組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系在地下室后澆帶中的應(yīng)用

蔣忠平

（中鐵建設(shè)集團(tuán)中南建設(shè)有限公司，湖北 武漢 430080）

1 工程概況

長(zhǎng)沙·合能楓丹星悅工程位于長(zhǎng)沙市長(zhǎng)沙縣東九路以東，涼塘路以西，本工程含10 棟高層住宅，地下1 層，地上11 層，總建筑面積為88 775 m2，地上面積為71 446 m2，地下面積為17 299 m2，建筑高度為35.65 m。因地下室面積較大，且后澆帶總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在項(xiàng)目策劃階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)綜合考慮，向建設(shè)單位提出后澆帶采用組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系。

2 準(zhǔn)備工作

2.1 組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系荷載計(jì)算

為保證組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系的受力滿足地下室頂板后澆帶受力要求，在施工前期，根據(jù)項(xiàng)目地下室頂板的參數(shù)，對(duì)鋼制體系進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算如下：

2.1.1 工程參數(shù)

images/BZ_105_201_2443_1193_2485.png結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 1 支撐架高度 3.7m后澆帶樓板厚度 0.18m 后澆帶梁截面 0.4×0.9m跨度 8m 后澆帶寬度 0.8m支撐架橫距 1.4m 支撐架縱距 4m鋼管類型 插管：φ48×3.0mm，套管：φ60×3.0mm荷載參數(shù)永久荷載 新澆鋼筋砼自重 25.1kN/m3 支架自重 0.17kN模板楞梁自重 0.3kN/m2可變荷載 施工人員及設(shè)備荷載 3kN/m2風(fēng)荷載 湖南長(zhǎng)沙市，基本風(fēng)壓：0.25kN/m2kN/m2

2.1.2 風(fēng)荷載計(jì)算

（1）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算：ωk=μsμzω0。ω0——基本風(fēng)壓，按湖南長(zhǎng)沙市10 年一遇風(fēng)壓值采用，ω0=0.25 kN/m2。μs——獨(dú)立鋼支柱風(fēng)荷載體形系數(shù)，μs取0.12。

獨(dú)立鋼支柱頂距地面計(jì)算高度H=3.7 m，按地面粗糙度C 類有密集建筑群的城市市區(qū)。風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz=0.65。 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值ωk=μzμsω0=0.65×0.12×0.25=0.020 kN/m2

（2）風(fēng)荷載引起的獨(dú)立鋼支柱彎矩設(shè)計(jì)值。

風(fēng)荷載的線荷載標(biāo)準(zhǔn)值

PWK=ωkD=0.020×0.06=0.0012 kN/m

D——套管直徑。計(jì)算風(fēng)荷載引起的獨(dú)立鋼支柱彎矩標(biāo)準(zhǔn)值MWK

風(fēng)荷載引起的獨(dú)立鋼支柱彎矩設(shè)計(jì)值MW=γQMWK=1.5×0.0021=0.0032 kN·m

2.1.3 后澆帶支柱穩(wěn)定性計(jì)算

（1）軸心壓力設(shè)計(jì)值N。

板底支撐架N=1.3×（25.10×0.18×4×0.8+0.3×4×0.8+0.17）+1.5×3×4×0.8=34.66 kN。

梁底支撐架 N=1.3×（25.10×0.4×0.9×0.8+25.10×0.18×3.6×0.8+0.3×5.44×0.8+0.17）+1.5×3×4×0.8=42.63 kN

取 較 大 值 42.63 kN，6 根 立 桿， 每 根 立 桿N=42.63/6=7.11 kN。

（2）獨(dú)立鋼支柱的強(qiáng)度計(jì)算。

①管強(qiáng)度計(jì)算σ1。σ1=7110/（424-2×16×3）=22N/mm2＜f=205N/mm2，插管強(qiáng)度滿足要求!

②套管強(qiáng)度計(jì)算σ2。σ2=7110/537=13N/mm2＜f=205N/mm2，套管強(qiáng)度滿足要求!

N—獨(dú)立鋼支柱軸心壓力設(shè)計(jì)值，取7110N；

A—獨(dú)立鋼支柱的凈截面面積（mm2）

f—鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取205 N/mm2；

①計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比

②后澆帶支柱的穩(wěn)定性系數(shù)φ。根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比，經(jīng)查詢?chǔ)?=0.144

③風(fēng)荷載引起的后澆帶支柱彎矩設(shè)計(jì)值M=3200N·mm

④立桿的歐拉臨界力NEX

獨(dú)立支柱穩(wěn)定性滿足要求!

（4）插銷的剪切承載力計(jì)算。

①插銷的凈截面面積

②插銷的剪切承載力

剪切承載力滿足要求!

（5）銷孔處的鋼管壁端承壓強(qiáng)度承載力計(jì)算。

①插銷的凈截面面積

承壓強(qiáng)度承載力滿足要求!

2.2 地下室頂板后澆帶組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系布置

根據(jù)項(xiàng)目的地下室頂板結(jié)構(gòu)后澆帶布置組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系，地下室頂板水平后澆帶總長(zhǎng)為100 m，地下室頂板的跨距為8 m。根據(jù)驗(yàn)算，組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系間距為1/2 跨，即在后澆帶兩側(cè)的懸臂梁底及頂板跨中各設(shè)置一套，體系至后澆帶邊緣為450 mm，項(xiàng)目總共布置628 套支撐體系，布置示意圖如下：

圖1 組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系布置示意

圖2 組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系布置示意

圖 3 剖面圖

3 地下室頂板后澆地組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系施工

組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系施工工藝流程為：測(cè)量放線→組裝支撐體系→安裝支撐體系→調(diào)直糾偏→模板支撐架體及鋼筋驗(yàn)收→澆筑混凝土→拆除常規(guī)模板支撐架體、保留組合式鋼立柱支撐體系

（1）安裝支撐體系。梁鋼筋綁扎完成后在梁底安裝組合式鋼立柱支撐體系，根據(jù)地室的高度，調(diào)節(jié)鋼支撐體系的高度，使支撐體系在梁底下與梁底模板緊密貼合，若有縫隙可采用木模板填充，使支撐系統(tǒng)對(duì)梁底形成可靠的支撐，安裝時(shí)應(yīng)該保持垂直，支撐體系切面與梁底模板應(yīng)為水平貼合。并將鋼立柱支撐體系用油漆做好標(biāo)記，以防止在拆模過(guò)程中被隨意轉(zhuǎn)動(dòng)，拆除。

（2）支撐體系調(diào)直糾偏做法。根據(jù)地下室的200 控制線來(lái)調(diào)整組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系的位置及垂直度，組合式鋼立柱由三根拉桿將3 根體系連接成整體，為防止鋼立柱的整體偏位，在每套鋼立柱支撐體系上下設(shè)2 道鋼管，并與鋼立柱獨(dú)立支撐體系四周的鋼管支模架相連，以保證混凝土澆筑時(shí)，支撐體系不發(fā)生偏移。

圖4 組合式鋼立柱加固示意

（3）混凝土澆筑。整個(gè)墻柱頂板梁驗(yàn)收通過(guò)滯后，可澆筑混凝土，澆筑的過(guò)程當(dāng)中應(yīng)安排專人觀察支撐體系的承壓情況，防止因澆筑混凝土的過(guò)程當(dāng)中因振動(dòng)或承壓不均勻?qū)е轮误w系傾斜。澆筑混凝土因連續(xù)分層澆筑，放料時(shí)混凝土斜向流動(dòng)層層推移，上層混凝土應(yīng)在下層混凝土初凝前澆筑完成，澆筑完成后需對(duì)混凝土及時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)頻次滿足規(guī)范要求。

（4）拆除常規(guī)模板支撐體系。混凝土的強(qiáng)度滿足規(guī)范要求后，可拆除常規(guī)的模板支撐體系，拆除的順序應(yīng)遵循規(guī)范要求，且在拆除模板的過(guò)程中，應(yīng)防止組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系被常規(guī)支模體系碰撞，導(dǎo)致?lián)p壞或偏位。后澆帶兩側(cè)組合式鋼立柱獨(dú)立支撐系統(tǒng)未拆除之前，后澆帶所在的跨上頂板禁止放置任何材料機(jī)械，避免因增加荷載導(dǎo)致樓板開(kāi)裂等質(zhì)量問(wèn)題。

（5）拆除組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系。在后澆帶澆筑完成，頂板后澆帶混凝土土同條件試件試驗(yàn)報(bào)告滿足設(shè)計(jì)要求后，可對(duì)后澆帶兩側(cè)的組合式鋼立柱獨(dú)立支撐進(jìn)行拆除，由人工進(jìn)行拆除，先由人工調(diào)松支撐體系，隨后再拆除被支撐體系支撐的模板，最后再解體支撐體系，二次周轉(zhuǎn)或存放倉(cāng)庫(kù)。

4 組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系的安全保證措施

（1）為保證后澆帶兩側(cè)梁板結(jié)構(gòu)安全，減少鋼柱支撐體系承受的荷載，后澆帶所在跨的頂板上禁止存在材料、設(shè)置材料加工場(chǎng)所。

（2）后澆帶所在跨上頂板嚴(yán)禁設(shè)置車輛通道。

（3）若必要時(shí)，設(shè)置小車，斗車通道，應(yīng)設(shè)置專門(mén)的通道通行，且對(duì)通道部位頂板進(jìn)行二次回頂。

（4）進(jìn)行高空施工作業(yè)時(shí)，必須遵守國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》JGJ80-2011的規(guī)定。

5 組合式鋼立柱獨(dú)立支撐體系的質(zhì)量保證措施

（1）頂板組合式鋼立柱支撐體系搭設(shè)時(shí)不得將支撐柱與后澆帶兩側(cè)頂板分離。

（2）鋼立柱支撐體系鋼立柱高度要確保頂板模板平齊，鋼柱垂直度偏差≤5mm。

（3）地下室頂板模板支撐時(shí)應(yīng)按施工方案整體搭設(shè)。

（4）后澆帶兩側(cè)鋼柱在澆筑頂板混凝土?xí)r應(yīng)清理干凈柱頭的殘?jiān)⒗取?/p>

（5）澆筑頂板梁混凝土?xí)r，應(yīng)按照方案對(duì)鋼立柱支撐體系進(jìn)行加固，防止偏位。

（6）地下室后澆帶兩側(cè)混凝土在達(dá)到拆除條件時(shí)將后澆帶內(nèi)模板支撐拆除，在模板支撐拆除時(shí)不得碰組合式鋼立柱支撐體系。

（7）混凝土澆筑完成后應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（8）支撐體系需待后澆帶砼達(dá)到設(shè)計(jì)要求后再拆除，嚴(yán)禁工人在此之前拆除或回頂。

6 效益分析

組合式鋼立柱支撐體系施工操作簡(jiǎn)單、便捷，與傳統(tǒng)的輪扣腳手架相比較，過(guò)程控制簡(jiǎn)單，節(jié)省了輪扣、鋼木龍骨、木膠合板等周轉(zhuǎn)材料的租賃和損耗費(fèi)用。本工程后澆帶長(zhǎng)度（只計(jì)算水平部分）共計(jì)2 508 m，層高為3.35 m，按照排距1.2 m、步距1.2 m、跨距1.2 m，掃地桿離地20 cm，最上面一排設(shè)置水平橫桿的加固方案進(jìn)行計(jì)算。

（1）輪扣腳手架支撐體系的費(fèi)用：輪扣長(zhǎng)度=2090*2+2090*3*1.2+2508*5=26752 m、鋼木龍骨長(zhǎng)度=2508*1.2/0.2=15 048 m

木膠合板面積=2508*1.2=3009.6 m2、周轉(zhuǎn)材料滯留時(shí)間為6 個(gè)月、租賃費(fèi)用=26752*0.026*180+15048*0.0252*180+3009.6*33=292 773.8 元。

（2）組合式鋼立柱支撐體系：組合式鋼立柱支撐體系需用628 套，每噸5100 元，一噸16 套（包括出廠及運(yùn)輸）。

一次投入成本=628/16*5100=195 937.5 元，組合式鋼立柱支撐體系與傳統(tǒng)后澆帶支撐做法可節(jié)省成本：292 773.8-195 937.5=968 36.3 元。

7 結(jié)語(yǔ)

地下室后澆帶支撐體系傳統(tǒng)的做法為采用鋼管、輪口、扣件、鋼木龍骨、模板等組成支撐體系進(jìn)行支撐，需占用大量的周轉(zhuǎn)材料，成本較高，且現(xiàn)場(chǎng)的文明施工程度較差。且在實(shí)際施工過(guò)程中，傳統(tǒng)的支撐體系不便于后期后澆帶施工縫處理，頂板后澆帶部位的防滲漏質(zhì)量難以保證，且經(jīng)常出現(xiàn)后澆帶支撐體系或支撐桿被拆除的現(xiàn)象，導(dǎo)致頂板開(kāi)裂，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全。本工程采用組合式鋼立柱支撐體系，利用其原理，鋼立柱支撐隨整體地下室模板支撐體系搭設(shè)時(shí)一同搭設(shè)，在常規(guī)的鋼管模板支撐體系拆除時(shí)，保留下來(lái)，取代鋼管模板對(duì)后澆帶進(jìn)行支撐。解決了采用傳統(tǒng)做法存在的質(zhì)量問(wèn)題；且組合式鋼立柱支撐體系間的空間較大，滿足地室的施工通道需求，便于地下室施工部署；不占用周轉(zhuǎn)材料，可提高周轉(zhuǎn)材料的周轉(zhuǎn)率，且體系可進(jìn)行二次周轉(zhuǎn)，節(jié)約成本；組合字鋼立柱支撐體系施工操作簡(jiǎn)單，施工安全，適合對(duì)地下室后澆帶兩端的模板進(jìn)行支撐、可在大面積地下室結(jié)構(gòu)中推廣使用。