超高箱形建筑結構施工技術研究與應用

中建三局第二建設工程有限責任公司 武漢 430074

1 工程概況

某單層超高科技廠房工程為目前亞洲建設規模最大的測試實驗項目。建筑面積6.7萬 m2，項目包含多個特殊功能實驗室，其中最為特殊的是堪稱亞洲最大的聲學實驗室，呈16 m×13 m×24 m的箱形結構，其墻體及樓板均厚0.7 m，內墻面裝飾做法為高平整度要求的自流平墻面，且墻面上存在多個約30 t的異形精密設備組件。

2 主要難點分析

1）箱形結構結構形式復雜，架體設計難度大；

2）超厚墻體隔聲體系，封堵施工質量要求高；

3）聲學系統級工藝埋件，固定預埋精度要求高；

4）超高自流平墻體，施工工藝要求苛刻。

3 多用型架體設計[1,2]

3.1 架體體系設計

1）在箱形結構體系施工過程中，通過對超高墻體內膜模板支撐胎架及高24 m樓板支撐架體的深化設計，將該多用型架體一次性搭設至高24 m的結構板底，墻體內膜整拼大模板隨架體支設成型，厚0.7 m箱形結構墻體分層澆筑成型，既可用于保證墻體內側模板的整體平整度，又能保證在施工厚0.7 m箱形結構樓板過程中架體的整體穩定性。

2）架體選用扣件式腳手架搭設，鋼管型號均為φ48 mm×3.5 mm。立桿選用長4 m、6 m鋼管搭設，相鄰立桿接頭位置的錯開不小于1 m，立桿縱橫間距設置均為0.6 m；在架體外側周邊及內部縱橫向由底至頂間距≤5 m設置豎向剪刀撐。在豎向剪刀撐頂部交點平面處設置水平剪刀撐，并從掃地桿向上間距≤5 m設置水平剪刀撐。架體底部起水平間距2 m設置U托支撐，豎向間距3 m設置U托支撐，保證整體穩定。

3.2 架體穩定性驗算

架體腳手架的鋼管類型為φ48 mm×3.5 mm，立柱截面面積A=489 mm2，立柱截面回轉半徑i=15.8 mm，立柱截面抵抗矩W=5.08 cm3，立桿伸出頂層水平桿長度a=500 mm，立柱抗彎強度設計值[f]= 205 MPa，該腳手架每行每列均設有斜桿。

λ=h/i=1 200/15.8=75.95≤[λ]=230；

長細比滿足要求。

查表得，φ＝0.78；Mw＝0.03 kN·m；Nw=7.6 kN；

f＝Nw/（φ · A）+Mw/W＝25.6 MPa≤[f]＝205 MPa；

抗彎強度滿足要求。

W=0.21 kN；Ws=0.46 kN≤8 kN；

斜桿驗算滿足要求。

3.3 厚0.7 m樓板起拱分析驗算

通過樓板長軸線作剖面圖，并將其10 等分，取11 個等距離點，記錄板的變形情況。考慮樓板的自重情況和施工過程中的外荷載，在澆筑樓板的過程中，混凝土會使模板產生一定的沉降，按照《建筑施工手冊》，跨度超過4 m的現澆鋼筋混凝土梁、板，其模板要按設計要求起拱。

運用Midas Gen軟件對樓板的沉降進行模擬驗算，因混凝土的自重對樓板影響占主要部分，故施加恒荷載，定義為混凝土的自重。按照C35混凝土質量密度2 300 kg/m3，換算成模板的面力為：Fq=16.1 kN/m2。

在考慮自重的情況下，混凝土樓板的沉降剖面如圖1所示。最大處位移為中間點77.47 mm，最小處位移為兩邊支撐墻處，為0 mm。

圖1 厚0.7 m樓板起拱位移變形分析示意

Midas Gen 的模擬結果在合理范圍之內，可以作為模板起拱方案的依據，模板在設計起拱時，應以中間處起拱最大為77.47 mm，依次向周圍遞減，并按照圖示數據設置起拱高度。

4 高精度清水混凝土墻面平整度、垂直度控制施工[3-5]

4.1 工藝流程

胎架搭設施工→墻體內側模板支設→工藝埋件吊裝就位→鋼筋綁扎→墻體外側模板分層支設→墻體分層澆筑→墻體模板拆除→螺栓孔封堵

4.2 整拼式大模板設計

厚0.7 m墻體模板采用厚15 mm國產優質多層板，次龍骨為50 mm×95 mm木方，材料規格偏差控制要求高，墻體內模板提前預制拼裝，整拼吊裝成型。主龍骨為φ48 mm×3.5 mm雙鋼管，對拉螺栓為φ18 mm螺桿，配合使用專用螺母和墊板，墻體截面內的螺栓套PVC套管。

厚0.7 m樓板模板采用厚15 mm國產優質多層板，次龍骨為50 mm×95 mm木方，材料規格偏差控制要求高，主龍骨為95 mm×95 mm木方，間距200 mm。

4.3 精密測試設備在墻體固定預埋件的分層澆筑技術

4.3.1 精密設備在豎向墻體上的固定設計

根據設備規格預制支架，該設備通過自身加強法蘭上的安裝孔與支架鋼板螺接固定，以確定各個設備的垂直方向位置。

4.3.2 混凝土分層澆筑控制

1）對混凝土原材料的要求：在保證混凝土所要求的強度、耐久性的前提下，選擇適宜的礦物摻合料摻量，本工程選用P.O 42.5水泥。

2）混凝土配合比設計優化：混凝土配合比設計通過計算、試配、調整等步驟確定。控制裂縫，一是采取補償收縮混凝土，摻加性能良好的膨脹劑，限制膨脹率≥0.02%，摻量應通過實驗確定；二是在應力集中部位增加構造配筋，同時在保持配筋率不變的情況下，減小鋼筋間距。

3）超高超厚墻體的澆筑：混凝土澆筑應連續進行，避免出現冷縫；超厚混凝土墻體分層澆筑應避開正午高溫時段，澆筑時應提前對鋼筋、模板進行澆水降溫；混凝土澆筑不得發生離析；澆筑過程中，采用φ50 mm及φ30 mm插入式振搗棒結合平板式振搗器，采用二次振搗法振搗。

4）混凝土的養護：拆除模板后應及時噴水養護，應保濕養護28 d以上。

4.4 螺栓孔封堵工藝流程

螺栓眼清理→厚0.7 m墻體內側封堵100 mm→噴涂槍注射灌料（微膨脹水泥、高強度灌漿料按1∶2配合比摻入）→注射密實度檢測→厚0.7 m墻體外側封堵、抹平

5 超高墻體自流平墻面施工工藝流程

基層處理→底漆涂層施工→混凝土固化結合層施工→中漆涂層施工→飾面漆涂層施工

6 結語

通過該聲學實驗室的設計施工，保證了其嚴格苛刻的施工質量控制要求，避免了二次返工、修補的損失，同時通過引進多項新工藝、新技術、新材料為類似工程的施工提供寶貴的參考依據，得到了業主、設計和監理單位的一致好評，取得了良好的社會效益和經濟效益。

通過此聲學實驗的設計施工，不僅解決了高平整度要求的超高墻體的施工控制問題，而且更好地掌握了該箱形結構架體、模板及精密測試設備埋件的施工技術，經第三方檢測，施工質量完全滿足設計文件和相關驗收規范的要求。為類似工程施工積累了豐富的經驗，更為解決類似聲學實驗室施工問題提供了一套較為完整的施工體系，具有一定的推廣應用價值。