矩钢在大截面框架柱模板加固体系中的应用

□文/史永胜 王 涛 李 隆

1 工程概况

天津医科大学空港国际医院一期工程是一座现代化的住院、门诊和医技综合于一体的三级甲等医院，工程分为门诊部、住院部和医技部3部分，工程总建筑面积96 863 m2，地下1层，地上门诊部4层、医技部1层、住院部10层，最高檐口高度40.55 m。住院部为框剪结构，门诊楼和医技部为框架结构，基础为钻孔灌注桩和PHC管桩、承台+整体筏板基础形式。

2 工程特点

门诊楼和医技部为框架结构，层高4.5～6.28 m，单层面积大，框架柱数量较多，截面较规矩，多为正方形截面，最大850mm×850mm，少数为矩形截面。

为满足主体结构观感质量的高要求，对框架柱的支模体系进行优化，引进刚度较大的50mm×90mm×4mm矩钢做框架柱柱箍，代替传统的双钢管柱箍加固方式。由于钢筋混凝土竖向构件拆模早，所以只需配备部分矩钢柱箍即可满足流水施工要求。

3 主要施工技术及措施

3.1 工艺原理

采用矩钢做柱箍背楞，利用矩钢刚度大的特点，取消传统洞穿柱体内部的对拉螺杆，仅在柱两侧采用φ14mm高强螺栓对模板体系进行对拉，从而消除柱表面的对拉螺栓孔及由其引起的漏浆等质量缺陷。

考虑到矩钢在螺杆孔周围受力比较集中，为防止矩钢产生较大变形，在螺杆孔处（螺帽一侧）焊接50mm×50mm×10mm钢板垫片，进行加强处理，见图1。

图1 螺杆孔处进行加强处理

3.2 工艺流程

矩钢制作→矩钢穿孔→焊钢板垫片→柱模板支设→矩钢背楞加固→柱模校正调整。

3.3 柱模板支撑设计

1）采用15mm木胶合板和40mm×90mm木方散拼安装柱模板，用木方做竖楞，柱角处必须要有木方。

2）按柱截面尺寸进行模板加工，在拼接部位贴好海绵条、定好压脚板再安装柱模板，模板内侧刷脱模剂，外侧竖向钉长木方。

3）用加工好的矩钢做横向背楞对柱模板体系进行加固，矩钢间距500mm（第一道离地200mm）。

4）穿φ14mm高强对拉螺栓并适当加固，建议采用双螺帽，见图2。

图2 柱模板加固

5）在柱4个方向均用钢管做斜撑，斜撑顶在混凝土楼板上，对柱模板进行校正。

4 大截面框架柱矩钢加固设计验算

以地下室850mm×850mm框架柱为例进行验算。

4.1 基本参数

柱模板的截面宽度B=850mm，截面高度H=850mm，柱模板的计算高度L=5 600mm，柱箍间距计算跨度d=500mm。柱箍采用方钢管50mm×90mm×4mm。柱模板竖楞木方截面宽度40mm，高度90mm，间距162mm。面板厚度15mm，剪切强度1.4 N/mm2，抗弯强度15.0 N/mm2，弹性模量6 000.0 N/mm2。木方剪切强度1.6 N/mm2，抗弯强度 15.0 N/mm2，弹性模量 9 000.0 N/mm2。

4.2 载荷计算

强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和倾倒混凝土时产生的载荷设计值；挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力产生载荷标准值。新浇混凝土侧压力标准值F=40.540 kN/m2。

考虑结构的重要性系数0.9，实际计算中采用新浇混凝土侧压力标准值 F1=0.9×40.000=36.000（kN/m2），倒混凝土时产生的载荷标准值F2=0.9×3.000=2.700（kN/m2）。

4.3 矩钢柱箍计算

竖楞木方传递到柱箍的集中载荷P=3.81 kN。柱箍按照集中载荷下多跨连续梁计算，经过计算得到最大弯矩M=3.181 kN·m，最大支座F=9.513 kN，最大变形V=1.305mm，柱箍的截面力学参数为截面抵抗矩W=24.62 cm3；截面惯性矩 I=110.77 cm4。

1）柱箍抗弯计算强度f=M/W=3.181×106/1.05/24 615.8=123.07（N/mm2）＜215.0 N/mm2,满足要求。

2）柱箍最大变形V=1.305mm＜1 090.0/400,满足要求。

4.4 高强螺栓验算

式中：N为对拉螺栓所受的拉力，9.513 N；A为对拉螺栓有效面积，mm2；f为对拉螺栓的抗拉强度设计值，取 170 N/mm2；[N]为对拉螺栓最大容许拉力值，kN。

对拉螺栓的直径14mm，有效直径12mm，A=105.000mm2，[N]=17.85 kN。N＜[N]，对拉螺栓强度验算满足要求。

5 效益分析

1）与传统双钢管柱箍加固方式比较，虽然一次投入大，但矩钢周转次数多，损耗极小，按常见尺寸加工成型后，可实现多个项目重复利用。同时由于取消了穿柱螺栓，避免模板钻孔，降低模板损耗率，节约材料费和后期螺杆洞处理费用；大大减少螺栓洞口漏浆起砂质量通病，提高结构观感质量。

2）按目前常规优化方法双槽钢柱箍考虑，至少采用8#双槽钢，而采用50mm×90mm矩钢(壁厚4mm)的两端螺杆眼部位进行加强处理后也可满足施工要求，同时每米可节约钢材量8.045×2-8.792=7.298（kg）。整个工程预计节约钢材75 t。

6 结语

矩钢在大截面框架柱模板加固体系中的应用，取消了穿柱螺杆，从而消除结构表面螺栓孔，提高结构观感质量，同时降低后期螺栓孔处理费用，获得了较大地社会效益与经济效益。

[1]《建筑施工手册》编委会.建筑施工手册[M].4版.北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]GB 50010—2010,混凝土结构设计规范[S].

[3]中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册[M].北京：中国计划出版社，2002.