高支模、大跨度梁的施工

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深圳萬科建筑研究中心，就是這樣一座綜合建筑。該建筑設(shè)計采用了14根大跨度普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁與屋面板一起構(gòu)成一大跨屋蓋。其中，6根梁凈跨 41m（總長43.3m）、梁高2.8m，梁下凈空13m，另外8根梁凈跨27m(總長29.3m)、梁高1.6m，梁下凈空14.2m。
    在設(shè)計考慮并允許的作用效應(yīng)下，大跨度屋面梁的施工質(zhì)量成為了該建筑結(jié)構(gòu)可靠性的關(guān)鍵。而模板支撐、鋼筋、砼作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中三大分項，都舉足輕重，撓度和裂縫更是檢驗大跨梁施工質(zhì)量的重要指標(biāo)。以下就從這幾個方面介紹該工程大跨度屋面梁施工的一些方法和要點。
    1、模板支撐系統(tǒng)
    1.1 支撐系統(tǒng)
    對于高支模大跨度的非預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工來說，支撐是一關(guān)鍵。該工程使用鋼管排架作為大跨結(jié)構(gòu)的施工支撐，由于施工組織的要求，屋面結(jié)構(gòu)施工時，其下還為自然地面和回填土地基，因此，保證支撐系統(tǒng)不下沉顯得猶為重要，所以，對地基的處理成了必要。施工中，我們首先對地面原土和回填土進(jìn)行碾壓、夯實，進(jìn)行環(huán)刀取樣檢測，要求密實度λ0≥95%；然后在整個排架范圍內(nèi)的地基上滿鋪150~200厚的碎石+1∶4水泥石屑墊層，振動碾壓密實。為保證鋼管排架均勻地把力傳到地基上，排架下部設(shè)兩道地垅，下層地垅橫向設(shè)置，與梁垂直，以兩根50×100硬質(zhì)木枋平鋪，要求木枋兩端至少寬出大梁主要受力支撐范圍300，上層地垅采用14a槽鋼口向上縱向鋪設(shè)。上下層地垅的間距均根據(jù)計算出的排架立桿縱橫間距而定，要求每根立桿均設(shè)于縱橫向地垅交叉處。排架立桿的縱橫間距及水平橫桿的步距計算時，考慮屋面梁、屋面板、排架自重及屋面施工荷載等，主要驗算立桿的穩(wěn)定承載力及地基的最大荷載；同時，為保證排架系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，設(shè)置間距5米以內(nèi)的豎向及水平向剪刀撐；最后，為防止下雨或其它施工用水浸泡地基，保證排架地基高于周圍地面，并設(shè)通暢的排水溝，確保施工過程中排架下無積水。
    1.2 模板
    大跨梁模板設(shè)計分底模與側(cè)模分別考慮。鋼管排架頂部采用鋼管行櫳，木枋擱柵，上鋪膠合板形成大梁底模；大梁側(cè)模面板則采用18mm進(jìn)口木膠合板，內(nèi)楞（豎向）用50×100木枋，外楞（水平向）用雙φ48腳手鋼管，對拉螺栓選用φ12Q235鋼制作。設(shè)計時，根據(jù)底模膠合板、擱柵木枋的承載力及剛度確定擱柵木枋及行櫳鋼管的間距，而鋼管行櫳驗算時，除考慮其抗彎、抗剪承載力外，應(yīng)特別注意驗算其下部節(jié)點扣件的抗滑承載力。經(jīng)計算本工程需采用雙橫桿、雙扣件來支撐鋼管行櫳。另外，由于梁最高達(dá)2.8m，梁側(cè)模需根據(jù)澆筑混凝土的側(cè)壓力及振搗中產(chǎn)生的荷載驗算側(cè)模膠合板、內(nèi)楞、外楞的承載力、剛度以及對拉螺栓的間距和規(guī)格，同時，按墻考慮在梁腰部設(shè)置間距以不大于1.5米的“八”字斜撐，另外，由于梁跨度較大，為防止砼澆筑過程中梁在其腹板平面外失穩(wěn)，我們還在各梁間的梁腹部設(shè)水平拉桿或?qū)巍?
    2、鋼筋工程
    2.1 材料
    鋼筋作為大跨度屋面梁這一重要結(jié)構(gòu)中的精骨，選材需確保品質(zhì)穩(wěn)定過硬，優(yōu)先選用國內(nèi)大廠生產(chǎn)的鋼材，需無銹蝕、無污染，并按規(guī)定檢驗合格。
    2.2 鋼筋接頭控制與施工
    對于大跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說，鋼筋接頭在所難免，關(guān)鍵在于其位置與接頭質(zhì)量的控制。該工程大梁主筋接頭采用冷擠壓套筒連接，選擇此種接頭的原因是質(zhì)量保證且施工方便，但其缺點是使梁局部主筋間、排距變小，給混凝土澆筑造成一定困難，所以主筋接頭應(yīng)盡量少設(shè)。本工程中保證底筋跨中6m范圍內(nèi)無接頭，其它位置任意40d范圍內(nèi)接頭數(shù)不超過主筋總數(shù)的1/3，施工中嚴(yán)格控制每一個接頭的連接質(zhì)量，按規(guī)范要求逐一檢查。另外，由于梁的箍筋箍口因主筋較密無法按規(guī)范彎成135°，則采用封閉焊接，以確保梁的抗剪承載力和剛度。在本工程中，施工前先確定主筋接頭位置，并繪出示意圖，施工時對照檢查，鋼筋接頭無一差錯。
    2.3 鋼筋制作安裝
    大梁鋼筋制作中，尺寸精確是關(guān)鍵，否則將影響鋼筋連接和安裝的質(zhì)量及梁截面的大小，甚至出現(xiàn)質(zhì)量事故。該大跨梁鋼筋綁扎安裝時，先在已支好的梁底模上彈好梁寬的控制線，而后由下而上一排排安放主筋，擠壓連接，并用鋼管搭設(shè)支架輔助施工。大梁底筋較密，則在每排鋼筋間設(shè)置墊鐵，保證排距，操作中保證上下排鋼筋對齊，以保證澆筑時混凝土流入暢通和振搗棒得以插入。另外，由于大梁的鋼筋較多，自重較大，梁底保護(hù)層墊塊則采用與梁混凝土同級別的去石混凝土特別制作。
    3、混凝土工程
    3.1 混凝土材料要求
    該工程采用的商品混凝土，碎石選用1~3cm粒徑，坍落度嚴(yán)格控制在12~14cm，要求具有良好的和易性，以確保能夠通過大梁密集的鋼筋，流淌充實大梁的任一部位，且不發(fā)生離析現(xiàn)象，其初凝時間控制在7小時左右。
    3.2 混凝土澆筑施工
    該工程一根41米跨大梁的混凝土量為60m3,由于大梁截面為倒T形且鋼筋較密，砼澆筑時振搗難度大，所以相對較費時，容易產(chǎn)生冷縫。現(xiàn)場采用了2臺砼輸送泵同時澆筑兩根梁，由梁中間向兩邊分層流水施工的方法，嚴(yán)格控制上下層混凝土銜接的時間，并特別注意對大梁下部鋼筋綢密區(qū)的振搗，既不欠振也不過振。對于梁下翼緣振搗棒無法直接插入（但影響半徑已達(dá)到）的部位，事先在大梁下翼緣頂部模板上每隔1.0米左右開一個小孔（φ10左右），澆筑中派人觀察該孔是否有水泥漿溢出，并用小錘敲擊其翼緣部位模板，聽聲音，以判斷梁下翼緣處混凝土是否充實，而后用木塞將小孔及時封堵。
    3.3 混凝土養(yǎng)護(hù)
    大梁頂面及屋面板采用麻袋覆蓋并澆水養(yǎng)護(hù)；大梁側(cè)面及底面采用延遲拆模的方法，因為所有大梁模板均采用進(jìn)口黑漆大板制作，接頭處用膠帶貼嚴(yán)，密封性能較好，這樣既能防止混凝土內(nèi)的自由水份蒸發(fā)，又起到一定的保溫效果，防止大梁因溫度收縮而產(chǎn)生的裂縫，梁側(cè)模拆除時間需達(dá)28天，這樣梁混凝土已達(dá)設(shè)計強(qiáng)度，質(zhì)量已能保證。
    4、撓度與裂縫控制
    對于超大跨度的非預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)梁來說，要保證其功能及外觀要求，對其撓度和裂縫的控制是設(shè)計及施工的關(guān)鍵所在。
    我們知道，梁的跨中最大撓度是由與荷載形式、支承條件有關(guān)的荷載效應(yīng)系數(shù)、跨中最大彎矩、截面抗彎剛度幾個值決定的。在梁的截面、材料、跨度及上部荷載等結(jié)構(gòu)特征給定的情況下，起拱從一定意義上改變了支承條件，是減小撓度最行之有效的方法，它不但能抵消梁的下?lián)袭a(chǎn)生的視覺效果影響，而且它使作用在梁上的一部分豎向荷載轉(zhuǎn)化為水平力傳給支座，在梁的橫截面間形成軸向壓力，從一定程度上防止了梁的裂縫的產(chǎn)生。
    根據(jù)理論計算：該工程41米跨梁的撓度達(dá)20cm，而按照規(guī)范，一般大跨梁施工時的起拱值為1/1000~3/1000，若按3/1000起拱計算，其起拱值為12.3cm，與其理論撓度還有近8cm的差值，所以若按常規(guī)施工，此近8cm的撓度勢必對大跨梁周圍的屋面結(jié)構(gòu)造成影響，甚至破壞，而且過大的撓度還可能產(chǎn)生較大的裂縫，增加鋼筋銹蝕危險，影響結(jié)構(gòu)的耐久性，也影響建筑的觀瞻，引起使用者的不安。所以該工程中，我們采用了加大梁的起拱度的方法，將梁的起拱值加大到30cm，達(dá)到7.3/1000，同時正好在屋面上形成結(jié)構(gòu)找坡。在施工時，同時保證控制撓度的另外兩個重要因素，即支撐系統(tǒng)和砼強(qiáng)度。經(jīng)實測，該工程大跨度屋面梁的實際最大撓度為4.5cm，由此可見上述措施的作用是明顯和有效的。
    施工中，對鋼筋砼構(gòu)件裂縫的控制主要有兩個方面，一為對鋼筋保護(hù)層的控制，另一為對混凝土的控制。本工程中，對鋼筋保護(hù)層的控制我們主要狠抓箍筋尺寸精確度及綁扎質(zhì)量，而對混凝土的控制中，我們采取了控制坍落度、降低水灰比、降低混凝土入模溫度和以延遲拆模來保溫并密閉混凝土內(nèi)自由水份的方法，通過以上措施，有效地防止了大梁混凝土收縮裂縫及溫度裂縫的產(chǎn)生。