钢管+型钢组合钢筋支架在超厚筏板施工中的应用

2020-10-30叶弘菁路梦良赵小勤罗永成

工程质量 2020年4期

关键词：支撑架型钢横梁

叶弘菁，路梦良，赵小勤，罗永成

（中建三局第三建设工程有限责任公司，湖北武汉 430074）

0 引言

对于超高层建筑，上部自重大，在其超厚底板施工过程中如何支撑其大量的底板钢筋，保证钢筋间距及浇筑中架体稳定性是底板浇筑难点。本工程采用钢管+型钢组合钢筋支架的方法对底板钢筋进行支撑。

1 工程概况

1.1 整体概况

常熟世茂商务中心项目位于江苏省常熟市闽江路以南、新世纪大道以东、珠江路以北、香山北路以西 3# 地块内，在建规划为常熟市第一高楼。项目由 B、C 楼超高层、商业裙房以及地下车库构成，总建筑面积约 154 542 m2，其中 B 楼 50 652 m2，C 楼 78 502 m2，地下建筑面积 25 388 m2。项目主楼基础为筏板-桩基础，裙楼基础为承台-筏板-桩基础。底板按厚度不同可分为：B 塔楼区段（板厚 2.6 m）、C 塔楼区段（板厚 3 m）、裙房区段（板厚 0.8 m）、B 塔楼加深坑区段（板厚 7.3 m）、C 塔楼加深坑区段（板厚 7.4 m）。底板采用混凝土强度等级 C35，抗渗等级为 P8。B 塔楼底板面筋为双层双向直径φ25@200 mm 的通长钢筋，C 塔楼底板面筋为双层双向直径φ28@200 mm 的通长钢筋，底板中间设置温度筋。

1.2 超厚底板概况

1.2.1 B 塔楼底板概况

B 塔楼深基坑典型剖面如图 1 所示，主要分为 3 类剖面深度，第一类位于裙房底板区，坑底标高-14.30 m；第二类为电梯井或者集水井区，坑底标高-16.70 m；第三类为核心筒坑中坑区域，坑底标高为-17.80 m 和-19.00 m。考虑 3 种典型剖面，底板钢筋支架可相应深化为 3 类，第一类高度为 2 600 mm；第二类高度为 4 000 mm；第三类高度为 6 400 mm 和 7 300 mm。

图1 B 楼基坑剖面图（单位：mm）

1.2.2 C 塔楼底板概况

C 塔楼剖面情况与 B 塔楼类似，其典型剖面图如图 2 所示。

图2 C 楼基坑剖面图（单位：mm）

2 底板钢筋施工难点及支架选型

2.1 施工难点分析

1）相较于正常板厚施工中多采用钢筋支架，本项目基础底板厚度最厚处可达 7.45 m，采用传统临时钢筋支架其强度及稳定性问题均难以保证［1］。

2）本项目基础底板钢筋总量大，钢筋间距为 200 mm，分布较密，钢筋直径 B 楼部分多为 25 mm，C 楼部分多为 28 mm；底板面部钢筋层数多，底板钢筋自重对支架承载能力要求高。

3）除去施工材料自重荷载，后期底板混凝土浇筑时施工荷载产生的作用也不容小视，后期混凝土施工时，施工人员和布料机的重量，铺设在面筋上的泵管也会造成架体晃动，因此需根据不同部位详细情况对钢筋支架深化设计。

4）基础底板厚度大部分在 3 m 左右，在一些特殊部位甚至可达到 7.45 m 厚，如何保证钢筋支架在搭设、堆放材料及浇筑施工过程的稳定性，是需要解决的难点问题。

2.2 筏板钢筋支架形式选取

在超厚筏板施工中，钢筋支撑架主要形式可分为钢筋支撑架、钢管支撑架及型钢支撑架。其中钢筋支撑架一般采用直径 32 mm 的钢筋搭设，钢管脚手架一般采用φ48 mm×3.0 mm 钢管搭设，型钢支撑架一般采用［8搭设。3 种形式各有优劣，其中钢筋支撑架增加钢筋用量及焊接作业量，对焊工数量要求大，且本工程基坑深度大面积在 3 m 左右，钢筋分布较密，底板上部钢筋自重，施工人员、材料自重及混凝土浇筑时产生的动荷载较大，而钢筋支架刚度及稳定性较差，无法保证底板施工中强度及稳定性，故钢筋支架形式不予考虑［2］。

针对本工程底板厚度变化大，板面钢筋体量大，及对架体稳定性要求高的施工难点，考虑按照底板厚度不同，对不同部位进行差异化选型设计。其中型钢支架主材［8截面惯性矩大，其受压承载力强，稳定性更好，且型钢支架焊接速度快，完成面平整度好，故针对厚度≤ 3 m 底板（占底板总面积 90 %），采用型钢支撑架形式。而对于部分深坑部位（底板厚度 4 m 以上，占底板总面积 10 %），其钢筋支架应同时满足搭设灵活性、支架稳定性及横梁强度及挠度的多方面要求，故结合两种支架形式特点，对深坑部位采用钢管立柱与型钢横梁相结合的形式，在满足灵活性及稳定性要求的同时，更有利于混凝土散热，对深坑部位底板施工最有利。为保证支架强度、挠度及稳定性方面的要求，需要对支撑架进行验算。

3 钢管 + 型钢支撑架设计

根据底板厚度及面积分布比例不同，将底板支架分为两类，其中厚度≤3 m 底板采用型钢支撑架进行设计，而对底板厚度＞4 m 区域采用钢管+型钢的组合形式进行设计。

3.1 板厚≤3 m 区域型钢钢筋支架设计

型钢支撑架立柱及横梁均采用型钢做为主材。根据底板钢筋图纸对支架槽钢型号及间距进行设计，并对支撑架强度、挠度及稳定性进行验算。支架设计及验算内容如下。

3.1.1 板厚≤ 3 m 区域型钢钢筋支架设计

支撑立柱采用 8# 槽钢，纵横向间距 2 000 mm，顶部横梁采用 8# 槽钢，中部温度钢筋支架采用直径 28 mm 的钢筋；立柱底焊接 130 mm×130 mm×10 mm 钢板；立杆之间用 28 mm 钢筋连接如图 3～4 所示。

图3 底板支架详图（单位：mm）

图4 型钢立柱与钢筋平面布置图（单位：mm）

3.1.2 型钢支撑验算

考虑荷载不利位置，取支撑架高度为 3 m，板面设 4 排直径 28 mm 钢筋，综合考虑各种不利因素折减后，面筋自重标准值取 1.5 kN/m2；施工设备荷载取 1 kN/m2，施工人员荷载取 1 kN/m2。

支架横梁强度和挠度计算取三跨连续梁情况。在取支架面部荷载及施工荷载均为均布荷载的情况下，荷载计算值为：静荷载 q1=1.2×1.50×2.00=3.60 kN/m；活荷载 q2=1.4×1.00×2.00+1.4×1.00×2.00=5.60 kN/m。

1）横梁强度计算。

均布荷载作用下最大弯矩值：M1=0.08q1l2+0.10 q2l2=（0.08×3.60+0.10×5.60）×2.002=3.392 kN•m。

计算支座处最大弯矩值：M2max=0.10q1l2-0.117 q2l2=（0.10×3.60+0.117×5.60）×2.002=4.061 kN•m。

组合选取跨中最大弯矩值及支座最大弯矩值验证横梁强度，经计算：

σ=4.061×106/25 300.00

=160.506N/mm2＜205.00 kN•m，满足要求。

2）横梁挠度计算。

荷载标准值如下：静荷载 q1=3.00kN/m；活荷载 q2=2.00+2.00=4.00kN/m。

最大挠度为：Vmax=（0.677×3.00+0.990×4.00）×2 000.004/（100×2.05×105×101 300 0.00）=4.616 mm。

横梁最大挠度 4.616 mm，＜2 000/150=13.3 mm 及10 mm，横梁挠度满足要求。

3）支架稳定性验算。

支架立柱截面参数如表 1 所示。

表1 支架立柱截面参数表

根据立杆的长细比 λ=h/i=95，取 φ=0.626，考虑支撑立柱受力方式，可按照轴心承压构件模型计算立柱稳定性：σ= N/φA≤［f］=205.00 N/mm2。

对最不利荷载组合计算，支架立柱对横梁的最大支座反力为：Nmax=1.1q1l=1.1×3.6×2=7.92 kN；

σ=7.92×1 000/（0.626×10.24×100）

=12.355N/mm2；

立杆的稳定性验算 σ≤［f］，满足要求。

3.2 板厚超 4 m 区域钢管+型钢钢筋支架设计

钢管+型钢钢筋支架上部采用型钢作为横梁，下部为钢管架。两者结合可在同时保证支撑架对强度及灵活性的要求。上部横梁及下部钢管架设计及架体验算内容如下所述。

3.2.1 板厚超 4 m 区域钢管+型钢支撑架设计

超过4m的底板采用钢管立杆+8#型钢横梁支架，立杆纵横向间距 2 m，步距 1.5 m，钢管支撑架扫地杆距立杆底部≤200 mm，钢管立杆下垫 130 mm ×130 mm×10 mm 的钢板，纵横向每隔跨设置竖向剪刀撑，并在架体顶部设置连续水平剪刀撑，如图 5～ 6 所示。

图5 B 楼加深基坑支撑布置剖面图（单位：mm）

图6 C 楼加深基坑支撑布置剖面图（单位：mm）

3.2.2 型钢+钢管支撑验算

考虑荷载不利位置，取支撑架高度为 7.4 m，板面设 4 排直径 28 mm 钢筋，综合考虑各种不利因素折减后，面筋自重标准值取 1.5 kN/m²；施工设备荷载取 1 kN/m²，施工人员荷载取1 kN/m²。

1）高度为 7.4 m 横梁强度及挠度验算方法同高度为3 m 处，经验算：

①横梁强度σ=102.287 N/mm2＜205.00 N/mm2，强度满足要求；

②横梁挠度νmax=2.358 mm，支架横梁的最大挠度2.358 mm ＜2 000/150 mm 与 10 mm，满足要求。

2）立杆稳定性验算。

λ=l0/i=1 500.000/16=93.75，取φ1=0.641，Nd=Max［R1，R2，R3，R4］+1×γG×q×H=Max［16.276，33.474，33.657，14.553］+1×1.35×0.15×7.4=35.155 kN

fd=Nd/（φ1A）＝35.155×103/（0.641×398）=137.799 N/mm2≤［σ］=205 N/mm2，满足要求。

4 钢管+型钢组合钢筋支架施工

4.1 弹线定位

测量组根据现场测量控制网，确定支架立柱位置，并用墨线标记出位置线。位置线确定后，需按照立柱位置在立杆下部摆放好 50 mm 厚的混凝土垫块。垫块为提前预制，需保证垫块具有足够的强度。

4.2 底板钢筋施工

按照图纸上规定的底板双向钢筋上下布置的情况进行翻样下料，按照设计和规范要求绑扎钢筋，为确保施工顺序进行，在底板钢筋绑扎完成后需及时进行隐蔽验收。

4.3 钢筋支架施工

根据放线位置树立立柱，需保证每一根立柱底座下方均有垫块。竖起立柱并固定底座与底层钢筋后，再在立柱下部焊接钢筋斜撑，确保立柱的稳定，施工中须保持立柱间处于连接直线上。立柱树立稳固后进行焊接横梁，并完成顶部钢筋施工。按要求在支架之间设置竖向剪刀撑，加强支架整体的稳定性。需注意在完成钢管架体施工进行灌浆施工。支架整体完成后需进行验收。