大截面劲性斜柱施工技术在金华体育场工程中的应用

皮朝阳

一、工程概况

金华市体育中心体育场总建筑面积44064m2，建筑总高度46.130m，平面为椭圆环形。本工程下部为超长钢筋混凝土框架结构，采用V形柱支撑看台和屋面网架，从+6.000m起由一段直立柱分散成向4个面8个方向的4个斜柱与环梁形成钢筋混凝土桁架结构，每个斜立柱跨度不等，最大的达9.8m，与平面成58.7°，斜柱从下到上成倒梯形，下底宽度1.4m～1.8m，上底从1.7～5.7m不等。

二、斜柱模板的选型

斜柱为清水混凝土，质量要求高，为保证清水混凝土的质量要求，模板施工是关键，所以，本工程+6.000m标高以上劲性斜柱采用钢木组合模板，本方案以1200×1200mm斜柱为例对模板进行设计，其余斜柱模板参照执行。1200×1200mm斜柱采用钢木组合模板，面板采用18mm厚进口黑夹板；背楞采用组合钢框，竖背楞采用双10#槽钢进行加固，柱箍采用双12.6#槽钢加工成L型，对角用Φ30斜拉螺杆进行加固。

三、模板分析计算

1.计算内容

（1）模板构件的刚度分析；

（2）模板连接件的强度分析。

2.荷载分析

斜柱基本情况：边长1200mm；柱体状态：单斜柱。倾斜角度从73.67°～76.37°不等；V型双斜柱，向外倾斜角度从73.67°～76.37°不等，自转角随弧度变化不等；高度：h=4500～18000mm。

3.基本荷载

方柱砼线重：q砼线=25kN/m

砼最大侧压力：q砼侧=60kN/m2

浇注砼水平荷载：q水平=6kN/m2

振捣砼时振动荷载：q振=4kN/m2

4.荷载组合

面板最大计算侧压力：

5.柱模构件刚度与强度分析

（1）构件最大受力状态分析

对柱模的三状态，直立、单斜和双斜，对三种支模状态进行综合分析，柱模板在单斜和双斜时都有支撑作用力通过双槽钢背楞作用在模板构件上，除面板外，其余构件受力点跨距变小，减小了构件变形，因此直立状态为柱模构件受力最不利状态，因此，本方案选取直立状态进行分析即可。

（2）面板刚度与强度分析

①计算单元选取：选择1mm宽为计算单元

②材料：18mm厚进口黑夹板

③选取最大侧压力区对面板刚度进行分析

④面板单元受力简图

由于纵肋间距为350，“几”字肋与面板的安装宽度为100，边框与面板的安装宽度为25，因面板支承净间距在250～275之间，按较大值275分析，面板单元的受力简图如下：

⑤面板刚度分析

ω=0.677ql4/100EI=0.677×0.086×2754/100×6.5×103×486=1.05mm＜[ω]=l/250=275/250=1.1mm，其刚度合格

⑥面板强度分析

σ=M/W

M=ql2/10=0.086×2752/10=650.375N·m

W=bh2/6=1×182/6=54mm3

σ=M/W=650.375/54=12.04N/mm2＜f=15N/mm2，故面板强度满足要求。

（3） “几”字肋刚度与强度分析

①材料：100×43×25×3 “几” 字肋，Q235

E=2.06×105N/mm2，I×=1.07×106mm4

f肋=215N/mm2，W×=2.1×104mm3

②计算单元选取

根据柱模钢框结构布置，按最不利状态选定为单根受力区为计算单元，其承载宽度为400，肋长450。

③受力简图如下：

④刚度分析：按单跨简支梁分析

ω几肋=5q线l4/384EI×=5×34.4×4504/384×2.06×105×1.07×106=0.08mm＜[ω肋]=1.5mm，故 “几” 肋刚度合格

⑤强度分析

一般情况下，组合模板钢构件充分满足刚度条件时，强度也必然合格，故强度不在具体分析，可认定合格。

（4）矩形钢管肋刚度与强度分析

①材料：100×50×3方管、 Q235钢材，I×=1.1212×106mm4，W×=2.242×104mm3

②计算单元选取

根据柱模构造，选定最大砼侧压力区双矩形钢横肋为计算单元，其受力宽度为400，长度为1200。

③受力简图如下：

④刚度分析

ω方管肋= （5q线l4/384EI×） /2=5×34.4×12004/384×2.06×105×1.1212×106/2=2.0mm＜[ω肋]=2.4mm，矩形方钢管刚度满足要求。

（5）专用 “L”型边框刚度与强度分析

①材料：120×35× （3～4） 专轧制型钢组焊 “L” 型、Q235，I=1.136×106mm4

②最不利受力简图选取

选定在正常浇注速度下，边框在最大侧压力区连续三跨最不利状态分析，角拉栓间距l=600mm，边框承载宽度b=600mm，其受力简图如下：

③刚度分析

ω=0.677ql4/100EI=0.677×51.6×6004/100×2.06×105×1.136×106=0.19mm＜[ω]=1mm，故边框刚度满足要求。

④强度分析

由于边框刚度远小于允许值，充分满足刚度条件，强度也必然合格。

（6）角斜拉螺栓的强度分析

①材料：M30螺栓，d净=27.50，A毛=706.9mm2，A净=560.6mm2

②受力分析

单角斜拉螺栓承载面积：A=0.6×0.6=0.36m2

单角斜拉螺栓承载力：N拉=V剪=qmaxA=86×0.36=30.96kN

③强度分析

σ=N拉/A净=4×30.96×103/560.6=55.23N/mm2

τ=V剪/A毛=30.96×103/706.9=43.80N/mm2

σn= （ σ2＋3τ2） -1/2= （55.232 ＋3×43.802） -1/2=93.84N/mm2＜f=210N/mm2

故角拉栓强度合格

6.结论

通过计算，该钢框组合柱模板在浇注状态正常情况下各类构件刚度满足要求，强度安全。

四、钢框组合模板的加工

1.柱模板的加工

根据本工程斜柱特点，斜柱最高为18.0m，模板与组合 钢 框 加 工 成1400×600mm、 1400×1200mm、 1400×2400mm、1400×3600mm四种规格的标准板块，斜柱柱根采用非标准板块。施工前根据柱子的长度选择不同模数的板块组装成单面模板，每根柱子的四块单面模板的拼缝位置相同。每根斜柱根据不同高度进行模板的组装。

2.柱箍的设计

结合本工程斜柱的特点，按柱的结构尺寸，采用12.6#槽钢将柱箍加工成两个L型柱箍，采用Φ30斜拉螺杆进行对柱箍进行加固。

3.单层边斜柱模板施工

对该部位斜柱的施工采用在阳面设置拉结点对柱模板进行施工。首先对斜柱进行定位放线，同时搭设好斜柱模板施工的操作脚手架，型钢柱已安装完毕并进行验收，绑扎钢筋并已办理隐检，安装斜柱模板，加固斜柱模板，将在柱高h/2处用双钢管拉住阴面柱模板，单侧为4根；同时在柱高3h/4处用2Φ22的拉索拉住竖向双槽钢背楞，并将拉索固定在阳面楼层梁的预埋拉环上，要求拉环到柱的拉结点水平距离为2h/3。

4.跨四层单斜柱模板支撑

对该斜柱采用分段施工，先施工完成一层、二层结构，待混凝土达到强度后在施工跨四层斜柱第一段，对柱模板的支撑主要采用16号槽钢进行拉结，与预埋在已施工完成的一、二层楼层边梁的槽钢上，斜柱两边共设置两根槽钢进行拉结。施工斜柱过程中穿插三四层结构施工，按施工段的划分进行，待楼层结构满足拉结的要求后，进行斜柱的第二次施工。对第二次斜柱的施工，采用槽钢反拉在已施工的三、四层楼层梁预埋的槽钢上。

5.双斜柱模板支撑

对该斜柱采用分三阶段施工，先施工完成斜撑与看台交接以下部位，待混凝土达到强度后在施工双斜柱的第一部分，对柱模板的支撑主要采用16号槽钢进行拉结，与预埋在已施工完成的看台环梁的槽钢上，待混凝土达到强度后在施工斜柱第二部分及上部看台，第二部分斜柱施工时，同样采用16号槽钢与看台环梁进行拉结，形成斜柱模板体系。

五、结语

定型钢木组合模板体系在金华体育场工程中的应用，很好地解决了大截面斜柱等构件的施工难题、提高了施工的精度和构件成型质量。施工中未出现模板和钢筋的滑移现象。对于这种体形复杂、截面较大的倾斜构件在模板的选型及深化设计上尤为重要。与传统柱模板施工相比，此方法具有技术领先、安全可靠、质量稳定、施工快捷等特点。针对体育场复杂结构，通过精心设计，在对常规柱模板施工应用进行总结，严把每个施工环节，严格验收程序，并在施工前进行计算机三维模拟搭设，有效指导施工操作基础上，既保证工程质量，又满足工期要求，且降低工程成本，取得了良好的经济社会效益。