超高清水型钢混凝土柱木制大模板施工技术探讨

[12-11 16:59:40] 来源：http://www.tmgc8.com 建筑设计 阅读：3462次

文章简介：超高清水型钢混凝土柱的施工工艺主要体现在模板工艺上,选择合理的模板体系进行模板设计、施工是超高清水型钢混凝土柱施工的关键环节。详细介绍了国家体育馆工程超高清水型钢混凝土柱木制大模板施工技术的应用。
   国家体育馆作为奥林匹克公园核心区的三大比赛场馆之一,是第29届北京奥运会的主要比赛场馆,届时将承担体操、手球和轮椅篮球的比赛任务;其建筑面积80 890m²,设有18 000个固定座席,2 000个活动座席,赛时可容纳20 000名观众;建成后将成为国内规模最大的室内体育场馆(见图1)。

   国家体育馆主体结构采用了型钢混凝土框架-钢支撑-框架剪力墙相结合的混合型结构,其中型钢混凝土框架作为一种较新颖的结构体系在本工程得到了广泛的应用。设计于比赛场馆及热身场馆外框架的78根型钢混凝土柱将做为最重要的结构受力构件承受来自钢屋架和看台板传递的荷载,型钢柱截面尺寸有1 400mm×700mm、1 400×900mm、1 400×1 400mm、1 600×700mm、1 600×1 400mm、1 800×1 400mm六种;柱内型钢钢骨呈“十”字和“王”字形;柱子主筋直径粗、数量多(最多达60 32),箍筋及拉钩分布密集;混凝土强度等级为C50(首层),C40(2层及2层以上);柱子高度变化大(从9.2~13.5m);柱子施工层高且与周边楼层连接很少,4个角部观众大厅部位的柱子与楼层没有任何连接,从首层拔地而起直接伸向屋顶。这些结构特点,决定了模板方案选择的复杂性和重要性。
   1　模板方案选择
   本工程型钢混凝土柱施工主要特点及难点是柱子一次性施工层高(最大施工高度达到了13.5m)且混凝土外观质量要达到免装饰清水混凝土效果,在综合考虑了质量、进度、安全、效益等多方面的因素后,我们提出了以下3种技术方案进行了对照比较,通过专家论证,以确定最科学合理的技术方案。
   1)方案1　使用定型钢模板对13.5m高型钢混凝土柱一次性浇筑。该方案的优点在于利用了钢模板自身刚度好,尺寸精确的特点,对超高柱模板安装工序简单,对混凝土成型质量控制有较大的把握;缺点在于由于本工程型钢柱高度及断面尺寸变化多,非标准模板加工量太大,无法周转使用,成本上投入太大,且由于塔吊吊力的限制,部分钢模无法吊运。
   2)方案2　使用木模板分两次浇筑施工。该方案的优点是将超高柱施工分成两次进行,减小了模板安装高度,混凝土浇筑高度,混凝土侧压力对模板变形的影响可以得到很好的控制;缺点在于本工程型钢混凝土柱外观质量均要求达到免装饰清水混凝土效果,如若分两次浇筑施工缝接茬部位的混凝土质量不易控制,混凝土存在色差,且前后两次浇筑在垂直度控制方面难度较大,不易达到清水混凝土要求。
   3)方案3　使用双层木模板一次性浇筑施工。该方案的优点在于利用了木模板成本低廉、加工制作简单的特点,一次性浇筑混凝土对混凝土柱的成型质量无论是垂直度、平整度还是表面观感都可满足清水混凝土的要求;缺点在于使用木模板一次浇筑自密实混凝土最大高度达13.5m,在以往工程中还没有先例,第1次采用这种施工技术,难点很多,需要承担很大的技术风险。
   根据本工程自身特点,我们进行了反复比较论证,最终确定选择方案3做为超高型钢柱施工技术方案。
   2　自密实混凝土侧压力的确定
   2.1　现场模拟试验确定混凝土侧压力值普通混凝土侧压力最大值可按下式计算,取较小值。

   而本工程采用高流态的自密实混凝土,其对模板的侧压力相比普通混凝土要高出很多,但又达不到纯液态时的程度,因此我们在采用公式(2)计算侧压力时假定一个折减系数,计算公式相应变为F=αγcH,如测出α的数值就可得知采用自密实混凝土浇筑时产生的侧压力值大小,因此α值的确定对模板设计显得尤为关键。通过查阅相关文献资料,自密实混凝土对模板的侧压力与混凝土坍落扩展度、浇筑速度、浇筑方式等密切相关,目前并无统一的计算方法。为了测得本工程的型钢柱混凝土侧压力值,我们在现场选定3根有代表性的柱进行自密实混凝土浇筑侧压力测试,在不同标高共埋设了9个压力传感器,获得典型浇筑(混凝土扩展度500~700mm、浇筑速度6.25m/h、采用30振捣棒、环境温度10℃、初凝时间6~8h)时测试压力值与理论静态压力值(γcH),沿柱高分布如图2所示。www.tmgc8.com

   综合测试结果分析,自密实混凝土浇筑时对模板产生的侧压力最大值未超过理论静态压力值(γcH),二者的比值在0.5~0.6;浇筑、振捣产生的压力波动值在5.5~7.5kPa;浇筑至约6m高度时,压力值出现明显的拐点,测试值与理论值趋同。
   2.2　模板设计
   以单次浇筑高度最大(13.5m)的XGZ3-11(700mm×1 600mm)为例计算型钢混凝土柱模板体系。根据测试结果,α取值0.6。
   1)荷载计算
   柱模板受到混凝土侧压力标准值为:F= 0.6γcH= 0.6×24×13.5 = 194.4kN/m²。并考虑倾倒混凝土产生的水平荷载标准值2kN/m²,振捣混凝土产生荷载标准值4kN/m²,则柱模板混凝土侧压力最大设计值F=194.4×1.2+(2+4)×1.4=242kN/m²。
   3　模板选型设计
   根据计算结果确定了13.5m高型钢混凝土柱一次性浇筑模板体系:面板为双层18mm厚木胶合板,以加强面板刚度,面板错缝拼接,防止板缝错台、漏浆;双道竖肋(H200木工字梁@230mm+50mm×100mm双方钢管)用以加强柱模板的竖向刚度,保证柱的竖向平直;内外2层横肋(50mm×100mm双方钢管,6m以下间距300mm,6m以上间距450mm)用以加强柱模板的水平刚度;Φ16mm对拉螺栓间距为6m以下450mm,6m以上900mm,将柱模体系连接成整体。如图3所示。

   4　模板加工
   由于本工程型钢混凝土柱外观要求达到免装饰清水混凝土的观感效果,因此在模板加工制作之前必须对模板拼缝、对拉螺栓孔洞等进行整体设计以求成型的型钢混凝土柱内坚外美。
   4.1　对拉螺栓设计
   根据计算得出的对拉螺栓直径、间距,在型钢柱加工之前绘制深化设计图,定好对拉螺栓的位置,在车间加工型钢柱时按照深化设计要求留好对拉螺栓孔。对拉螺栓使用三节头螺栓,对拉螺栓两端与模板接触处分别套一硬聚酯锥套,锥套外侧与模板接触面可以顶紧,锥套与模板之间还要加一个直径与锥套相同的密封条垫圈,确保混凝土不漏浆。如图4所示。

   4.2　模板蝉缝设计
   本工程使用双层18mm厚木胶合板作面板,内层模板使用新模板,按照建筑师的设计理念,水平蝉缝竖向间距2.0m,柱边长大于1.2m时设置竖向蝉缝,竖向蝉缝居中,外层模板使用旧木胶合板,内外层模板板缝错开,以避免板面错台和漏浆。2层模板用钢钉连接,所有钉眼均用腻子刮平,板缝用玻璃胶嵌填严实。
   4.3　木工字梁接长设计
   由于柱模板加工高度高,标准木工字梁长度无法满足,我们采用了加工接高件的方法接长木工字梁,满足使用,加高件为2片加工好的80mm×600mm×6mm钢板,在每根木工字梁端头用2根六角螺栓固定,木工字梁和模板连接完毕后,安装模板吊钩,吊钩安装在距模板边第2根工字梁。
   5　模板施工工艺
   模板安装工艺流程:穿墙螺栓安装→沿模板边线贴海绵密封条→立柱子片模→安装柱箍→校正柱模位置、垂直度→模板加固。
   1)根据型钢柱腹板上已开的螺栓孔安装Φ16mm对拉螺栓,对拉螺栓间距450mm。
   2)每个柱子4片模板,单片模板采用宽边压窄边的方式,柱模安装前在模板边线外2mm粘贴海绵条进行密封;用塔吊吊装柱模板,并临时固定。
   3)自下而上安装柱箍,柱箍间距在6m以下为300mm,6m以上部分450mm。
   4)根据柱控制线校正柱模位置,将线坠分别吊于模板及相邻模板的上口,使线坠由模板上口延伸接近楼面,检查模板的垂直度,通过斜撑校正柱身垂直度和柱身扭向,用花篮螺栓校正柱模垂直度。柱模除靠近外防护架边外,其他三边设置斜撑,每边水平向设2道斜撑,竖向斜撑间隔3m。斜撑固定在柱周围操作架上。
   模板下口无顶板或型钢梁时,在下一层柱顶设置柱箍,柱箍与模板下口间设置100mm×100mm方木支撑。
   5)柱上口钢筋与模板间设置3cm宽木条用于控制钢筋保护层。木条与钢筋间绑丝绑扎牢固。柱上口模板与型钢柱腹板间设置方木顶撑,用于控制柱截面,方木顶撑必须与钢筋、模板有可靠连接。
   6)模板加固　由于型钢柱层高高,与楼板连接分为有连接和无连接两种情况,施工时除借用结构外侧的外脚手架外,还需在结构内侧搭设4排单立杆脚手架做为施工操作架加固斜撑,用来校正模板的垂直度,模板加固如图5所示。www.tmgc8.com

   6　混凝土浇筑
   采用汽车泵浇筑混凝土,同时浇筑3~4根柱子以控制混凝土浇筑速度和分层厚度,浇筑时从型钢柱两侧均匀下灰,防止钢骨两侧混凝土高差过大使模板受不均匀侧压力导致变形;浇筑过程中用定制的16m长振捣棒辅以振捣,保证混凝土密实无气泡。
   7　模板拆除
   拆除柱模板之前应掌握混凝土的拆模强度,柱模的拆除在混凝土浇筑完成16h后进行,拆模顺序要在支模时预先设计,拆模时敲打、对顶模板使其逐渐脱离,必要时采用木楔,严禁用撬杠硬撬。
   8　实施效果
   本工程78根型钢混凝土柱均一次浇筑成功,经检查柱的垂直度、平整度、断面尺寸、观感质量均符合设计所要求的清水混凝土标准。
   通过结合现场试验和自密实混凝土侧压力计算、合理优化的超高型钢混凝土柱模板设计,确保了所有型钢混凝土柱一次浇筑成功,保证了混凝土成型质量,节约了工期,为今后高大清水混凝土柱模板设计、施工积累了宝贵的经验。

标签:技术混凝土清水 建筑设计，建筑设计

上一篇：高层建筑消防设施管理现状和改进措施探讨

《超高清水型钢混凝土柱木制大模板施工技术探讨》相关文章

› 超高清水型钢混凝土柱木制大模板施工技术探讨

超高清水型钢混凝土柱木制大模板施工技术探讨

《超高清水型钢混凝土柱木制大模板施工技术探讨》相关文章

分类导航

最新《建筑设计》