某超高層項目超厚基礎(chǔ)底板型鋼支架施工技術(shù)

茅 泉

(江蘇銀洲建設(shè)集團有限公司,江蘇 南通 226200)

0 引言

2014年12月29日,某市一在建體育館基礎(chǔ)底板鋼筋發(fā)生倒塌,造成10人死亡、4人受傷,該事故具有代表性。隨著各種超厚基礎(chǔ)底板出現(xiàn),施工人員對施工技術(shù)和施工過程中體現(xiàn)出來的諸多技術(shù)問題和安全問題也越來越重視。超厚基礎(chǔ)底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工均需專門的研究和計算,型鋼支架計算選型是編制基礎(chǔ)底板施工方案的重要依據(jù),是施工安全的可靠保證。

1 工程概況

蝶湖景苑超高層項目位于江蘇省南通市啟東市蝶湖新區(qū),如圖1所示。項目總用地面積81 912.0m2,總建筑面積37.6萬m2(其中地上總建筑面積23.4萬m2,地下總建筑面積14.2萬m2)[1]。

圖1 蝶湖景苑超高層項目效果

塔樓1地上43層,塔樓2地上44層,裙房1和裙房2均為地上4層、地下室2層。2幢塔樓主屋面結(jié)構(gòu)高度均為200m,塔樓幕墻頂建筑高度均為239m,結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土框架-核心筒形式,按7度抗震設(shè)防,基礎(chǔ)形式為樁筏基礎(chǔ),底板厚度2 800mm(電梯井處局部8 200mm),底板頂部主筋 T1～T4 為雙層雙向32@200mm,底板底部主筋 B1～B4 雙層雙向36@200mm,核心筒一周附加36@200mm,中部設(shè)置1層雙向抗裂構(gòu)造筋16@200mm。

2 型鋼支架設(shè)計

底板厚2 800mm(電梯井處局部厚8 200mm),基于上層鋼筋底部,制造型鋼架構(gòu)支架,旨在有力保障處于底板上部鋼筋可承擔(dān)施工鋼筋與作業(yè)時的荷載。支架立柱采用[10,立柱橫向與豎向間距均為1.6m(集水坑和電梯井部位立柱采用I16,縱橫間距1.6m×1.6m);立柱下端墊[10(長350mm)立于基礎(chǔ)底板下部最上層鋼筋上,并與其焊接牢固,立柱根部縱、橫向設(shè)置∟40×4掃地桿件與立柱焊接連成整體;頂部橫梁同樣采用[10,與底板上皮最下排鋼筋垂直,沿此方向加以排布,橫梁上口處是基礎(chǔ)底板上皮最下排鋼筋下皮,橫梁間距1.6m,垂直于頂部橫梁方向設(shè)置∟70×5水平拉桿;逐點焊接連接底板中、下皮鋼筋網(wǎng)片和支架,除此之外,在中部設(shè)定∟50×5,焊接縱、橫向水平拉桿及立柱,增強立柱穩(wěn)定性,對中部構(gòu)造的抗裂鋼筋提供有力支撐;立柱每2小跨交錯設(shè)置∟70×5豎向斜撐(縱、橫間距均為6小跨,邊跨為5小跨);鋼筋支架立柱、水平連系桿件及橫梁應(yīng)根據(jù)墻柱結(jié)構(gòu)設(shè)計圖進行合理避讓,避免影響插筋,所有型鋼支架均采用焊接連接,焊縫高度6mm;底板頂部主筋32@200mm 雙層鋼筋網(wǎng)片間以45°斜向擱置32@1 130mm 通長鋼筋,確保雙層鋼筋網(wǎng)片間隔1個筏板頂部鋼筋直徑;底板底部主筋為36@200mm,核心筒一周附加36@200mm雙層鋼筋網(wǎng)片間以45°斜向擱置36@1 130mm通長鋼筋,確保雙層鋼筋網(wǎng)片間隔1個筏板底部鋼筋直徑;底板底部鋼筋保護層墊塊采用100mm×100mm×600mm C45預(yù)制混凝土塊,對應(yīng)鋼筋型鋼支架立柱東西向通長布置。型鋼支架如圖2所示。

圖2 塔樓基礎(chǔ)型鋼支架示意

3 型鋼支架計算

型鋼支架計算依據(jù)GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[2]。

3.1 2.8m厚底板支架計算

3.1.1荷載取值

上部鋼筋荷載取值1.52kN/m2,中部鋼筋荷載取值0.19kN/m2,施工人員荷載取值2kN/m2,施工設(shè)備荷載取值2kN/m2,施工活荷載取值2kN/m2[3]。

3.1.2參數(shù)信息

支架可稱作馬凳,在高層建筑中大體積混凝土基礎(chǔ)底板處或大型設(shè)備基礎(chǔ)與高厚混凝土板上、下層鋼筋間進行有效應(yīng)用。支架由型鋼焊接制造而成,通過支架支承上層鋼筋,承載鋼筋標(biāo)高與上部平臺的所有施工荷載。

一般情況下,型鋼支架根據(jù)排加以布置,上層與立柱、斜桿均采取型鋼材料,焊接為1片。水平桿驗算剛度與強度,斜桿與立桿驗算穩(wěn)定性與強度。

1)基本參數(shù) 鋼筋3層,支架橫梁間距1.6m;除底層鋼筋外,從上到下各層鋼筋依次自重荷載為1.52,0.19kN/m2;施工人員荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.00kN/m2,施工設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4.00kN/m2。

2)橫梁參數(shù) 橫梁為[10,截面抵抗矩為39.700cm3,彈性模量為2.06×105N/mm2,截面慣性矩為198.000cm4,抗彎強度設(shè)計值為205N/mm2。

3)立柱參數(shù) 立柱總高度為2.225m,計算步距為2.225m,抗壓強度設(shè)計值為205N/mm2,間距為1.6m,材質(zhì)為[10。橫梁與立柱連接方式為焊接,角焊縫焊腳尺寸為6mm,角焊縫計算長度為150mm,焊縫強度設(shè)計值為160N/mm2。

3.1.3頂層支架橫梁計算

頂層支架橫梁根據(jù)3跨連續(xù)梁計算其強度及撓度,且處于小橫桿上,將其上腳手板與活荷載作為均布荷載計算橫梁最大變形與彎矩。結(jié)果表明,強度與撓度均滿足要求。

3.1.4中間層支架橫梁計算

中間層支架橫梁根據(jù)3跨連續(xù)梁計算其撓度與強度,且處于小橫桿上。截取中間層鋼筋最大自重荷載層進行計算,中間層支架橫梁不考慮活荷載作用均布荷載值。由計算結(jié)果可知,節(jié)點強度和撓度均滿足要求。

3.1.5支架立柱計算

將支架立柱作為軸心受壓構(gòu)件,進行穩(wěn)定性驗算。由計算結(jié)果可知,長細比和穩(wěn)定性驗算均滿足要求。

3.1.6立柱與橫梁連接節(jié)點驗算

由計算結(jié)果可知,節(jié)點焊縫強度滿足要求。

3.2 8.2m厚底板支架計算

3.2.1荷載取值

荷載取值同2.8m厚底板。

3.2.2參數(shù)信息

荷載涵蓋自重與施工荷載2方面內(nèi)容。支架所承擔(dān)的荷載涵蓋上層鋼筋自重、施工人員與設(shè)備荷載3部分內(nèi)容。按照上、下層鋼筋間距與荷載值明確支架原材料采用型鋼。

1)基本參數(shù) 基本參數(shù)同2.8m厚底板。

2)橫梁參數(shù) 橫梁參數(shù)同2.8m厚底板。

3)立柱參數(shù) 立柱總高度為7.625m,計算步距為2.540m,材質(zhì)為I16,抗壓強度設(shè)計值為205N/mm2,間距為1.6m。橫梁與立柱連接方式為焊接,角焊縫焊腳尺寸為6mm,角焊縫計算長度為150mm,焊縫強度設(shè)計值為160N/mm2。

3.2.3頂層支架橫梁計算

計算同2.8m厚底板。由計算結(jié)果可知,強度和撓度均滿足要求。

3.2.4中間層支架橫梁計算

計算同2.8m厚底板。由計算結(jié)果可知,強度和撓度均滿足要求。

3.2.5支架立柱計算

計算同2.8m厚底板。由計算結(jié)果可知,長細比和穩(wěn)定性驗算均滿足要求。

3.2.6立柱與橫梁連接節(jié)點驗算

由計算結(jié)果可知,節(jié)點焊縫強度滿足要求。

3.3 支架頂部水平拉桿(東西向)計算

3.3.1參數(shù)信息

頂部水平拉桿作用的荷載包括施工人員荷載,取值為1kN/m2(不考慮上部鋼筋自重、堆載及施工設(shè)備荷載,此部分荷載作用在頂部南北向[10橫梁上)。

1)基本參數(shù) 鋼筋2層,頂部水平拉桿間距為1.6m。頂層鋼筋自重荷載為0.01kN/m2,施工人員荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1.00kN/m2,施工設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.10kN/m2。

2)橫梁參數(shù) 頂部水平拉桿為∟70×5,截面抵抗矩為6.320cm3,彈性模量為2.06×105N/mm2,截面慣性矩為32.200cm4,抗彎強度設(shè)計值為205N/mm2。

3)立柱參數(shù) 立柱參數(shù)同2.8m厚底板。

3.3.2頂層支架橫梁計算

水平拉桿根據(jù)3跨連續(xù)梁計算撓度與強度,將其上腳手板與活荷載作為均布荷載計算支架水平拉桿最大變形及彎矩。由計算結(jié)果可知,強度和撓度均滿足相應(yīng)要求。

3.3.3支架立柱計算

將支架立柱作為軸心受壓構(gòu)件,進行穩(wěn)定性驗算。由計算結(jié)果可知,長細比和穩(wěn)定性驗算均滿足要求。

3.3.4立柱與水平拉桿連接節(jié)點驗算

由計算結(jié)果可知,節(jié)點焊縫強度滿足要求。

4 施工技術(shù)

施工工藝流程為:材料準(zhǔn)備→立柱底座焊接→現(xiàn)場測量→立柱定位→擺放混凝土保護層墊塊→擺放并綁扎底部鋼筋→型鋼立柱焊接→掃地桿焊接→中層橫梁焊接→豎向斜撐焊接→擺放并綁扎中部抗裂構(gòu)造筋→頂部橫梁焊接→擺放并綁扎頂部鋼筋→綁扎剪力墻、柱插筋。

1)材料準(zhǔn)備 按照圖紙計算出所需型材用量(I16,[10,∟70×5,∟50×5,∟40×4),必須具備產(chǎn)品質(zhì)量證明書、原材料試驗報告書,分批加以復(fù)試。材料經(jīng)由檢驗合格后方可進場;如材料與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不符合,將不予進場。

底板底筋支架下通長墊設(shè)C45混凝土墊塊(同基礎(chǔ)混凝土設(shè)計強度,規(guī)格為100mm×100mm×600mm),混凝土墊塊強度必須達到要求,以防混凝土墊塊壓碎,影響支架整體穩(wěn)定性。

2)立柱底座焊接 立柱下端設(shè)350mm長[10為底座,與立柱焊接牢固;立柱應(yīng)結(jié)合施工圖紙綜合考慮結(jié)構(gòu)部位、構(gòu)件尺寸等關(guān)鍵因素,嚴格控制支架立柱制作高度。

3)現(xiàn)場測量 對照底板結(jié)構(gòu)施工圖紙,對網(wǎng)線進行控制管理,測量組通過后澆帶處的邊線、電梯坑集水坑、墻柱位置放出支架軸線且加以定位。施工時需進行準(zhǔn)確定位,同時有效設(shè)置并控制網(wǎng)點,按具體施工情況對測設(shè)進行定位與布置,細致校核閉合誤差,合理規(guī)避墻柱插筋。按墊層對放線進行找平,基層與表面需保持清晰的找平放線,精度要滿足要求,墊層標(biāo)高及平整度控制直接涉及鋼筋立柱的統(tǒng)一下料,平整度誤差≤10mm[4]。

4)立柱定位 按施工圖紙設(shè)計支架間距,澆筑完防水保護層后,基于保護層彈出支架位置。

5)擺放保護層墊塊 彈出位置線,擺放100mm×100mm×600mm混凝土墊塊,保證各根立柱下均存在墊塊。

6)擺放并綁扎底部鋼筋 按設(shè)計施工架構(gòu)圖紙下料及翻樣,按設(shè)計與規(guī)范要求綁扎好底板底筋,之后針對底筋實施隱蔽驗收,保證合格綁扎后,施工下一道工序。

7)型鋼立柱焊接 按工程進度與數(shù)量要求,有效組織2個施工組焊接鋼筋支架,2組分別由北至南、由南至北進行施工。將立柱固定于底板底筋中,間距是1.6m×1.6m,焊接立柱底座和底板底筋,通過2個工人將立柱立起來,以激光水準(zhǔn)儀為依托,保證立柱垂直狀態(tài),增強焊接有效性;充分運用鋼筋頭基于立柱下部對小斜撐進行焊接,保證立柱可靠穩(wěn)定性,根據(jù)上述方法,按照次序?qū)ζ渌⒅M行焊接與安裝,同時保證立柱縱、橫方向處在同一直線。立柱垂直度存在偏差,但需<10mm。

8)掃地桿件焊接 立柱根部縱、橫向設(shè)置∟40×4掃地桿件與立柱焊接連成整體。

9)中層橫梁焊接 焊接完各排立柱后,焊接中部∟50×5橫梁,焊接完角鋼后,再一次調(diào)節(jié),保證各排立柱處于同一直線。

10)豎向斜撐焊接 立柱每2小跨交錯設(shè)置∟70×5豎向斜撐(縱、橫間距均為6小跨,邊跨為5小跨),與立柱焊接。各排支架間采取∟70×5焊接之字形豎向斜撐,使支架可靠穩(wěn)定性得到保障。

11)擺放并綁扎中部抗裂構(gòu)造筋 按設(shè)計施工架構(gòu)圖紙下料與翻樣,依據(jù)施工及設(shè)計規(guī)范要求,綁扎中部抗裂構(gòu)造筋,再進行隱蔽驗收,確保合格后進入下一道施工工序。

12)頂部橫梁焊接 焊接頂部橫梁前,在立柱上測量出上部鋼筋水平線,保證鋼筋上層保護層滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計需求。焊接完橫梁后,有效組織企業(yè)質(zhì)安部與技術(shù)科、安全科等相關(guān)機構(gòu)聯(lián)合驗收支架情況,合格后,有效組織鋼筋工人根據(jù)預(yù)定方案綁扎面筋。

13)擺放并綁扎頂部鋼筋 按設(shè)計施工結(jié)構(gòu)圖紙下料與翻樣,依據(jù)施工與設(shè)計需求及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)綁扎頂部鋼筋,完畢后進行隱蔽驗收,確保合格后進入下一道施工工序。

14)綁扎剪力墻、柱插筋 根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)施工圖紙進行下料、翻樣,剪力墻、柱插筋錨入底板內(nèi)長度需滿足16G101圖集要求。

5 型鋼支架使用要求

1)支架經(jīng)驗收合格后,方可安裝上層鋼筋。

2)支架限載1.5kN/m2,禁止在綁扎好的鋼筋上方集中堆載,當(dāng)局部需進行集中堆載(如電焊機)時限重為0.3t,必須放置在立柱上,且下部必須墊設(shè)模板或木跳板,確保受力均勻。

3)支架平臺上材料堆放應(yīng)盡可能均布。若有集中狹窄區(qū)域堆載,則條狀縱向堆放材料;如在支架焊接完成綁扎面筋前需將鋼筋堆放在支架上,此時需將鋼筋分開堆放,堆放時應(yīng)分散均勻,且擱置跨度≥2跨(3根橫梁上),同時盡量擱置在立柱部位,放置時人員應(yīng)站在側(cè)面,且每捆鋼筋質(zhì)量控制在1t以內(nèi);當(dāng)?shù)装迕娼罱壴瓿尚柽M行墻柱插筋時應(yīng)遵守上述原則,同時該區(qū)域內(nèi)嚴禁在上、下層鋼筋間有人施工,需待鋼筋分散插入且上部基本固定后方可進入綁扎箍筋施工,以免因失穩(wěn)而造成安全事故的發(fā)生和影響人身安全。

4)支架平臺作為臨時施工平臺使用,嚴禁沖擊荷載作用其上,同時嚴格控制施工荷載。

5)吊運材料應(yīng)有專人指揮,且應(yīng)輕吊輕放,以減少對鋼筋支架平臺的沖擊。

6)上、下2層鋼筋間應(yīng)設(shè)置爬梯,防止作業(yè)人員直接攀爬鋼筋。

6 型鋼支架穩(wěn)定性保證措施

1)支架選用型材、焊接質(zhì)量必須符合GB 50205—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定[5]。

2)支架加工焊接必須選用具有相關(guān)資質(zhì)的專業(yè)單位及人員,焊工必須持證上崗,施工前進行技術(shù)交底[6]。焊縫處要焊接飽滿,不得有漏焊及缺焊情況;分別滿焊立柱和底座、角鋼、橫梁、斜撐,焊接完支架后,即刻組織驗收。

3)支架立柱底部鋼筋保護層墊塊強度必須達C45混凝土28d標(biāo)準(zhǔn)強度要求。

4)塔樓四周外圍支架采用∟70×5設(shè)置斜撐,需撐至筏板變截面斜坡上。

5)由某側(cè)支架上部開始,每間隔2個排距,采用∟70×5設(shè)置縱橫之字形撐。

6)支架頂部采用∟70×5水平拉桿,而中部則采用∟50×5水平拉桿;每跨通長設(shè)定1道縱向連接桿;基于承受底板中部支撐鋼筋,各排支架立柱進行拉結(jié),使每排支架進行連接,形成整體。

7)不能集中性地在綁扎完的底板上堆放大型機械設(shè)備,如需堆放,要搭建臨時性支撐,在底板保護層中直接搭建臨時性支撐,控制作用于鋼筋支架中設(shè)備的堆載需<1.5kN/m2。

8)施工時,盡可能規(guī)避支架中成型鋼筋集中堆載,如需集中堆載,需嚴格有效控制。

9)支架外邊懸挑區(qū)域不能堆載成型鋼筋與設(shè)備等荷載。

7 結(jié)語

蝶湖景苑超高層塔樓超厚基礎(chǔ)底板型鋼支架整體穩(wěn)定性好、支撐性能好,且能較好地控制上層鋼筋網(wǎng)標(biāo)高,通過合理組織流水施工,能按期保質(zhì)保量完成施工任務(wù)。

通過施行型鋼支架,能夠提高綁扎基礎(chǔ)底板鋼筋效率,解決超厚基礎(chǔ)底板鋼筋綁扎由于馬凳不到位而產(chǎn)生的各種質(zhì)量通病及安全隱患。基礎(chǔ)底板鋼筋綁扎和混凝土澆筑實際施工中,型鋼支架立柱及橫梁均未發(fā)生明顯變形。