大截面型鋼混凝土柱模板加固技術

文｜深圳市建設工程質量監督總站 黃尚坤

1 工程概況

榮德時代廣場項目位于深圳市龍崗區橫崗街道138工業區，北臨旱塘村，東臨獨竹村，南臨龍崗大道，西臨（規劃）保康路，與橫崗地鐵站北側相鄰，建成后將為龍崗區地標性建筑。榮德時代廣場塔樓最高200m，為框筒結構，外框柱為型鋼混凝土柱，柱長、寬均為1.6m，層高最高6.5m。為確保深圳市優質結構的質量目標，使混凝土達到清水混凝土的外觀效果，同時避開柱內的鋼骨柱，參考類似框柱的加固形式，進行改良，設計一種新型的加固方法。

2 傳統大截面柱模板加固方法的缺點

常規的框架柱模板安裝工程，采用鋼管外抱箍配合對拉螺桿穿心加固。

該加固方法工序繁瑣、消耗大量周轉材料，且澆筑成型后外觀一般。尤其對于截面積較大的框架柱，由于混凝土澆筑過程中側向壓力很大，因此鋼管外抱箍用量很大，與之配套需安裝大量扣件，工序繁瑣，影響了施工進度。模板需要穿孔，周轉支設不同截面柱時可能會重新開孔且舊孔需要封堵。同時對拉螺桿用量較大，造成混凝土表面洞眼多需要后期拆模以后修補，影響結構工程觀感質量；當加固型鋼混凝土柱時，需提前在勁鋼柱上開孔，且不一定得到設計院的許可。

3 主要施工技術及措施

3.1 工藝原理

利用雙槽鋼作為主楞，腳手架管及方通作為次楞，對拉螺栓采用高強螺桿，加固方（矩）形勁鋼結構截面柱。柱的四角采用方鋼管作為豎向龍骨，其余位置采用腳手架管作為豎向龍骨，角部方鋼管的豎向龍骨上焊接放置槽鋼主龍骨的定位鋼筋。該定位鋼筋既起到臨時放置槽鋼的作用，同時還控制槽鋼的間距。

3.2 工藝流程

槽鋼加工、鋼墊片穿孔→支撐腿點焊→木模板支設→立豎楞→槽鋼背楞加固→柱模板校正調整→準備混凝土澆筑。

圖1 柱箍加固平面圖圖

3.3 新型柱模板加固設計

1）采用18mm九夾板，散拼安裝柱模板，采用5號方通及腳手架管為豎向背楞，5號方通用于柱子四角部位，腳手架管用于中間部位。

2）采用2根10號槽鋼為橫向主龍骨，每一邊各在2根槽鋼間布置兩道φ16mm高強螺桿，每根螺桿端部穿40mm×70mm、3mm厚鋼板墊片，用同規格雙螺母進行加固。

3）第一道橫楞距地不大于200mm，橫楞在一半柱高以下間距350mm，一半柱高以上間距450mm。

4）X向模板柱腳的5號方通上按橫楞間距焊接200mm長短鋼筋作限位支撐腿，為橫楞提供支撐及保證安裝間距。

5）為防止槽鋼變形，增加周轉次數，使用前在槽鋼內點焊短鋼筋料頭進行加固，間距200mm。

6）安裝時先安裝X向橫楞，再安裝Y向橫楞。

圖2 柱箍加固三維模型圖

4 大截面型鋼混凝土柱抱箍加固設計驗算

以塔樓首層核心筒1600mm×1600mm外框型鋼砼柱進行驗算。

4.1 基本計算參數

柱模板截面高度B=1600mm，截面寬度D=1600，柱的計算高度取層高H=6500mm，柱箍間距計算跨度取d=300mm。柱箍采用雙10號 槽 鋼 100mm×48mm×5.3mm,間距L1=350mm。柱模板豎楞鋼管截面直徑48mm（實際選用50mm)，計算壁厚3mm，間距L2=267mm鋼管抗彎強度取205N/mm2，鋼管彈性模量為206000N/mm2。模板黑面優質木模，根據說明書資料，其板厚18mm，彈性模量5400.0N/mm2，抗彎強度15.0N/mm2，抗剪切強度1.4N/mm2；豎楞5號槽鋼50mm×4.5mm。

4.2 荷載組合

4.2.1 取值原則

強度驗算考慮傾倒混凝土時產生的荷載設計值和新澆混凝土側壓力；撓度驗算值需考慮新澆混凝土側壓力產生荷載標準值。

4.2.2 荷載取值

新澆混凝土重力密度γc=24kN/m3，初凝時間t0=4h，外加劑影響修正系數β1=1，混凝土坍落度影響修正系數β2=1，混凝土澆筑速度V=6m/h。

4.2.3 荷載計算

1）新澆混凝土對模板的側壓力標準值Gk=min{0.22γct0β1β2V1/2，γcH}=51.733＝51.733kN/m2。

2）傾倒混凝土時對垂直面模板荷載標準值Q1k=3kN/m2

承載能力極限狀態設計值S承＝max[1.2Gk+1.4Qk，1.35Gk+1.4×0.7Qk]＝72.780kN/m2。

4.3 雙槽鋼柱箍驗算

1）柱箍的截面力學參數為截面抵抗距W=39.7cm3；截面慣性矩柱箍截面慣性矩I=198.3cm4。

2）豎楞鋼管傳遞到單個槽鋼柱箍的集中荷載P=S承*L1*L2/2=3.400kN/m2。

3）雙槽鋼柱箍按照集中荷載作用下多跨連續梁計算，經過計算得到最大彎矩M=4.754kN?m，最大支座反力N1=10.2kN，最大變形ν＝2.814mm＜[ν]=l/400=4.33mm。滿足要求。

4.4 對拉螺桿驗算

1）對拉螺桿所受的拉力N2=2×N1=20.4kN；對拉螺桿的有效面積A=144mm2；對拉螺桿的抗拉強度設計值f=210N/m；對拉螺桿的直徑D=16mm，有效直徑d=13.55mm。

2）M16螺栓軸向拉力設計值[N]=fA=24.5kN。

3）N＜[N]，對拉螺桿強度驗算滿足要求。

5 優點分析

1）槽鋼規格多，可按需選用，進場經過簡單定尺切割，即可投入使用。

2）與傳統雙鋼管柱箍加固方式比較，槽鋼周轉次數多，損耗極小，可實現多個項目重復利用，也可用于現場臨時設施的搭建。

3）與單槽鋼、方鋼柱箍加固方式比較，不需要在鋼材上開洞燒眼，也不需要在開洞部位進行補強，可加固不同尺寸的方柱、矩形柱。

4）與木方相比，以鋼管、槽鋼作為豎楞，韌性好，強度高，壓縮變形量小，降低結構偏差。

5）取消穿柱對拉螺栓，避免模板鉆孔，降低模板損耗率，節約材料費用及后期螺桿孔修補費用。

6）避免螺栓洞口漏漿、混凝土結構觀感質量好。

6 缺點分析

1）前期一次性投入較大。

2）比起鋼管，槽鋼自重較大，搬運不便。

3）若未提前優化施工組織，易造成柱箍周轉或勞動力浪費。

4）不適用于圓形柱、異形柱、變截面柱。

7 總結

應用雙槽鋼加固大截面型鋼混凝土柱，不需要穿柱對拉，巧妙避開型鋼柱上穿螺桿孔帶來的結構風險及多余施工量，消除了結構表面的螺桿孔，提高結構觀感質量，同時降低模板損耗，節約后期螺桿孔的處理費用，獲得了較大的社會效益與經濟效益。