钢板剪力墙及巨型柱模板设计

2016-10-20柯子平裴鸿斌陈学光干海申刘鹏崔爱珍

天津建设科技 2016年1期

关键词：槽钢塔楼螺杆

□文/柯子平裴鸿斌陈学光干海申刘鹏崔爱珍

钢板剪力墙及巨型柱模板设计

□文/柯子平裴鸿斌陈学光干海申刘鹏崔爱珍

天津周大福金融中心工程塔楼地下室核心简钢板剪力墙及巨柱截面尺寸大且受钢管柱、钢骨柱、钢板等钢构件影响，模板加固难度大，节点处理复杂。文章从模板的选型、对拉螺栓设计及布置等方面介绍了塔楼地下钢板剪力墙、巨柱等竖向大截面构件模板施工工艺。

钢板；剪力墙；巨型柱；模板

随着超高层建筑兴起，大截面型钢混凝土结构已屡见不鲜，受混凝土结构中钢骨、钢板等钢结构的影响，此类混凝土结构的模板加固往往不能按照常规模板加固工艺进行施工。

目前国内巨型型钢混凝土结构施工采用定型钢模板施工工艺较多，但钢模板购置一次性投入大，成本较高，必须加速周转，增加使用次数，才能降低成本。

天津周大福金融中心塔楼地下室结构施工存在工期紧、竖向结构构件内有型钢且截面大、模板需求量大、周转次数少、冬季施工等特点，竖向结构若采用钢模板，一次性费用投入相对较大，鉴于上述原因塔楼地下室模板施工将采用改进的“散支散拆”模板体系，充分发挥“散支散拆”模板体系的方便及灵活性并对关链工艺和节点进行改进，以降低施工操作难度，提高工作效率，确保施工质量。

1　工程概况

天津周大福金融中心为超高层大型城市商业综合体，建筑高度530 m，总建筑面积39万m2，地下面积98 370 m2，由4层地下室，5层裙楼和100层塔楼组成。

1）塔楼地下室层高较大，最高达到5.7 m且剪力墙及框架柱结构截面巨大，如何保证地下室巨型组合柱的施工质量将成为塔楼模板工程施工的难点。

2）塔楼四角巨型墙、核心筒剪力墙及外框柱均为型钢混凝土结构，受剪力墙内钢管以及钢板的影响对拉螺栓不能穿过对墙体形成对拉，而且墙柱内钢筋密集，模板对拉螺栓设置成为又一难点。

2　模板方案设计

2.1结合剪力墙钢板过灰孔进行对拉螺栓设计与布置

塔楼地下室剪力墙为钢板剪力墙，模板加固时对拉螺栓无法穿过形成对拉，给模板加固造成困难。根据设计图纸，核心筒剪力墙钢板设计有直径150 mm，间距1 000 mm×1 000 mm的混凝土过灰孔，因此首先通过利用过灰孔进行对拉螺栓的布置，与钢构深化设计协调并结合钢板深化图纸对过灰孔进行局部微调使过灰孔得到充分利用，见图1。竖向结构阴角处过灰孔不能满足加固要求的情况下，在钢板上增加一排（列）直径60 mm螺栓孔，确保模板体系满足受力要求。

图1　结合对拉螺栓布置原则进行过灰孔深化

2.2对拉螺栓设计与螺杆类型的选择

结合钢板过灰孔深化图纸进行螺栓孔深化，初步确定螺栓孔的水平间距为1 000 mm，竖向间距为1 000 mm，按照此间距普通对拉螺栓强度将无法满足抗拉强度，因此为减少对剪力墙钢板开洞，塔楼地下室模板将采用高强对拉螺栓。

经过计算受力最大的螺栓达到100 kN左右，采用M20高强对拉螺栓（Ntb=150 kN）在此过灰孔间距下完全可以满足模板加固的要求。

通过利用过灰孔进行对拉螺栓布置解决塔楼地下室核心筒钢板剪力墙螺栓设置难题。

2.3模板螺杆接驳器设计

塔楼地下室角部巨型剪力墙，受内部钢管、钢骨阻挡影响，对拉螺栓不能按常规情况设置，首先考虑避开钢骨设置对拉螺栓，如无法避开或避开困难时，在钢骨上焊接对拉螺杆接驳器，与高强螺杆进行机械连接，通过此方法对模板进行拉结加固。

1）接驳器机械连接强度设计。接驳器与螺杆需配套，确保高强螺杆与套筒丝扣完全吻合，避免螺杆与套筒不配套影响机械连接强度，接驳器长度需满足机械连接的抗拉强度。

2）接驳器焊接强度设计。接驳器与钢管柱（钢骨柱）焊接，接缝抗拉强度要求高，经过计算接驳器需采用坡口设计，增加焊接的有效截面积，接驳器钢材需为Q345B及以上材质且接驳器必须具有较好的可焊性，避免焊接后变形，造成螺杆不能拧入接驳器。

接驳器机械连接抗拉设计强度、接驳器与钢柱（钢骨）焊接设计强度不能低于高强螺栓抗拉强度。可焊套筒长度、倒角尺寸、倒角底径、丝牙深度等具体参数以及与钢板焊接的坡口、焊缝尺寸由材料厂家试验自行确定，提供正式的书面技术标准。

2.4确定模板加固体系

采用如下材料对塔楼地下室钢板剪力墙及巨柱进行加固采用的材料见表1。

表1　模板加固体系材料

2.5模板加固体系节点设计

1）竖向结构阳角加固设计。针对塔楼地下室截面尺寸过大，墙体、结构柱等竖向结构，常规方法对拉螺杆长度过长，难以保障拉结紧固强度。对此进行优化设计，通过竖向结构阳角斜拉的原理对竖向结构角部进行加固，见图2。此方法同时也解决了核心筒剪力墙角部加固难题。

图2　优化前后巨型柱角部对拉螺栓加固方法

根据现场材料情况，槽钢加工切割之后会产生一定量的短废槽钢，为提高现场槽钢的利用率，现场将利用短废槽钢进行角部节点设计，角部节点设计加工制做流程见图3。

图3　短废槽钢加工流程

2）竖向结构阴角设计。核心筒竖向结构阴角部位采用槽钢进行定型加工，以确保阴角部位混凝土成型质量。

3）主龙骨槽钢分段连接节点设计。为确保双槽钢主龙骨加固时可操作性，避免双槽钢过长、重量过大造成工人施工的不便，对双槽钢主龙骨进行分段定型加工，每段长度为2 m。各段槽钢端头焊接开洞钢板，通过高强螺栓进行紧固，对于竖向结构下端三道槽钢连接部位增加一段槽钢进行补强。各连接端头部位竖向应错开，避免接头在同一截面上，见图4。

图4　分段槽钢连接节点设计

4）剪力墙穿墙洞口处模板设计。在剪力墙混凝土浇筑过程中，穿墙洞口底部混凝土浇筑难以保证其密实且无法振捣，若在洞口底部支模时设置排气孔，则会有混凝土溢出，浪费材料且后期处理较为困难。

为确保核心筒剪力墙处混凝土施工质量在剪力墙洞口支设模板时，在模板顶部和底部之间设置DN150 mmPVC管，根据洞口长度、宽度决定浇筑导管数量，每根导管负责半径为500 mm范围内混凝土浇筑且振捣棒可通过导管对洞口底部混凝土进行振捣，进一步保证混凝土质量，见图5。

图5　穿墙洞口模板+串筒设计

5）接驳器位置对拉螺栓保护套设计。由于结构中钢骨及钢板的影响，在这些位置设置对拉螺杆接驳器，通过螺杆与接驳器（可焊接套筒）机械连接的方式对模板进行加固。为避免螺杆机械连接端头处污染造成后期螺杆取出困难或取出后不能拧入接驳器等问题，采用不同直径的PVC管及相应特殊加工制作的塑料堵头组成如下图所示螺杆特殊保护装置，确保对拉螺栓的循环利用，也有效防止了螺栓孔漏浆的问题。

3　实施效果检查

混凝土浇筑完毕，拆模后现场检查，剪力墙和巨柱混凝土观感质量好，墙体表面无裂缝，无蜂窝麻面，阴阳角方正顺直，垂直度、表面平整度、接缝高低差均在规范允许偏差范围内，施工质量整体提高。

4　模板施工体系创新点

1）钢结构深化设计技术。钢板墙过灰孔深化设计过程中充分结合螺栓孔布置图，进行局部微调确保了模板加固的要求，避免增加剪力墙钢板开孔数量，减少了后期钢板加工补强措施的工作量，同时φ150 mm的过灰孔为现场模板施工提供了便利，有效减少了螺栓与密集钢筋的碰撞，提高了施工效率，有利于塔楼地下室节点工期的实现。

2）高强钢材应用技术。塔楼地下室工程中使用的高强对拉螺栓及相应配套的接驳器、螺母的材质为Q345B，与常规螺栓加固所采用间距相比，螺杆间距增大接近2倍且满足加固要求，减少相当一部分加固工作量且较少剪力墙螺栓孔数量更有利于提高混凝土表观质量。

3）高强对拉螺栓机械连接及可焊接套筒应用技术。通过合理利用接驳器焊接及机械连接的原理解决塔楼地下室模板对拉螺栓不能按常规情况设置，模板加固难的问题，而且确保了高强对拉螺杆的回收利用。

4）绿色施工技术。塔楼地下室在进行长槽钢加工时候会产生一定短废槽钢，在进行角部斜拉节点设计时，充分考虑短废槽钢，利用短废槽钢进行两次切割后形成三角槽钢与槽钢进行焊接定型化加工，提供了材料的利用率，达到了节能环保的目的。