高落差倾斜劲性型钢混凝土剪力墙高支模施工技术

邹渊1,邓年春*2,陆建飞3

(1.广西科技大学土木建筑工程学院,广西柳州545006;2.广西大学土木建筑工程学院,广西南宁530004;3.中天建设集团有限公司,浙江杭州310000)

摘要:南宁万科大厦北楼采用下部剪力墙-上部框架剪力墙(带桁架转换)的结构体系,首层落地斜墙建筑造型新颖,施工难度大.本文主要围绕这种特殊高落差倾斜劲性型钢混凝土剪力墙结构施工过程不同时变边界条件下的模拟结果分析,合理确定分五段浇筑混凝土施工方案,同时重点介绍了落地斜墙“钢结构支撑+钢管脚手架支撑”模板支撑体系中三角墙及斜墙和雪糕筒斜墙支模架搭设控制要点.研究结果表明,该工程高支模施工技术方案安全可靠,满足工程质量与规范要求,对类似工程的高支支模体系设计有所裨益.

关键词:转换层;劲性型钢混凝土;剪力墙;施工;模板

0 引言

近年来随着国家经济快速发展,人们对建筑不断有新的认识和追求,高落差倾斜建筑物不仅满足建筑构造艺术的新颖性需求而且可以实现多功能结构功能.特殊结构高支模施工技术关乎到建筑施工质量和安全,逐渐成为国内外学者研究的重点.现今大跨度悬挑高支模技术多采用格构柱体系、钢筋混凝土构造柱体系,但针对高落差倾斜建筑结构支模技术的研究不足.本文以南宁万科大厦北楼首层高落差倾斜劲性型钢剪力墙为研究对象,基于有限元分析理论与高支模技术详细介绍了落地斜墙“钢结构支撑+钢管脚手架支撑”模板支撑体系的施工技术,能很好解决该特殊结构的施工难点.

1 工程概况

南宁万科大厦位于南宁市五象新区总部CBD,北临五象大道,南临云英路,东面为规划的L路.项目总建设用地面积约2.55万平方米,计容积率建筑面积约11.76万平方米.该项目分为南北两个地块,南楼已施工至地上七层左右,北楼目前处在地下室施工阶段,周边分布陆续施工的多只项目,周边用地较为紧张.北楼一层共设有3块斜向落地剪力墙区域.包括一区:1-3~1-4/1-A~1-D轴范围内的斜墙及三角墙,二区:1a-12~1a-13/1a-A~1a-D轴范围内的斜墙及三角墙,三区:1-14~1-17/1a-1~1a-3轴范围内的雪糕筒斜墙,分布向外分别倾斜23°和12°,如图1所示.

图1 万科大厦相关示意图
Fig.1 Vanke building related diagram

2 斜墙施工过程不同时变边界条件下的数值分析

2.1 施工模拟目的

1)根据图纸和施工方案资料,为保障斜墙浇筑过程施工安全与质量,进行北楼首层斜墙施工过程不同时变边界条件下的分段浇筑模拟结果分析,得到施工过程中型钢混凝土剪力墙的变形和应力等变化情况,确定分段浇筑混凝土施工方案的合理性,为安全顺利地完成施工任务提供技术参考.

2)建立首层斜墙型钢混凝土斜墙模型,通过对计算机模拟的施工过程进行计算,从而得到不同时变边界条件下五次浇筑型钢混凝土斜墙的应力以及变形情况,为实际施工过程中采用“钢结构+钢管脚手架”支撑体系搭设模板提供数值计算依据[1].

2.2 施工准备

1)依据资料:南宁万科大厦北楼建筑与结构图纸;落地剪力墙模板支撑施工专项方案;相关规范及标准.

2)技术方法:通过查看相关资料,对南宁万科大厦北楼项目总体概况进行详细了解,确定项目模拟分析的目的、技术方法,运用通用有限元软件MIDAS GEN建立结构模型,进行北楼首层斜墙施工过程不同时变边界条件下的分段浇筑模拟结果分析.

2.3 钢结构支撑体系

为保证混凝土斜墙底模的侧压力能可靠地传递到钢骨上,需要将钢骨与模板系统进行有效连接,形成整体.对此,拟采用槽钢对斜墙钢骨进行加密,并将模板对拉螺杆与槽钢焊接固定,使得模板体系的荷载能传递至钢骨.连接方式如图2所示.

图2 模板体系与型钢钢骨连接示意图(mm)
Fig.2 The template system with steel reinforced connection diagram(mm)

图3 斜墙模板侧压力计算图示
Fig.3 Calculation of side pressure of inclined wall formwork

图4 三角墙模板侧压力计算图示
Fig.4 Calculation of the side pressure of the triangle wall

2.4 荷载分析

经查荷载规范得支撑结构承受的荷载包括架体自重及混凝土侧压力[2].

1)斜墙模板支撑架侧压力计算[3],如图3所示.

单位宽度斜墙对支撑架的侧压力可视为沿墙体厚度方向两侧模板的侧压力差,该数值等效于单位厚度混凝土的重力分量:

式中:

p——单位宽度内,墙体对其支撑钢架的侧向压力标准值,kN/m2

γc——混凝土重力密度,取25 kN/m3

t——墙体厚度,对一区、二区斜墙取0.8 m、三区雪糕筒取1.2 m;

α——斜墙倾斜角度,对一区、二区斜墙取27°,对雪糕筒取12°;

2)三角墙模板支撑架侧压力计算,如图4所示.

单位宽度三角墙对模板支撑架的总侧压力即混凝土对单侧模板的总静水压力(kN),可按下式计算:

则单位宽度内,三角墙对模板支撑架的平均侧压力为:

式中:

p——单位宽度内,墙体对其支撑钢架的平均侧向压力标准值,kN/m2

γc——混凝土重力密度,取25 kN/m3

H——单次浇筑高度,本工程中可取H=3.3 m和3.1 m进行计算;

2.5 施工过程不同时变边界条件下的模拟结果分析

表1 工况说明表
Tab.1 Table of condition description

根据首层雪糕筒斜墙结构施工进度及混凝土浇筑的顺序,考虑如下五个施工段,如表1所示.

3 模拟结果分析

针对MIDAS GEN分析结果,提取不同施工工况首层落地斜墙最大位移和应力,如表2所示.

表2 工况分析表
Tab.2 Table of condition analysis

经对首层落地斜墙施工过程不同时变边界条件下的模拟结果分析,发现各工况下的三角墙及斜墙和雪糕筒斜墙结构,其最大应力和位移值符合规范要求和一般受力变化情况,因此,分五段浇筑混凝土施工斜墙是较合理施工方案[4].

4 斜墙施工要点和雪糕筒施工流程

4.1 斜墙支模架搭设控制要点

三角墙及斜墙支撑架搭设图如图5所示,其控制要点:

1)通过精细放样,搭设满堂支模架,横距和纵距为900 mm,步距1 500 mm,一次搭设到顶,并布置斜墙定位钢管,用于放置木方模板等斜墙材料.

图5 三角墙及斜墙支模架搭设图(mm)
Fig.5 The triangular wall and the inclined wall formwork erection diagram(mm)

2)剪刀撑采用满堂脚手架加强型布置,与地面夹角45°~60°,架体外部周边及内部纵横向剪刀撑每五跨布置一道,水平剪刀撑两步设置一道.为提高支模架整体稳定性,施工范围内支模架必须与周边结构或已有支模架相连.

3)每两步设置一道抱柱箍,与临时构造柱相连.

4)进行第一段墙体浇筑,水平施工缝设置于斜墙交接节点以上300 mm处,离首层板最大距离3.94 m,标高为-1.63 m.

5)首次混凝土浇筑设置三道落地斜撑杆,水平向间距0.9 m,直接支顶于地下室顶板[5].

4.2 雪糕筒支模架搭设控制要点

雪糕筒支模架搭设如图6所示,其控制要点:

图6 雪糕筒斜墙支模架搭设图
Fig.6 Ice cream cone inclined wall formwork erection diagram

1)雪糕筒斜墙从顶板开始分5次浇筑,浇筑高度分为4×3.5 m和3.3 m,雪糕筒斜墙施工时水平拉结必须可靠.

2)主倾斜方向的不平衡力考虑用斜撑支撑,斜撑布置为沿墙高和水平方向分布为1 200 mm和600 mm,斜撑沿线架设每根立杆相连.

3)各方向剪刀撑布置,垂直雪糕筒墙面剪刀撑如图每跨均布置一道,环墙面方向剪刀撑3 m布置一道,由外立面开始采用45°~60°搭设即可,水平剪刀撑两步一搭设.

4)雪糕筒斜墙按照600 mm×600 mm搭设满堂脚手架,纵横向水平杆与模板顶紧,增加斜墙内侧模板稳定性.大梁处横向加两根立杆,一部分立杆用顶托搭设在横向主愣上[6].

5)雪糕筒斜墙配模图及螺杆分布图专业厂家深化[7-8].

4.3 雪糕筒施工流程

测量放线→剪力墙、暗柱、控制雪糕筒弧形圆线、钢柱、二层梁线→钢柱、梁安装就位,校正→钢柱、钢梁焊接,同时焊剪力墙底部定位筋→零层板面(钻孔)定位外圆龙骨→搭设外侧圈梁及二层顶板梁的满堂架→拉外侧2层梁顶部标高13.35 m~-5.55 m的外圆控制线(根据模板厚+次龙骨厚+主龙骨厚)拉斜线→钢管水平定位龙骨与满堂脚手架水平杆焊接(成圆弧形与剪力墙弧形一致)→铺竖向方钢龙骨→边铺竖向方钢龙骨与外圆模板→放置方钢龙骨与外圆模板固定→完成外圆模板→钉竹条→暗柱钢筋绑扎(因钉竹片暗柱外侧钢筋无法绑扎)→剪力墙外侧两道钢筋绑扎→钻对拉螺栓外侧模板孔→留好外侧螺栓长度与钢骨焊接→绑扎剪力墙内侧两道钢筋→绑扎内侧两道钢筋时要调整好对拉螺栓上下左右的间距→放置控制剪力墙截面的顶撑(内圆模板依靠顶撑,在内侧模板拼接处必须顶撑)→根据内侧定位水平龙骨来对螺栓上下左右间距钻内侧模板孔,定位要准确→安放内圆模板→钉内侧木方(或方钢)次龙骨→放置内侧水平主龙骨(根据标高定位)→调紧对拉螺栓进行加固→雪糕筒内侧楼梯放线、插筋→加固外侧模板、外侧钢管架体加固→搭设雪糕筒内侧高支模架[9],如图7所示.

图7 现场雪糕筒支模架图
Fig.7 The ice cream cone support frame diagram

5 结语

当前建筑结构设计造型越来越独特新颖,特别是高落差倾斜建筑结构的设计极具艺术特色,应用越来越广泛,这对现场混凝土模板支撑体系设计技术、安全质量保证提出了更大的挑战.本文通过对高落差倾斜劲性型钢混凝土结构施工过程的MIDAS GEN有限元分析及雪糕筒斜墙施工工艺研究,得到如下结论:

1)通过针对斜墙施工过程不同时变边界条件下的数值分析的模拟结果研究,确定分段浇筑混凝土施工方案合理,减少施工过程中由于施工工艺不合理导致斜墙产生较大残余应力;

2)通过对施工过程中落地斜墙支模体系控制要点分析,提出“钢结构支撑+钢管脚手架支撑”支模体系,保证了首层落地斜墙施工质量和安全文明施工,且能为类似高落差倾斜建筑工程的施工方案设计提供参考.

参考文献:

[1]于科,杜洪利,孙伟,等.超大悬挑桁架施工模拟分析[J].建筑施工,2015,37(3):375-378.

[2]刘玉涛,黄坚,蒋金生,等.新浇混凝土对倾斜模板侧压力及支架受力分析[J].施工技术,2012,41(11):85-87.

[3]邓宇,曾鑫,张鹏,等.FRP筋混凝土板抗弯承载力理论研究[J].广西科技大学学报,2015,26(4):80-84.

[4]郑磊.1m厚钢筋混凝土超厚斜墙施工过程受力性能分析研究[D].合肥:安徽建筑大学,2014.

[5]中华人民共和国建设部.混凝土结构工程施工及验收规范:GB50204-1992[S].北京:中国建筑工业出版社,1992.

[6]黄庄灯,邓年春,陈立.桥面吊机吊装支承钢箱梁应力分析[J].广西工学院学报,2012,23(3):91-94.

[7]冶金工业信息标准研究院.钢骨混凝土结构技术规程:YB9082-2006[S].北京:冶金工业出版社,2006.

[8]中华人民共和国建设部.型钢混凝土组合结构技术规程:JGJ138-2001[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[9]中华人民共和国建设部.钢结构设计规范:GB50017-2003[S].北京:中国计划出版社,2003.

The strength of steel reinforced concrete shear wall high formwork construction technology of inclined high drop

ZOU Yuan1,DENG Nian-chun*2,LU Jian-fei3
(1.School of Civil Engineering and Architecture,Guangxi University of Science and Technology,Liuzhou 545006, China;2.School of Civil Engineering and Architecture,Guangxi University,Nanning 530004,China;3.Zhongtian Construction Group Co.Ltd.,Hangzhou 310000,China)

Abstract:North building of Nanning Wanker Building uses the structural system of the lower shear wall and the upper frame shear wall(with the truss conversion).Architectural modeling of the first floor sloping wall is novel and the construction is difficult.This paper mainly analyzed the simulation results under different boundary conditions when this construction process of the special high drop inclined steel reinforced concrete shear wall structure is not the same.The construction scheme of concrete pouring is reasonably determined into five sections.At the same time,the control points of triangle wall,inclined wall and ice cream cone inclined wall formwork in steel structure support and steel scaffolding support formwork support system of floor inclined wall is introduced.The research results show that the engineering construction of high formwork technology scheme is safe and reliable and meets the engineering quality and specifications,and benefits the design of high formwork system of similar engineering.

Key words:conversion layer;steel reinforced concrete;shear wall;construction;formwork

中图分类号:TU745.2

文献标志码::A

文章编号:2095-7335(2017)01-0046-07

DOI:10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2017.01.009

(学科编辑:黎娅)

收稿日期:2016-06-29

基金项目:广西大学科研基金项目(XTZ150324)资助.

*通信作者:邓年春,工学博士,教授级高级工程师,研究方向:工程结构的施工技术研究及装备研发,工程结构的健康诊断与维修加固,E-mail:dengnch@163.com.