大截面勁性斜柱施工技術在金華體育場工程中的應用

皮朝陽

一、工程概況

金華市體育中心體育場總建筑面積44064m2，建筑總高度46.130m，平面為橢圓環形。本工程下部為超長鋼筋混凝土框架結構，采用V形柱支撐看臺和屋面網架，從+6.000m起由一段直立柱分散成向4個面8個方向的4個斜柱與環梁形成鋼筋混凝土桁架結構，每個斜立柱跨度不等，最大的達9.8m，與平面成58.7°，斜柱從下到上成倒梯形，下底寬度1.4m～1.8m，上底從1.7～5.7m不等。

二、斜柱模板的選型

斜柱為清水混凝土，質量要求高，為保證清水混凝土的質量要求，模板施工是關鍵，所以，本工程+6.000m標高以上勁性斜柱采用鋼木組合模板，本方案以1200×1200mm斜柱為例對模板進行設計，其余斜柱模板參照執行。1200×1200mm斜柱采用鋼木組合模板，面板采用18mm厚進口黑夾板；背楞采用組合鋼框，豎背楞采用雙10#槽鋼進行加固，柱箍采用雙12.6#槽鋼加工成L型，對角用Φ30斜拉螺桿進行加固。

三、模板分析計算

1.計算內容

（1）模板構件的剛度分析；

（2）模板連接件的強度分析。

2.荷載分析

斜柱基本情況：邊長1200mm；柱體狀態：單斜柱。傾斜角度從73.67°～76.37°不等；V型雙斜柱，向外傾斜角度從73.67°～76.37°不等，自轉角隨弧度變化不等；高度：h=4500～18000mm。

3.基本荷載

方柱砼線重：q砼線=25kN/m

砼最大側壓力：q砼側=60kN/m2

澆注砼水平荷載：q水平=6kN/m2

振搗砼時振動荷載：q振=4kN/m2

4.荷載組合

面板最大計算側壓力：

5.柱模構件剛度與強度分析

（1）構件最大受力狀態分析

對柱模的三狀態，直立、單斜和雙斜，對三種支模狀態進行綜合分析，柱模板在單斜和雙斜時都有支撐作用力通過雙槽鋼背楞作用在模板構件上，除面板外，其余構件受力點跨距變小，減小了構件變形，因此直立狀態為柱模構件受力最不利狀態，因此，本方案選取直立狀態進行分析即可。

（2）面板剛度與強度分析

①計算單元選取：選擇1mm寬為計算單元

②材料：18mm厚進口黑夾板

③選取最大側壓力區對面板剛度進行分析

④面板單元受力簡圖

由于縱肋間距為350，“幾”字肋與面板的安裝寬度為100，邊框與面板的安裝寬度為25，因面板支承凈間距在250～275之間，按較大值275分析，面板單元的受力簡圖如下：

⑤面板剛度分析

ω=0.677ql4/100EI=0.677×0.086×2754/100×6.5×103×486=1.05mm＜[ω]=l/250=275/250=1.1mm，其剛度合格

⑥面板強度分析

σ=M/W

M=ql2/10=0.086×2752/10=650.375N·m

W=bh2/6=1×182/6=54mm3

σ=M/W=650.375/54=12.04N/mm2＜f=15N/mm2，故面板強度滿足要求。

（3） “幾”字肋剛度與強度分析

①材料：100×43×25×3 “幾” 字肋，Q235

E=2.06×105N/mm2，I×=1.07×106mm4

f肋=215N/mm2，W×=2.1×104mm3

②計算單元選取

根據柱模鋼框結構布置，按最不利狀態選定為單根受力區為計算單元，其承載寬度為400，肋長450。

③受力簡圖如下：

④剛度分析：按單跨簡支梁分析

ω幾肋=5q線l4/384EI×=5×34.4×4504/384×2.06×105×1.07×106=0.08mm＜[ω肋]=1.5mm，故 “幾” 肋剛度合格

⑤強度分析

一般情況下，組合模板鋼構件充分滿足剛度條件時，強度也必然合格，故強度不在具體分析，可認定合格。

（4）矩形鋼管肋剛度與強度分析

①材料：100×50×3方管、 Q235鋼材，I×=1.1212×106mm4，W×=2.242×104mm3

②計算單元選取

根據柱模構造，選定最大砼側壓力區雙矩形鋼橫肋為計算單元，其受力寬度為400，長度為1200。

③受力簡圖如下：

④剛度分析

ω方管肋= （5q線l4/384EI×） /2=5×34.4×12004/384×2.06×105×1.1212×106/2=2.0mm＜[ω肋]=2.4mm，矩形方鋼管剛度滿足要求。

（5）專用 “L”型邊框剛度與強度分析

①材料：120×35× （3～4） 專軋制型鋼組焊 “L” 型、Q235，I=1.136×106mm4

②最不利受力簡圖選取

選定在正常澆注速度下，邊框在最大側壓力區連續三跨最不利狀態分析，角拉栓間距l=600mm，邊框承載寬度b=600mm，其受力簡圖如下：

③剛度分析

ω=0.677ql4/100EI=0.677×51.6×6004/100×2.06×105×1.136×106=0.19mm＜[ω]=1mm，故邊框剛度滿足要求。

④強度分析

由于邊框剛度遠小于允許值，充分滿足剛度條件，強度也必然合格。

（6）角斜拉螺栓的強度分析

①材料：M30螺栓，d凈=27.50，A毛=706.9mm2，A凈=560.6mm2

②受力分析

單角斜拉螺栓承載面積：A=0.6×0.6=0.36m2

單角斜拉螺栓承載力：N拉=V剪=qmaxA=86×0.36=30.96kN

③強度分析

σ=N拉/A凈=4×30.96×103/560.6=55.23N/mm2

τ=V剪/A毛=30.96×103/706.9=43.80N/mm2

σn= （ σ2＋3τ2） -1/2= （55.232 ＋3×43.802） -1/2=93.84N/mm2＜f=210N/mm2

故角拉栓強度合格

6.結論

通過計算，該鋼框組合柱模板在澆注狀態正常情況下各類構件剛度滿足要求，強度安全。

四、鋼框組合模板的加工

1.柱模板的加工

根據本工程斜柱特點，斜柱最高為18.0m，模板與組合 鋼 框 加 工 成1400×600mm、 1400×1200mm、 1400×2400mm、1400×3600mm四種規格的標準板塊，斜柱柱根采用非標準板塊。施工前根據柱子的長度選擇不同模數的板塊組裝成單面模板，每根柱子的四塊單面模板的拼縫位置相同。每根斜柱根據不同高度進行模板的組裝。

2.柱箍的設計

結合本工程斜柱的特點，按柱的結構尺寸，采用12.6#槽鋼將柱箍加工成兩個L型柱箍，采用Φ30斜拉螺桿進行對柱箍進行加固。

3.單層邊斜柱模板施工

對該部位斜柱的施工采用在陽面設置拉結點對柱模板進行施工。首先對斜柱進行定位放線，同時搭設好斜柱模板施工的操作腳手架，型鋼柱已安裝完畢并進行驗收，綁扎鋼筋并已辦理隱檢，安裝斜柱模板，加固斜柱模板，將在柱高h/2處用雙鋼管拉住陰面柱模板，單側為4根；同時在柱高3h/4處用2Φ22的拉索拉住豎向雙槽鋼背楞，并將拉索固定在陽面樓層梁的預埋拉環上，要求拉環到柱的拉結點水平距離為2h/3。

4.跨四層單斜柱模板支撐

對該斜柱采用分段施工，先施工完成一層、二層結構，待混凝土達到強度后在施工跨四層斜柱第一段，對柱模板的支撐主要采用16號槽鋼進行拉結，與預埋在已施工完成的一、二層樓層邊梁的槽鋼上，斜柱兩邊共設置兩根槽鋼進行拉結。施工斜柱過程中穿插三四層結構施工，按施工段的劃分進行，待樓層結構滿足拉結的要求后，進行斜柱的第二次施工。對第二次斜柱的施工，采用槽鋼反拉在已施工的三、四層樓層梁預埋的槽鋼上。

5.雙斜柱模板支撐

對該斜柱采用分三階段施工，先施工完成斜撐與看臺交接以下部位，待混凝土達到強度后在施工雙斜柱的第一部分，對柱模板的支撐主要采用16號槽鋼進行拉結，與預埋在已施工完成的看臺環梁的槽鋼上，待混凝土達到強度后在施工斜柱第二部分及上部看臺，第二部分斜柱施工時，同樣采用16號槽鋼與看臺環梁進行拉結，形成斜柱模板體系。

五、結語

定型鋼木組合模板體系在金華體育場工程中的應用，很好地解決了大截面斜柱等構件的施工難題、提高了施工的精度和構件成型質量。施工中未出現模板和鋼筋的滑移現象。對于這種體形復雜、截面較大的傾斜構件在模板的選型及深化設計上尤為重要。與傳統柱模板施工相比，此方法具有技術領先、安全可靠、質量穩定、施工快捷等特點。針對體育場復雜結構，通過精心設計，在對常規柱模板施工應用進行總結，嚴把每個施工環節，嚴格驗收程序，并在施工前進行計算機三維模擬搭設，有效指導施工操作基礎上，既保證工程質量，又滿足工期要求，且降低工程成本，取得了良好的經濟社會效益。