型鋼混凝土柱超高模板

1、型鋼混凝土柱超高模板摘要超高清水型鋼混凝土柱的施工工藝主要體現(xiàn)在模板工藝上,選擇合理的模板體系進(jìn)行模板設(shè)計(jì)、施工是超高清水型鋼混凝土柱施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。詳細(xì)介紹了國家體育館工程超高清水型鋼混凝土柱木制大模板施工技術(shù)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞型鋼混凝土柱;超高模板;清水混凝土;一次澆筑國家體育館作為奧林匹克公園核心區(qū)的三大比賽場館之一,是第29屆北京奧運(yùn)會的主要比賽場館,屆時(shí)將承擔(dān)體操、手球和輪椅籃球的比賽任務(wù);其建筑面積80 890m2,設(shè)有18 000個(gè)固定座席,2 000個(gè)活動座席,賽時(shí)可容納20 000名觀眾;建成后將成為國內(nèi)規(guī)模最大的室內(nèi)體育場館(見圖1)。國

2、家體育館主體結(jié)構(gòu)采用了型鋼混凝土框架-鋼支撐-框架剪力墻相結(jié)合的混合型結(jié)構(gòu),其中型鋼混凝土框架作為一種較新穎的結(jié)構(gòu)體系在本工程得到了廣泛的應(yīng)用。設(shè)計(jì)于比賽場館及熱身場館外框架的78根型鋼混凝土柱將做為最重要的結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件承受來自鋼屋架和看臺板傳遞的荷載,型鋼柱截面尺寸有1 400mm×700mm、1 400×900mm、1 400×1 400mm、1 600×700mm、1 600×1 400mm、1 800×1 400mm六種;柱內(nèi)型鋼鋼骨呈“

3、十”字和“王”字形;柱子主筋直徑粗、數(shù)量多(最多達(dá)60 32),箍筋及拉鉤分布密集;混凝土強(qiáng)度等級為C50(首層),C40(2層及2層以上);柱子高度變化大(從9·213·5m);柱子施工層高且與周邊樓層連接很少,4個(gè)角部觀眾大廳部位的柱子與樓層沒有任何連接,從首層拔地而起直接伸向屋頂。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn),決定了模板方案選擇的復(fù)雜性和重要性。1模板方案選擇本工程型鋼混凝土柱施工主要特點(diǎn)及難點(diǎn)是柱子一次性施工層高(最大施工高度達(dá)到了13·5m)且混凝土外觀質(zhì)量要達(dá)到免裝飾清水混凝土效果,在綜合考慮了質(zhì)量、進(jìn)度、安全、效益等多方面的因素后,我們提出了以下3種技術(shù)方

4、案進(jìn)行了對照比較,通過專家論證,以確定最科學(xué)合理的技術(shù)方案。1)方案1使用定型鋼模板對13·5m高型鋼混凝土柱一次性澆筑。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于利用了鋼模板自身剛度好,尺寸精確的特點(diǎn),對超高柱模板安裝工序簡單,對混凝土成型質(zhì)量控制有較大的把握;缺點(diǎn)在于由于本工程型鋼柱高度及斷面尺寸變化多,非標(biāo)準(zhǔn)模板加工量太大,無法周轉(zhuǎn)使用,成本上投入太大,且由于塔吊吊力的限制,部分鋼模無法吊運(yùn)。2)方案2使用木模板分兩次澆筑施工。該方案的優(yōu)點(diǎn)是將超高柱施工分成兩次進(jìn)行,減小了模板安裝高度,混凝土澆筑高度,混凝土側(cè)壓力對模板變形的影響可以得到很好的控制;缺點(diǎn)在于本工程型鋼混凝土柱外觀質(zhì)量均要求達(dá)到免裝飾清水

5、混凝土效果,如若分兩次澆筑施工縫接茬部位的混凝土質(zhì)量不易控制,混凝土存在色差,且前后兩次澆筑在垂直度控制方面難度較大,不易達(dá)到清水混凝土要求。3)方案3使用雙層木模板一次性澆筑施工。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于利用了木模板成本低廉、加工制作簡單的特點(diǎn),一次性澆筑混凝土對混凝土柱的成型質(zhì)量無論是垂直度、平整度還是表面觀感都可滿足清水混凝土的要求;缺點(diǎn)在于使用木模板一次澆筑自密實(shí)混凝土最大高度達(dá)13·5m,在以往工程中還沒有先例,第1次采用這種施工技術(shù),難點(diǎn)很多,需要承擔(dān)很大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)本工程自身特點(diǎn),我們進(jìn)行了反復(fù)比較論證,最終確定選擇方案3做為超高型鋼柱施工技術(shù)方案。2自密實(shí)混凝土側(cè)壓力的確

6、定2·1現(xiàn)場模擬試驗(yàn)確定混凝土側(cè)壓力值普通混凝土側(cè)壓力最大值可按下式計(jì)算,取較小值。F=0·22c(200/T+15)12V1/2(1)F=cH(2)而本工程采用高流態(tài)的自密實(shí)混凝土,其對模板的側(cè)壓力相比普通混凝土要高出很多,但又達(dá)不到純液態(tài)時(shí)的程度,因此我們在采用公式(2)計(jì)算側(cè)壓力時(shí)假定一個(gè)折減系數(shù),計(jì)算公式相應(yīng)變?yōu)镕=cH,如測出的數(shù)值就可得知采用自密實(shí)混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生的側(cè)壓力值大小,因此值的確定對模板設(shè)計(jì)顯得尤為關(guān)鍵。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,自密實(shí)混凝土對模板的側(cè)壓力與混凝土坍落擴(kuò)展度、澆筑速度、澆筑方式等密切相關(guān),目前并無統(tǒng)一的計(jì)算方法。為了測得本工程的型鋼柱混凝土

7、側(cè)壓力值,我們在現(xiàn)場選定3根有代表性的柱進(jìn)行自密實(shí)混凝土澆筑側(cè)壓力測試,在不同標(biāo)高共埋設(shè)了9個(gè)壓力傳感器,獲得典型澆筑(混凝土擴(kuò)展度500700mm、澆筑速度6·25m/h、采用30振搗棒、環(huán)境溫度10、初凝時(shí)間68h)時(shí)測試壓力值與理論靜態(tài)壓力值(cH),沿柱高分布如圖2所示。綜合測試結(jié)果分析,自密實(shí)混凝土澆筑時(shí)對模板產(chǎn)生的側(cè)壓力最大值未超過理論靜態(tài)壓力值(cH),二者的比值在0·50·6;澆筑、振搗產(chǎn)生的壓力波動值在5·57·5kPa;澆筑至約6m高度時(shí),壓力值出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn),測試值與理論值趨同。2·2模板設(shè)計(jì)以單次澆筑高度最大(

8、13·5m)的XGZ3-11(700mm×1 600mm)為例計(jì)算型鋼混凝土柱模板體系。根據(jù)測試結(jié)果,取值0·6。1)荷載計(jì)算柱模板受到混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值為:F= 0·6cH= 0·6×24×13·5 = 194·4kN/m2。并考慮傾倒混凝土產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值2kN/m2,振搗混凝土產(chǎn)生荷載標(biāo)準(zhǔn)值4kN/m2,則柱模板混凝土側(cè)壓力最大設(shè)計(jì)值F=194·4×1·2+(2+4)×1·4=242kN/m2。3

9、模板選型設(shè)計(jì)根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定了13·5m高型鋼混凝土柱一次性澆筑模板體系:面板為雙層18mm厚木膠合板,以加強(qiáng)面板剛度,面板錯(cuò)縫拼接,防止板縫錯(cuò)臺、漏漿;雙道豎肋(H200木工字梁230mm+50mm×100mm雙方鋼管)用以加強(qiáng)柱模板的豎向剛度,保證柱的豎向平直;內(nèi)外2層橫肋(50mm×100mm雙方鋼管,6m以下間距300mm,6m以上間距450mm)用以加強(qiáng)柱模板的水平剛度;16mm對拉螺栓間距為6m以下450mm,6m以上900mm,將柱模體系連接成整體。如圖3所示。4模板加工由于本工程型鋼混凝土柱外觀要求達(dá)到免裝飾清水混凝土的觀感效果,因此在模板加工制作

10、之前必須對模板拼縫、對拉螺栓孔洞等進(jìn)行整體設(shè)計(jì)以求成型的型鋼混凝土柱內(nèi)堅(jiān)外美。4·1對拉螺栓設(shè)計(jì)根據(jù)計(jì)算得出的對拉螺栓直徑、間距,在型鋼柱加工之前繪制深化設(shè)計(jì)圖,定好對拉螺栓的位置,在車間加工型鋼柱時(shí)按照深化設(shè)計(jì)要求留好對拉螺栓孔。對拉螺栓使用三節(jié)頭螺栓,對拉螺栓兩端與模板接觸處分別套一硬聚酯錐套,錐套外側(cè)與模板接觸面可以頂緊,錐套與模板之間還要加一個(gè)直徑與錐套相同的密封條墊圈,確保混凝土不漏漿。如圖4所示。4·2模板蟬縫設(shè)計(jì)本工程使用雙層18mm厚木膠合板作面板,內(nèi)層模板使用新模板,按照建筑師的設(shè)計(jì)理念,水平蟬縫豎向間距2·0m,柱邊長大于1·2m時(shí)設(shè)

11、置豎向蟬縫,豎向蟬縫居中,外層模板使用舊木膠合板,內(nèi)外層模板板縫錯(cuò)開,以避免板面錯(cuò)臺和漏漿。2層模板用鋼釘連接,所有釘眼均用膩?zhàn)庸纹?板縫用玻璃膠嵌填嚴(yán)實(shí)。4·3木工字梁接長設(shè)計(jì)由于柱模板加工高度高,標(biāo)準(zhǔn)木工字梁長度無法滿足,我們采用了加工接高件的方法接長木工字梁,滿足使用,加高件為2片加工好的80mm×600mm×6mm鋼板,在每根木工字梁端頭用2根六角螺栓固定,木工字梁和模板連接完畢后,安裝模板吊鉤,吊鉤安裝在距模板邊第2根工字梁。5模板施工工藝模板安裝工藝流程:穿墻螺栓安裝沿模板邊線貼海綿密封條立柱子片模安裝柱箍校正柱模位置、垂直度模板加固。1)根據(jù)型鋼柱腹

12、板上已開的螺栓孔安裝16mm對拉螺栓,對拉螺栓間距450mm。2)每個(gè)柱子4片模板,單片模板采用寬邊壓窄邊的方式,柱模安裝前在模板邊線外2mm粘貼海綿條進(jìn)行密封;用塔吊吊裝柱模板,并臨時(shí)固定。3)自下而上安裝柱箍,柱箍間距在6m以下為300mm,6m以上部分450mm。4)根據(jù)柱控制線校正柱模位置,將線墜分別吊于模板及相鄰模板的上口,使線墜由模板上口延伸接近樓面,檢查模板的垂直度,通過斜撐校正柱身垂直度和柱身扭向,用花籃螺栓校正柱模垂直度。柱模除靠近外防護(hù)架邊外,其他三邊設(shè)置斜撐,每邊水平向設(shè)2道斜撐,豎向斜撐間隔3m。斜撐固定在柱周圍操作架上。模板下口無頂板或型鋼梁時(shí),在下一層柱頂設(shè)置柱箍,

13、柱箍與模板下口間設(shè)置100mm×100mm方木支撐。5)柱上口鋼筋與模板間設(shè)置3cm寬木條用于控制鋼筋保護(hù)層。木條與鋼筋間綁絲綁扎牢固。柱上口模板與型鋼柱腹板間設(shè)置方木頂撐,用于控制柱截面,方木頂撐必須與鋼筋、模板有可靠連接。6)模板加固由于型鋼柱層高高,與樓板連接分為有連接和無連接兩種情況,施工時(shí)除借用結(jié)構(gòu)外側(cè)的外腳手架外,還需在結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)搭設(shè)4排單立桿腳手架做為施工操作架加固斜撐,用來校正模板的垂直度,模板加固如圖5所示。6混凝土澆筑采用汽車泵澆筑混凝土,同時(shí)澆筑34根柱子以控制混凝土澆筑速度和分層厚度,澆筑時(shí)從型鋼柱兩側(cè)均勻下灰,防止鋼骨兩側(cè)混凝土高差過大使模板受不均勻側(cè)壓力導(dǎo)致變形;澆筑過程中用定制的16m長振搗棒輔以振搗,保證混凝土密實(shí)無氣泡。7模板拆除拆除柱模板之前應(yīng)掌握混凝土的拆模強(qiáng)度,柱模的拆除在混凝土澆筑完成16h后進(jìn)行,拆模順