大截面勁性鋼骨柱施工中的鋁模應用

程志軍 張滿江紅 韋方洲 黨宗盛 張 多

中國建筑第二工程局有限公司深圳分公司 廣東 深圳 518048

1 工程概況

騰訊濱海大廈工程位于深圳市南山區(qū)，占地面積18 650.95 m2，總建筑面積為341 431.98 m2，項目主要功能為研發(fā)、商業(yè)、食堂、文體設施。該工程分為南北2座塔樓，其中南塔樓50層，建筑高度為244.10 m，北塔樓39層，建筑高度為194.85 m。塔樓核心筒采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，外框采用勁性鋼骨柱與組合樓板結(jié)構(gòu)體系，外框柱為柱內(nèi)含十字勁性鋼骨柱、外包鋼筋混凝土的方柱。該工程樓層高度4.35～6.50 m，鋼骨柱截面尺寸在1 000 mm×1 000 mm～1 800 mm×1 800 mm之間變化，各層柱子數(shù)量合計達270根。

2 施工重、難點分析及解決方案

該工程為騰訊新的總部大樓，建成后將成為深圳市又一地標建筑，該工程在合同中就對工程質(zhì)量提出極高要求——創(chuàng)中國建筑工程魯班獎。為保證混凝土結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量，該工程采用鋁合金模板施工南、北塔外框鋼骨柱。

考慮到該工程柱截面較大，鋁合金柱模板必須采用穿柱對拉螺桿才能保證柱模板的加固質(zhì)量，由于柱內(nèi)含十字勁性鋼骨柱，故安裝穿柱對拉螺桿不僅需要在鋁合金模板上開洞，而且還需要在鋼骨柱上開洞，一方面削弱了鋼骨柱的強度，另一方面破壞了鋁模板的完整性；再者，兩側(cè)鋁模和鋼骨柱上的洞必須在一條直線上，才能保證對拉螺桿順利穿過，對加工精度要求高；此外，鋼骨柱外周的鋼筋也可能對螺桿安裝造成不良影響[1]。

為避免“槽鋼＋穿柱對拉螺桿”加固方法的弊端，結(jié)合鋁合金模板工藝要求，項目開發(fā)出一種采用50 mm×30 mm×2.5 mm方通焊制而成的小型鋼桁架背楞（圖1），用以替代傳統(tǒng)的“槽鋼＋穿柱對拉螺桿”，此做法既能滿足加固體系強度和剛度的要求，又能較好地規(guī)避螺桿對結(jié)構(gòu)質(zhì)量及安裝工效的不良影響，同時小型鋼桁架背楞結(jié)構(gòu)簡單，操作便利。

3 技術(shù)原理

鋼桁架式背楞由50 mm×30 mm×2.5 mm的矩形鋼管焊接而成，分為4片，每片呈梯形形狀（圖2），鋼桁架式背楞與預先焊接在鋁模板背面的固定螺桿相連接，以保證其高度位置。

圖1 鋼桁架背楞鋁模體系

圖2 4片桁架背楞連接示意

固定螺桿根據(jù)鋼桁架背楞間距預先焊接在鋁模板上，后與鋼桁架背楞連接固定，每片鋼桁架背楞至少用2個固定螺栓連接固定。相鄰2片背楞通過角部斜拉螺桿相連接（圖3），將4個背楞連接成矩形框，避免了對拉螺栓穿過鋼骨拉結(jié)對側(cè)鋁模板的情況，既不需要穿過鋼骨也不會破壞鋁模板，采用鋼桁架背楞有效地解決了對拉螺栓與鋼骨沖突、結(jié)構(gòu)柱遺留絲桿洞的問題。

圖3 斜拉螺桿固定相鄰背楞

4 背楞結(jié)構(gòu)設計與計算

4.1 鋼桁架背楞設計加工

鋼桁架式背楞由50 mm×30 mm×2.5 mm的矩形鋼管焊接預制，所有焊縫滿焊，焊縫高度大于6 mm，去毛刺、焊渣后，表面涂刷防銹油漆。鋼桁架背楞呈梯形形狀，兩邊角部焊接有預留孔的角鋼以便于斜拉螺桿固定（圖4）。斜拉螺桿為M27的梯形牙螺桿，材質(zhì)為45#的高強螺桿，截面面積A=571 mm2，許用抗拉強度[f]=400 MPa。

4.2 鋼桁架背楞計算

鋁合金柱模板是由一塊塊的標準模板單元組成的，模板單元之間通過銷釘連接，主要由鋼桁架背楞及斜拉螺桿固定，鋼桁架背楞作為柱箍是鋁合金模板體系中的抗側(cè)力構(gòu)件，需驗算其構(gòu)件的強度、撓度。

計算新澆筑混凝土對模板的側(cè)壓力時，不考慮混凝土初凝時間、混凝土外加劑影響修正系數(shù)、混凝土坍落度影響修正系數(shù)、混凝土的澆筑速度等影響因素，而直接按照最不利工況計算新澆筑混凝土對模板的側(cè)壓力，在此條件下進行柱箍間距設計。

經(jīng)計算，柱箍受拉桿件（鋼桁架背楞及高強斜拉螺桿）的抗拉強度滿足其最大拉力要求，可以保證柱體混凝土澆筑過程中的鋁模板加固作用[2]。

圖4 鋼桁架背楞組成示意

5 施工工藝流程及操作要點

勁性鋼骨柱鋼桁架背楞鋁模體系施工流程：柱模板安裝及垂直度校正→桁架背楞安裝→整體校正、加固檢查及柱模板底部填灰→混凝土澆筑→模板拆除。

5.1 柱模板安裝及垂直度校正

復核放線人員投射的軸線和柱線是否正確，柱鋼筋是否在線內(nèi)，并留有相應的保護層，修正超出范圍的鋼筋。根據(jù)校核后的柱線將對應的控制線投繪在柱線外150 mm處，作為垂直定位參照線。

針對4.5 m以下高度的柱體，可采用門式腳手架進行柱模板安裝工作，操作便捷、節(jié)省時間；針對4.5 m以上高度的柱體，可搭設落地式鋼管腳手架進行安裝，架體上滿鋪腳手板，嚴禁在腳手架上集中堆放材料（圖5）。

圖5 鋁模板安裝

柱模板安裝前將表面清理干凈，均勻涂抹脫模劑，鋁模板上的插銷必須根據(jù)孔位要求全部打滿，兩插銷間距不能超過300 mm，且插銷頭的方向一致，銷釘尖頭全部朝下。柱模板安裝完畢后，可采用鋼管作臨時斜撐固定，再安裝兩邊背楞加固，適度擰緊斜拉螺桿上的螺母。

在模板頂部轉(zhuǎn)角處，固定線錘并使其自由落下，線錘尖部對齊樓面垂直度控制線，并配合水準儀、全站儀進行檢查。若有偏差，則通過調(diào)節(jié)斜撐進行校正，直到線錘尖部和參考控制線重合為止。

5.2 桁架背楞安裝

鋼桁架式背楞先與預先焊接在鋁板上的固定螺桿連接固定，然后通過角部斜拉螺桿固定在鋁模板外側(cè)，起到加固作用（圖6）。

柱箍豎向間距根據(jù)層高計算確定，以1 800 mm×1 800 mm的柱子為例，層高4.35 m時，柱箍間距從下往上分別為250、600、800、1 000、1 200 mm（圖7）。

圖6 鋁模加固體系三維效果圖

圖7 柱箍間距設置示意

5.3 整體校正、加固檢查及柱模板底部填灰

每個單元的水平及標高調(diào)整完畢后，需對整個樓面做一次水平和標高的校核。此外，需檢查斜拉螺桿是否擰緊，檢查模板底部是否用素混凝土填實，檢查所有板間銷釘，確保所有銷釘全部固定牢固（圖8）。

圖8 鋁模背楞加固體系安裝完成

5.4 混凝土澆筑

垂直混凝土泵管不能和鋁合金模板硬性接觸，必須在工作面以下2層固定泵管，樓面上的泵管需要用膠墊防振。

5.5 模板驗收

待混凝土強度達到規(guī)范要求后，從上至下拆除柱模板。先拆除角部斜拉螺桿，再擰開鋁模背面的2個固定螺栓，將鋼桁架背楞拆除，最后輕輕撬開鋁模板（圖9、圖10）。

圖9 拆除柱模板

圖10 混凝土成型質(zhì)量

6 效益分析

將本技術(shù)與傳統(tǒng)的10#雙槽鋼加固方法進行對比，以1 400 mm×1 400 mm的勁性混凝土柱為例，采用本技術(shù)無絲桿洞，避免了后期修補工作，可節(jié)約每根柱子的修復費用約20.7元；不必使用螺桿，平均每根柱節(jié)約60.5元；減少了鋁模板的損耗，平均每根柱節(jié)約48.5元；避免了對鋼骨柱開螺栓孔進行深化設計和鉆孔等工序，平均每根柱節(jié)約42.3元，合計每根柱可節(jié)約成本172元。

7 結(jié)語

隨著鋁合金模板體系的推廣，越來越多的工程選擇使用鋁合金模板，而對于外包鋼筋混凝土的大截面勁性鋼骨柱，模板加固是難點，本技術(shù)采用鋼桁架背楞較好地解決了該問題。主要是利用鋼桁架剛度高的優(yōu)勢，省去安裝對拉螺栓；且不用在鋼骨上開洞，避免了對鋼骨柱開螺栓孔需進行鉆孔等工序，提高施工效率和模板周轉(zhuǎn)率，使混凝土澆筑成型質(zhì)量提高；再者，混凝土構(gòu)件表面無孔，減少了后期封堵工序，也避免滲水等質(zhì)量問題，避免了螺栓孔在澆筑混凝土時的漏漿現(xiàn)象，節(jié)約材料，有利于保持現(xiàn)場整潔和模板潔凈[3]。

騰訊濱海大廈工程采用鋼桁架背楞鋁合金模板體系順利施工完成了大截面勁性鋼骨柱，柱截面最大尺寸為1 800 mm×1 800 mm，樓層最大高度為6.5 m，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，其中產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益約40.23萬元。鋁模背楞體系主材及構(gòu)件周轉(zhuǎn)率高、組裝迅速，操作便捷，提高了施工效率，符合國家倡導的資源節(jié)約、綠色環(huán)保的政策方針，具有良好的應用前景和推廣價值。