超厚筏板钢筋支撑体系变形控制施工技术分析

张 杭 徐 辉 赵遂南

（中海兴业（成都）发展有限公司，四川 成都 610000）

超高层建筑要求基础承载力大，一般设计多为桩筏基础，且筏板厚度较大。为满足深厚筏板的受力要求，筏板钢筋一般布置有板底受力钢筋、板顶受力钢筋和中间层的抗裂钢筋[1]。中上部钢筋布置范围广、层数多、自重大，为满足中上部钢筋层的空间位置要求，传统超高层项目中多采用钢筋支撑和钢管架支撑体系来支撑中上层钢筋[2]。但随着基础埋深和厚度逐渐加大，越来越多的项目采用型钢支架支撑体系来承受越来越大的配筋量，以满足其承载力和稳定性要求。由于中上层钢筋网片自重较大、架空高度高等特点，支撑体系的变形坍塌事故逐渐凸显，引起行业关注[3-4]。因此，如何有效控制超厚筏板钢筋支撑体系的变形成为结构设计和施工中需要优先考虑的重要因素。本文将依托中海成都天府新区超高层项目，对筏板钢筋支撑体系变形控制措施展开研究，运用有限元模型对钢筋支撑体系内力、位移进行计算分析，并对支撑体系进行实时监测。

1 工程概况

中海成都天府新区超高层项目地下室共五层，采用桩筏基础，埋深31.2m，基础筏板底板面积约1.14 万㎡，筏板厚度为5.5m～7.4m，基础筏板布置有板底钢筋、抗裂钢筋网片和板顶钢筋。筏板板底通长钢筋双向布设，共4 层，局部布设有双向附加钢筋，共6 层；抗裂钢筋网片双向布设，共4 层，距板底高度依次为1.9m 和3.7m；板顶通长钢筋双向布设，共4层，每层钢筋规格为Φ32mm@150mm；局部布有双向附加钢筋，共2层。

2 方案筛选

本项目筏板厚度普遍为5.5m，局部坑中坑位置可达到7.4m，筏板厚度较大。中上层钢筋规格大、层数多、自重大且架空高，钢筋主要规格为Φ32mm，层数多为4排，最多处达到6排。常规钢筋支撑架不能满足其承载力要求，且钢筋支撑架和钢管支撑架不易满足其变形要求。本项目筏板一次施工面积较大，整体稳定性要求较高，且在大体积混凝土浇筑时，动荷载较大。钢筋支撑架和钢管支撑架自身刚度低，力学性能较差，易弯曲变形。综上所述，钢筋支撑架因其弯曲变形较大，承载力较低不予考虑；钢管支撑架因其自身刚度低，受动荷载影响易变形，连接扣件易松动不予考虑；型钢支撑架承载力高、稳定性强，型钢自身刚度大，抵抗动荷载能力强，更易控制变形，安全性能高，能保障施工安全；而且型钢支架体系由立柱、横杆及斜撑现场焊接，有利于支撑体系局部加固灵活布置，焊接质量直观可控。此外，型钢支架划分区域流水施工，弥补了焊接工序造成的施工工期长的缺陷，降低成本。因此，本项目采用型钢支架支撑方案。

3 型钢支撑架设计概况及工艺流程

筏板钢筋型钢支撑架结构形式为空间立体桁架，按排布置，设型钢支撑架横梁、立柱和斜撑，并将其有效焊接成整体，以增强支撑架稳定性[5-6]。支撑架标准柱距为2.1m，局部有加密，以适应筏板顶底标高变化；型钢支撑架立柱、顶层横梁采用12#槽钢，支撑架交叉斜撑、系杆采用L50mm×5mm角钢。支撑架底部焊接短节12#槽钢（400mm），槽钢翼缘朝上坐落于底部钢筋面层上，以分配部分立柱荷载。工艺流程为：底部钢筋位置线→绑扎底板下部钢筋→局部操作架→型钢支撑架立柱（连续施工6～8榀）→顶层横梁系杆→系杆（-31.2m（深坑处）、-29.3m、-27.5m）→斜撑→验收型钢支撑架→验收合格后，绑扎上层钢筋和中间钢筋网片→钢筋隐蔽验收→混凝土施工。

先放置100mm×100mm×100mm 的C45 混凝土垫块，间距小于2000mm×2000mm，在立柱周围，如钢筋与混凝土垫块接触面不够，则额外增加混凝土垫块。再按照图纸要求铺设底板钢筋、槽靴（槽靴长度为400mm，材料为12#槽钢），通过与底板最上层钢筋焊接固定，再在槽靴上放置立柱，确保每根立柱下面均有混凝土垫块。立杆采用强度等级为Q235b的12#槽钢，型钢支撑架立柱需落入底板下层钢筋上，并保证立柱竖直后，与立柱底部节槽钢焊接（分配立柱部分竖向力），短节槽钢翼缘必须朝上。柱网大部分区域按2100mm×2100mm间距布置，在坑中坑、集水坑处柱距加密，槽钢强轴统一沿X向放置。

除底板深坑外，型钢支架均设置3 层系杆，深坑处设置4层系杆。系杆双向布置，与立柱进行焊接。立柱施工过程中，必须及时穿插系杆施工。除底板两处深坑外，其余系杆顶标高为-29.3m、-27.5mm，深坑内系杆顶标高为坑底标高1.9m。横梁采用强度等级为Q235b的12#槽钢，大部分区域以2100mm 的间距进行布置。横梁通长放置于立杆柱头，纵向系杆在横梁下方与立杆焊接，便于施工。斜撑采用强度等级为Q235b 的L50mm×5mm 的角钢与立杆或横梁进行焊接连接。用于拉结不同榀的X向钢架，以形成整体，抵御Y向水平荷载；减小立杆弱轴方向计算长度，增强稳定性。型钢支架体系变形和位移一直是导致支架体系失稳的直接因素，对于超厚筏板基础的钢筋支撑体系，即使是产生轻微变形都会影响其上层钢筋标高，从而使筏板顶部钢筋保护层偏大，筏板混凝土产生开裂，继而产生地下室渗漏风险。

4 型钢支架安装及各关键节点变形控制

为有效控制型钢支架体系的变形，本章将介绍本工程采用的几种有效控制变形的节点做法及方案。

4.1 型钢支架体系变形控制要点

项目超厚筏板钢筋支撑体系施工难点在于项目板底钢筋层数多、中上层钢筋层架空高、钢筋规格高、自重大；筏板一次施工面积大，以及在大体积混凝土浇筑时动荷载大扰动强，对支撑体系的竖向承载力、强度、挠度和稳定性都提出了较高要求。因此，为了对型钢支架体系进行有效变形控制，要在每一道工序细节进行把控。

4.2 控制变形节点做法及方案优化

为满足底筋保护层的设计要求以及满足由立柱传递的竖向压力，需放置同标号混凝土垫块以保证其不被破坏，从而保证上层和下层钢筋网片的保护层厚度满足设计要求。因此，对下部混凝土垫块及垫层进行局部承载力验算：取2000mm×2000mm 的正方体模型，下部四角放置4 个100mm×100mm×100mm 的C45 混凝土垫块，根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010）可知，C45 垫块轴心抗压强度设计值为21.1MPa，垫层C25 轴心抗压强度设计值为11.9MPa，因试块为非标准尺寸，根据《混凝土强度检验评定标准》（GB/T 50107-2010），取折减系数为0.95，故C45垫块轴心抗压强度取值P1=20.045MPa；最大支座反力F1=40kN；锚栓及盖板自重F2=10kN；单个垫块承受上部钢筋荷载F3=(0.00617×402×2×（2000/150）×10×10)/1000=26.33kN；垫块承受P2=（（40+10+26.33）×1000）/（100×100×0.9）=8.48MPa。

因P2＜P1、P2＜F3，故C45垫块强度及C25垫层强度满足现场使用要求。

4.3 型钢支架柱脚加固方案

为减少竖向承压，减少钢筋网片竖向受力导致的Z向位移。本工程提前为立柱焊接底部短节槽钢，传递和分配立柱竖向荷载，槽钢翼缘朝上，坐落于底部钢筋面层上，并与钢筋焊接连接。槽靴斜对角增加两根L50mm×5mm的角钢放置于垫层，将槽靴和底层钢筋加固焊接，有效分配了部分竖向荷载，增加了柱脚节点的稳定性。

4.4 增设横杆和斜杆

本项目为增强支撑体系整体稳定性，每间隔1.8m～1.9m设置1层系杆，共3层系杆（局部为4层）和顶部横梁。横梁均沿X向布置，部分区域增设Y向横梁，以适应板顶钢筋排布，与立杆形成1 榀X 向平面刚架，以刚架形式抵御X向水平荷载；横梁通长放置于立杆柱头，纵向系杆在横梁下方与立杆焊接，便于施工；两层中间层系杆除了可以辅助安装中层钢筋网片防止混凝土开裂之外，还可以抵御X向水平荷载影响，防止立柱发生弯曲变形。此外，每榀桁架两端各布置一道剪刀撑，剪刀撑斜杆与水平方向角度为45°～60°。X向间隔40m布置一道剪刀撑，Y 向间隔6～8 跨布置一道剪刀撑；剪刀撑用于拉结不同榀的X向刚架，以形成整体，抵御Y向水平荷载；周边拉结、重点区域加强，减小立杆弱轴方向计算长度，增强稳定性。横杆、斜杆与立柱共同形成整体桁架体系，增强整体稳定性，减少桁架体系整体位移。

4.5 坑中坑支撑节点做法

在基坑内集水坑和电梯井的位置，筏板基础厚度将达到7.4m。经过分析计算，在此区域内每隔15m 焊接一根立柱，增加一层系杆以及在坑中坑的周边加焊斜撑。除此之外，深坑斜面处柱脚槽靴不易加固，为满足竖向承载力的要求，本工程在第2条柱脚加固方案的基础上，扩大了立柱槽靴的尺寸，增大受力面积，分配竖向压力，降低施工难度且有效减小竖向位移。

5 施工质量控制要点

除了以上介绍的几种方案和节点做法之外，在施工过程中按规范和方案要求保证施工质量，对控制型钢支架支撑体系变形和位移也至关重要。

（1）根据底板下层钢筋位置布置型钢支撑架立柱。型钢支撑架立柱落入底板下层钢筋上，并保证立柱竖直后，与立柱底部短节槽钢焊接（分配立柱部分竖向力），短节槽钢翼缘必须朝上。

（2）立杆、横梁、系杆和斜撑保证对接之处有效连接。焊缝必须满焊，翼缘宜采用双面焊，焊缝高度不小于5mm，焊缝质量不低于三级。

（3）因为本工程基础厚度较大，立柱长细比较大，因此，立柱的垂直度对其承受竖向荷载影响较大，控制好每根立柱的垂直度极为关键。

6 有限元模型内力及位移分析

本工程为保证施工过程的结构稳定性，利用有限元模型对不同阶段进行受力和位移验算。根据计算分析模型进行规范检验，结果表明，结构能够满足承载力计算要求，应力比最大值为0.71。采用有限元模型内力和位移分析，型钢支架的最大位移量为7.23mm，满足变形要求，充分说明了型钢支架支撑体系设计方案的可实施性和可靠性。

7 结语

本文以中海成都天府新区超高层项目为例，分析了超高层项目因其上部结构荷载较大，导致超高层项目基础埋置深、基础厚度大、配筋量大，从而引出如何控制筏板基础钢筋支撑体系的变形等超高层项目普遍问题。本文经过对三种传统方案比选，确定使用稳定性较强的型钢支架，并列举出本工程为控制型钢支架支撑体系变形所采取的有效优化方案实例以及各项施工控制要点。最后，利用模型对型钢支架支撑体系内力、位移计算分析以及对施工过程中型钢支架支撑体系的变形监测。分析和监测结果表明，采用各项优化措施和各个施工环节的质量把控后，有效控制了支撑体系的位移和变形。