時與設(shè)計者溝通，合理取值。

起拱所采用的方式不能削弱削弱梁截面高度,不得影響梁體的承載能力,建議以鋼筋同時起拱的增拱法為宜。