某工程是集辦公、金融、商貿(mào)、娛樂、餐飲為一體的綜合建筑群,由中心主樓(23層)和四個配樓(18層)組成,總建筑面積25萬平方米,最大檐高99.262m,結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu),主樓中庭天井從二十三層頂及其上部水箱間部分結(jié)構(gòu)(共3層)由下部的長方形空間(圖1中BEGH范圍)收縮為圓弧型。二十三層頂懸挑結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)換層,轉(zhuǎn)換梁(LBE、LAC、LDF)承擔(dān)上部兩層結(jié)構(gòu)的荷載,由于懸挑跨度、面積和重量均較大,因此模板支撐體系的設(shè)計是一個關(guān)鍵問題。
(一)施工高度大:23層頂板標(biāo)高為84.500m,下部挑空,凈高為84.550m。
(二)結(jié)構(gòu)自重大:3根轉(zhuǎn)換大梁斜交布置,其中LBE為0.8×1.2×26.1m,LAC=LDF為0.8×1.0×10m,同時還有數(shù)道懸挑梁、板與轉(zhuǎn)換梁及弧型梁(0.3×0.75m)相交。整個懸挑結(jié)構(gòu)自重(含模板支撐及施工荷載)達(dá)490t,合每平方米2.42t。
(三)懸挑梁板面積大、跨度大:懸挑面積達(dá)203m2,懸挑最大長度達(dá)7m(見圖1)。
根據(jù)結(jié)構(gòu)懸挑的復(fù)雜情況和模板支撐所承受的荷載,經(jīng)過多次討論,提出了多種方案,并對每種方案進(jìn)行了認(rèn)真的計算和比較,最后確定了較優(yōu)方案,情況如下:
整體懸挑結(jié)構(gòu)采用滿堂紅架管落地支撐,由于地下室頂板系按普通結(jié)構(gòu)樓板進(jìn)行設(shè)計,故地下三層結(jié)構(gòu)均需進(jìn)行支頂,滿堂紅架管支撐高度為84.5+16.4m=100.9m,需租賃架管及扣件約350t,50名架子工施工約需一個月,架管及用工量較大,總費用約40.1萬元,工期較長。
在22層樓面上沿LAC、LDF下方設(shè)置鋼桁架,承受轉(zhuǎn)換層的自重及施工荷載,鋼桁架最大跨度達(dá)16m,經(jīng)計算桁架上、下弦桿須采用32#工字鋼,腹桿須用90×56×8mm角鋼,桁架高度為2.5m,最大桁架重達(dá)3.5t,型鋼總用量達(dá)90t,焊接工作量很大,總費用約30萬元,同時工期較長,安裝困難。
于22層中廳四周結(jié)構(gòu)樓板向外懸挑鋼梁搭設(shè)承重平臺,在下面的樓層上用工字鋼做斜撐,為減小斜撐承載力,防止斜撐失穩(wěn),斜撐與樓板的夾角應(yīng)不小于60°角,并須穿過兩層樓板,斜撐須用32#工字鋼,長度達(dá)到18m,自重較大,安裝及拆除難度大,費用約需20萬元。
由于結(jié)構(gòu)懸挑最長、面積最大處位于中庭兩個角部(見圖1),此部位是考慮模板支撐的重要部位,故在每個角部從20層樓面挑出六道25#雙槽鋼作為平臺主梁,主梁的一端支撐在20層結(jié)構(gòu)上,懸挑端用雙根90×56×8角鋼與上部結(jié)構(gòu)柱上抱箍斜拉焊接,形成受力主骨架,在結(jié)構(gòu)懸挑的主梁上鋪設(shè)18#工字鋼作為次梁。在其它部位每1200mm左右布設(shè)一道16#槽鋼作為主梁,主梁懸挑端與上層梁板拉接。這樣在整個結(jié)構(gòu)挑出部分的下部形成一個承力鋼架。在鋼架梁上搭設(shè)鋼管支撐架支撐模板(見圖2、圖3)。
該方案的主要優(yōu)點在于:
1、充分利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件作為受力支撐點,受力可靠,并簡化附加構(gòu)件。
2、以受拉桿件作為主要受力構(gòu)件,構(gòu)件截面小,節(jié)省費用。
3、節(jié)省鋼材:包括鋼管支撐架在內(nèi)共需鋼材35t,最大構(gòu)件重量僅0.23t,制作安裝方便,總費用約需12萬元。
基于該方案在技術(shù)上和經(jīng)濟上的優(yōu)越性,故決定其為實施方案。
根據(jù)計算,斜拉桿對主梁產(chǎn)生最大水平推力達(dá)25t,為防止主梁向內(nèi)錯動,在結(jié)構(gòu)邊梁處采用16#槽鋼焊接形成限位架,因本工程結(jié)構(gòu)邊梁外側(cè)尚存在一段挑板,為避免挑板承受荷載過大造成局部破壞,限位架的設(shè)計應(yīng)充分考慮此問題,將限位架設(shè)計成相互垂直的雙三角形,由挑板與邊梁共同受力,具體做法(見圖4、5)。
拉桿沿縱向受拉因其受拉能力較強,一般不會產(chǎn)生大的變形,但因其側(cè)向剛度非常小,即使存在很小的側(cè)向受力,也無法限制鋼平臺的側(cè)向位移,如因施工荷載或支撐架荷載的偏心都會造成支撐鋼平臺的側(cè)擺,故將支撐鋼平臺所有次梁與主梁進(jìn)行焊接,使整個平臺形成整體,主次梁在20層結(jié)構(gòu)樓板上用地錨進(jìn)行固定,同時自20~22層將鋼平臺上的模板支撐架每層用兩道鋼管進(jìn)行抱柱拉結(jié),次梁另一端靠近剪力墻部位頂在 K 軸剪力墻上,為避免對剪力墻造成局部破壞,次梁端頭用20mm厚鋼板作為墊板。
抱柱箍固定于22層柱子上,經(jīng)設(shè)計復(fù)核計算后同意,柱箍位于梁柱節(jié)點下部,其距離不超過柱截面短邊的0.8倍,防止結(jié)構(gòu)柱失穩(wěn)。同時防止對框架柱產(chǎn)生局部沖切,抱柱箍必須與框架柱四面接觸使其整體受力。另外,在斜拉桿下面靠砼柱邊用兩根工字鋼支頂柱箍,以防柱箍下滑(見圖6)。
結(jié)構(gòu)施工留預(yù)埋件→鋼梁、拉桿、柱上抱箍加工→放線定位→施工操作平臺搭設(shè)→柱上抱箍安裝→平臺主梁安裝就位→用拉桿將主梁與柱上抱箍固定→平臺次梁安裝就位→平臺鋪板→鋼管架子搭設(shè)→模板工程施工→施工過程監(jiān)控→模板架子及支撐平臺拆除
1、主梁制作及安裝
主梁為支撐平臺的主要構(gòu)件,采用2根25#槽鋼形成型,槽鋼間每1m一個塞100×270×15mm鋼板與槽鋼上下翼緣邊滿焊進(jìn)行連接形成整體,在鋼梁懸挑端部兩道槽鋼間采用15mm厚鋼板焊接斜拉桿連接板,連接板與槽鋼上下翼緣邊滿焊(見圖4)。
2、抱柱箍制作
抱柱箍采用15mm厚鋼板焊接而成,固定于22層柱子上部,并用鋼板加勁肋加固形成整體,因本工程懸挑最大部位位于角部,主梁的設(shè)置與抱柱箍成45°角,抱柱箍制作時拉接板必需與拉桿在同一個水平面上,即抱柱箍與拉接板成45°角,為保證柱子的均勻承受荷載,抱柱箍采用內(nèi)襯板緊貼框架柱,拉接板與內(nèi)襯板間通過加強肋焊接形成整體傳力結(jié)構(gòu)(見圖6)。
3、斜拉桿制作
為減小支撐主梁的撓度,斜拉桿須在主梁的懸挑端頭及中間共設(shè)置兩道,同時,為滿足斜拉桿與上部結(jié)構(gòu)的固定,同時盡量降低拉力所產(chǎn)生的對邊梁結(jié)構(gòu)的水平推力,斜拉桿與水平主梁的角度需控制在45°以上。斜拉桿采用雙根90×56×8角鋼形成 型,角鋼中間用50×110×15mm的鋼板連接形成整體(每1m一個),角鋼上端與上抱柱箍拉接板進(jìn)行焊接,下端與主梁懸挑端拉接板進(jìn)行焊接,角部6根主梁拉接板與角鋼拉桿焊縫長300mm,其余部位焊縫長170mm(見圖3)。斜拉桿得制作過程中如有需通過焊接加長的部位,必須保證焊接不能造成拉桿的扭曲變形,同時拉桿與主梁及抱柱箍的連接也應(yīng)控制斜拉桿必須與兩端拉接板形成同一個平面,同時拉桿必須繃緊不得有變形。
4、平臺安裝
支撐平臺施工前先進(jìn)行上抱柱箍的安裝,上抱柱箍在施工現(xiàn)場焊接好后整體吊裝至操作面,在操作面上用四個倒鏈吊住抱柱箍就位,調(diào)整好抱柱箍的位置后進(jìn)行焊接固定,支撐平臺主挑梁采用塔吊進(jìn)行吊裝,吊裝過程中用倒鏈配合主挑梁的就位,并用倒鏈將主鋼梁進(jìn)行臨時固定,主梁支撐在結(jié)構(gòu)梁上的端部墊鋼板使挑出端上翹5cm,以防因拉桿承重下垂,主挑梁就位后將拉桿與鋼梁端頭拉接板和上抱箍拉結(jié)板進(jìn)行焊接固定,固定過程中應(yīng)確保拉桿順直無彎曲、扭翹現(xiàn)象。為保證鋼平臺的穩(wěn)定性,在主梁間加水平支撐。主梁安裝好后進(jìn)行次梁的安裝,次梁按位置線吊裝,并同主梁間進(jìn)行焊接,焊縫長度不小于5cm。鋼平臺安裝完成經(jīng)檢查合格后,在平臺上搭設(shè)鋼管支撐架,高14m,立桿間距根據(jù)受力情況排列支撐在次梁上,水平桿每樓層三道,與周邊結(jié)構(gòu)拉接,保證鋼管架穩(wěn)定可靠。
5、施工過程中的監(jiān)測
在平臺搭設(shè)完成后,在監(jiān)測鋼平臺的端頭及跨中部位設(shè)置監(jiān)測點,測定初始數(shù)據(jù),在模板支撐體系完成后再進(jìn)行測定數(shù)據(jù),在混凝土澆筑過程中設(shè)置2臺水準(zhǔn)儀隨時監(jiān)測沉降量的變化,如接近臨界值時應(yīng)立即停止施工采取措施。
6、支撐體系的拆除
支撐體系拆除過程中按照“先搭后拆、后搭先拆”的原則,模板拆除必須在混凝土強度達(dá)到100%時才可拆除,先拆除模板及支撐架,再拆除支承平臺,支撐平臺拆除時先拆除次梁,然后用倒鏈臨時拉接懸挑主梁,再拆除拉桿,然后拆除主梁及抱柱箍。
支撐平臺從制作到安裝完成共用12天,自安裝完后開始觀測,至上部三層結(jié)構(gòu)施工完畢后,平臺主梁懸挑端最大下垂4.3mm,小于計算允許范圍,支撐架、拉桿、抱柱箍及結(jié)構(gòu)梁板均未發(fā)現(xiàn)任何變形,通過本工程的實踐,證明了斜拉式鋼支撐平臺方案的優(yōu)越性,既保證了工程質(zhì)量,又保證了安全施工,尤其是受力可靠,拆裝方便,節(jié)約施工時間,費用上小于其它方案,節(jié)約資金約15萬元,達(dá)到了預(yù)期的施工效果。