广东超高层办公楼预置螺母式型钢混凝土组合柱模板施工工法

'预置螺母式型钢混凝土组合柱模板施工工法1.前言近年来，随着城市建设的迅猛发展，越来越多的超高层建筑在城市中涌现，为满足高度、空间变化和结构受力的要求，相当多的超高层建筑采用了型钢混凝土组合结构，由于型钢混凝土组合柱中设置了型钢柱，型钢柱不能随意穿孔，用于浇筑柱混凝土的模板固定时无法像普通混凝土柱一样设置对拉螺杆来承受柱模板的侧压力，此前主要采用的方法是在施工现场在型钢柱上焊接对拉螺杆以固定模板，费工费时，螺杆还不能周转使用，因此设计一种新的型钢混凝土组合柱模板固定装置，并提出有针对性的施工方法具有非常显著的现实意义。江苏省华建建设股份有限公司和汕头市建筑工程总公司组织技术攻关，在本公司型钢混凝土组合结构施工工艺的基础上，对型钢混凝土组合柱模板施工技术要点、施工工艺、工序质量及过程控制进行了综合研究，取得了“预置螺母式型钢混凝土组合柱模板施工技术”这一创新技术成果。本预置螺母式型钢混凝土组合柱模板施工方法受力明确、操作方便快捷。该工法已在多个工程项目施工中应用，取得显著社会、经济效益。2.工法特点2.1针对在型钢柱上焊接对拉螺杆费工费时，螺杆还不能周转使用的问题，提出一种具有理想受力效果、并且成本经济划算的柱模板固定装置，同时给出其建筑施工方法。2.2采用由焊接在型钢柱上的加长型螺母、两头均设螺纹的螺杆、护套螺杆的PVC管、“3”形卡以及模板背方次楞和钢管主楞组合构成的装配式加固装置，保证了质量和施工进度。2.3此套加固工艺与传统的在型钢柱上焊接对拉螺杆以固定模板相比，节省了人工，螺杆还能周转使用，经济效益显著。3.适用范围型钢混凝土组合结构中柱、梁模板加固。4.工艺原理-13- 采用由焊接在型钢柱上的加长型螺母、两头均设螺纹的螺杆、护套螺杆的PVC管、“3”形卡以及模板背方次楞和钢管主楞组合构成的装配式加固装置，受力明确，操作方便，保证了质量和施工进度。具体各构件受力分析如下：4.1根据混凝土浇筑是侧压力计算公式和螺母、螺杆、焊缝的受力性能，对螺杆的规格、间距进行计算、设计，确定螺母尺寸、规格和布置的间距及焊接的要求；计算过程如下：4.1.1柱模板荷载标准值计算新浇混凝土侧压力计算公式为下式中的较小值:其中c——混凝土的重力密度；t——新浇混凝土的初凝时间；T——混凝土的入模温度；V——混凝土的浇筑速度；H——混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度；1——外加剂影响修正系数；2——混凝土坍落度影响修正系数。4.1.2柱模板面板的计算面板直接承受模板传递的荷载，按照均布荷载下的三跨连续梁计算，计算如下1、抗弯强度计算f=M/W<[f]其中f——面板的抗弯强度计算值(N/mm2)；M——面板的最大弯距(N.mm)；W——面板的净截面抵抗矩；[f]——面板的抗弯强度设计值，取15.00N/mm2；M=0.100ql2其中q——荷载设计值(kN/m)；2、抗剪计算T=3Q/2bh<[T]-13- 3、挠度计算v=0.677ql4/100EI<[v]=l/2504.1.3木方内龙骨的计算竖楞木方直接承受模板传递的荷载，按照均布荷载下的三跨连续梁计算，计算如下1、抗弯强度计算抗弯计算强度f=M/W2、抗剪计算最大剪力的计算公式如下:Q=0.6ql截面抗剪强度必须满足:T=3Q/2bh<[T]3、挠度计算最大挠度小于400.0/250。4.1.4双钢管外龙骨的计算经过连续梁的计算得到最大弯矩Mmax、最大变形vmax、最大支座力Qmax。抗弯计算强度f=M/W4.1.5螺杆的计算计算公式:N<[N]=fA其中N——对拉螺栓所受的拉力；A——对拉螺栓有效面积(mm2)；f——对拉螺栓的抗拉强度设计值，取170N/mm2；4.2在型钢柱上对螺母位置定位放线，焊接人员按柱轴线方向进行螺母焊接，焊缝高度4mm，位置误差控制在3mm以内。型钢柱表面与模板不平行时，螺母与钢管壁之间缝隙较大一侧适当垫铁片；4.3模板安装前用扳手将螺杆拧进螺母，套上PVC管，调整方向；4.4根据型钢柱上的螺母定位图确定模板开孔位置，绘制模板开孔图，根据图纸安排木工加工场专人进行下料、开孔，确保其位置准确，减小与螺母位置的偏差；4.5按先后顺序安装柱模板、内龙骨木方、外龙骨双钢管，柱模板采用18mm厚胶合板，内龙骨采用50mm×-13- 100mm木方，竖向设置，间距不大于200mm，外龙骨采用Ф48×3.5mm双钢管，间距不大于400mm。4.6通过“3”形卡扣8将螺杆固定在外龙骨双钢管上，承受模板侧压力。4.7型钢混凝土柱混凝土浇筑硬化成型后，用扳手旋转螺杆，拆除螺杆及外、内龙骨、模板，螺杆可周转重复使用。5.施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程总体施工工艺流程：螺母定位放线→螺母与型钢焊接→螺杆与螺母连接→PVC套管安装→柱模板孔位定位→柱模板开孔→安装内龙骨木方→上安装外龙骨双钢管→安装“3”形卡→固定“3”形卡。5.1.1用于型钢柱为圆钢管的预置螺母式型钢混凝土组合柱模板固定装置工艺流程。图5.1.1预置螺母式圆钢管混凝土组合柱模板固定装置示意图1、在圆钢管柱6上对螺母1位置定位放线，焊接人员按柱轴线方向进行螺母焊接，焊缝高度4mm，位置误差控制在3mm以内。螺母1与钢管壁6之间缝隙较大一侧适当垫铁片，焊缝高度4mm；2、模板安装前用扳手先将螺杆2拧进螺母1，套上PVC管7，调整方向；3、根据钢管柱螺母定位图确定模板开孔位置，绘制模板开孔图，根据图纸安排木工加工场专人进行下料、开孔，确保其位置准确，减小与螺母位置的偏差；-13- 4、先后安装柱模板3、内龙骨木方4、外龙骨双钢管5，柱模板采用18mm厚胶合板，内龙骨采用50mm×100mm木方，竖向设置，间距不大于200mm，外龙骨采用Ф48×3.5mm双钢管，间距不大于400mm。5、通过“3”形卡扣8将螺杆固定在外龙骨双钢管上，承受模板侧压力。6、最终构成图5.1.1所示的M14加长型螺母1、两头均设螺纹的Ф14螺杆2，护套螺杆的PVC管7，以及模板3、背方次楞4、钢管主楞5的型钢混凝土柱模板固定装置。5.1.2用于型钢柱为H型、十字型型钢柱混凝土组合柱模板固定装置的预置螺母式型钢混凝土组合柱模板固定装置工艺流程。图5.1.2预置螺母式H型、十字型型钢混凝土组合柱模板固定装置示意图本实施例的预置螺母式H型、十字型型钢柱混凝土组合柱模板固定装置如图5.1.2所示，与实施例1基本结构相同，不同之处在于预置螺母1是预先焊接在型钢柱柱腹板6上，模板安装前用扳手先将螺杆2拧进螺母1，套上PVC管7，再先后安装柱模板3、内龙骨木方4、外龙骨双钢管5。5.2操作要点5.2.1根据混凝土浇筑是侧压力计算公式和螺母、螺杆、焊缝的受力性能，对螺母的规格、间距进行计算、设计，确定螺母尺寸、规格和布置的间距及焊接的要求；-13- 5.2.2在型钢柱上对螺母位置定位放线，焊接人员按柱轴线方向进行螺母焊接，焊缝高度4mm，位置误差控制在3mm以内。型钢柱表面与模板不平行时，螺母与钢管壁之间缝隙较大一侧适当垫铁片；5.2.3模板安装前用扳手将螺杆拧进螺母，套上PVC管，调整方向；5.2.4根据型钢柱上的螺母定位图确定模板开孔位置，绘制模板开孔图，根据图纸安排木工加工场专人进行下料、开孔，确保其位置准确，减小与螺母位置的偏差；5.2.5按先后顺序安装柱模板、内龙骨木方、外龙骨双钢管，柱模板采用18mm厚胶合板，内龙骨采用50mm×100mm木方，竖向设置，间距不大于200mm，外龙骨采用Ф48×3.5mm双钢管，间距不大于400mm。5.2.6通过“3”形卡扣8将螺杆固定在外龙骨双钢管上，承受模板侧压力。5.2.7型钢混凝土柱混凝土浇筑硬化成型后，用扳手旋转螺杆，拆除螺杆及外、内龙骨、模板，螺杆可周转重复使用。6.材料与设备6.1材料6.1.1梁板模板可采用胶合板，规格为915mm×l830mm×18mm或1220mm×2440mm×18mm，竖向龙骨采用50mm×100mm方木。6.1.2螺杆规格可采用Φ10-14mm，配同直径加长螺母和“3”形卡，形成固定体系。6.1.3柱支撑采用Φ48钢管配可调顶托，间距、排距经计算后确定，并按规定布置好水平撑及拉撑，顶托空隙处应用木楔紧塞。6.1.4针对柱内钢管与模板间空隙小，钢筋较密的特点，粗骨料宜采用10～30mm碎石，易于浇筑密实。6.1.5砂宜采用中砂，并符合有关规范规定。6.2设备6.2.1模板预制安装设备：锯木机、电刨机、锤子、扳手、墨斗(弹线器)。6.2.2钢筋加工、安装设备：切割机、电焊机、弯曲机、钢筋连接机械(据设计接头连接种类而定)、扎钩、铁丝。-13- 6.2.3混凝土浇筑设备：铁铲、小锤，插入式振动器、计量器具、试件制作器具。6.2.4运输及起吊设备：塔吊，人货电梯；高速井架、运输小车、混凝土吊斗等均可。6.2.5各种质量检测工具。7.质量控制7.1模板工程质量应遵照国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204一2002)及其他有关规范规定。7.2模板系统及附件要安装牢固，无松动现象，面板应安装严密，保证不变形、不漏浆。7.3面板要认真刷涂脱模剂，以保护面板增加周转次数。7.4拆模应小心谨慎，爱护模板支撑件，并应对构件认真清理、修复、保养。7.5质量标准见下表。项目允许偏差轴线位置5底模上表面标高±5截面尺寸基础±10柱、墙、粱、+4，–5层高垂直度全高≤5m6全高＞5m8相邻两板表面高低差2表面平整度(2m长度上)5预埋钢板中心线位置3预埋管、预留孔中心线位置3插筋中心线位置5外露长度+10，0预埋螺栓中心线位置2外露长度+10，0预留洞中心线位置10截面内部尺寸+10，08.安全措施8.1-13- 建立健全项目经理等各级人员的安全生产责任制，责任明确并落实到人。项目经理部建立定期安全检查制度，配备一名专职安全员，负责施工现场的日常安全管理工作和巡回监督检查工作，负责提出安全预防措施强化安全生产管理，加强安全生产意识教育，切实落实安全技术措施。8.2贯彻执行“安全第一、预防为主”的方针。所有进场人员，必须先进行安全知识普及教育，贯彻有关安全生产文件精神，遵循安全的规章制度。特殊工种应进行专业培训，考试合格后发给操作证，并坚持职工上岗前，更换工种前，进行专业安全知识培训，合格后方可上岗。8.3严格遵循国家颁布的《建筑安装工程安全技术规程》及上级主管部门颁布的各项有关安全文件规定。8.4操作班组就位前，应针对本分项工程施工操作特点进行安全交底，施工中应加强安全巡检，着重检查配件牢固情况，特别应做好外架的封闭及防护工作。8.5模板安装、拆除严格按照操作规程进行操作，禁止酒后上岗。钢管柱施工的结构层高较普通建筑楼层要高，安装与拆除梁板的模板，应搭脚手架，并设防护栏杆，防止上下在同一垂直面操作。支设柱模板时，四周应设斜撑，并应设立操作平台。施工单位在模板安装（拆除）过程中有专职安全生产管理人员现场监护，并有监护记录。8.6各种电动工具要定期检查、维修，防止漏电事故。施工现场的施工用电，应按施工用电方案进行统一布置，消除乱拖乱拉现象。现场供电采用“三相五线制”，并装好触电保安器，用电设备应按有关规定实行一机一闸一漏电保护，并有安全可靠的接地。9.环保措施9.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，遵照国家或行业的各工种劳动保护条例规定实施环境保护。9.2将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.3噪声必须限制在95dB以下，对于某些机械的噪声无法根治和消除时，应重点控制并采取相应的个人防护，以免给操作者带来职业性疾病。9.4严格控制粉尘在10mg/m3-13- 卫生标准内，操作时应佩戴有良好和完美的劳动防护用品以保护。9.5当进行射线检查时，应在检测区域内划定隔离防范警戒线，并远距离控制操作。10.效益分析10.1工期有保障：加长型螺母在加工厂制作型钢柱的同时焊接，不占用主导工期，可提供立体交叉作业的条件。10.2周转材料省：对拉螺杆不用焊接在型钢上，拆卸方便，螺杆能周转使用。10.3安全可靠：预置螺母式型钢混凝土组合柱模板装置受力明确、性能可靠。10.4便于质量控制：预置螺母式型钢混凝土组合柱模板装置便于检查、验收，保证了混凝土成型观感质量。11.应用实例11.1绿景纪元大厦绿景纪元大厦工程位于深圳市深南大道与香蜜湖路的交叉口，地下3层，塔楼56层，建筑面积m2，是一座集商业与办公一体的超高层写字楼。工程于2007年12月1日开工，2009年6月主体结构封顶。本工程主体为钢筋混凝土框架-筒体结构，外围-2层至15层由20根钢管混凝土组合柱组成。本工程钢管混凝土柱的截面为1400mm*1400mm、1350mm*1350mm、1300mm*1300mm，相对应的钢管柱截面为φ1160mm*32mm、φ1160mm*28mm、φ1060mm*30mm、φ1060mm*28mm，随楼层增加钢管壁厚逐渐减小。本钢管混凝土组合柱模板施工采用由焊接在钢管壁上的加长型螺母、两头均设螺纹的螺杆、护套螺杆的PVC管、“3”形卡以及模板背方次楞和钢管主楞组合构成的装配式加固装置，有效地解决了型钢混凝土组合柱模板固定的难题，大大方便现场施工操作，减轻现场工作量和劳动强度，节省了螺杆材料，保证了模板施工安全和混凝土柱成型观感质量。-13- 图11.1钢管柱预置螺母示意图11.2卓越皇岗世纪中心深圳卓越•皇岗世纪中心工程位于深圳市福田中心区，是一座集高档商业、办公于一体的建筑综合体，建筑面积为13.1万m2，地下室为3层，塔楼地上部分58层。工程于2008年2月开工，2009年6月主体结构封顶，现已基本完成总承包合同内容。本工程外围有22根钢管混凝土组合柱，钢管截面为1160*14、1160*30、1060*26、960*22、960*18、960*16、960*14。本钢管混凝土组合柱模板施工同样采用本工法，有效地解决了型钢混凝土组合柱模板固定的难题，取得了良好的社会与经济效益。图11.2-1钢管柱螺杆、螺母连接示意图-13- 图11.2-2钢管混凝土组合柱模板安装、加固示意图图11.2-3钢管混凝土组合柱成型图-13- 11.3深圳国际商会中心深圳国际商会中心工程，位于深圳市福田中心区，地下3层，地上55层，建筑面积m2，高度214.5m。本工程于2002年09月03日正式开工，于2004年12月03日竣工。本工程主楼为内筒外框劲性混凝土结构，外围框架柱为H型钢骨外包钢筋混凝土组合结构，H型钢混凝土组合柱从地下一层一直到主体十九层。本H型钢混凝土组合柱模板施工采用“预置螺母式型钢混凝土组合柱模板施工工艺”，与钢管混凝土组合柱只在预置螺母焊接位置上略有不同，本工程预置螺母直接焊接在H型钢腹板上，定位准确，整套装置受力明确，混凝土成型顺直、平整、美观，得到了甲方、监理、质监站的一致好评。深圳国际商会中心工程荣获2006年度中国建筑工程“鲁班奖”。图11.3国际商会中心11.4深圳招商城市公寓-13- 深圳招商城市主场公寓工程位于深圳市福田上步路，是一座集高档商业、公寓于一体的建筑综合体，地下室为2层，塔楼地上部分33层，总建筑面积8.2万m2。，高度105m。本工程于2004年2月开工，于2005年11月竣工。本工程主体框架柱为H型钢骨外包钢筋混凝土组合结构，H型钢混凝土组合柱从地下一层一直到主体八层。本H型钢混凝土组合柱模板施工采用“预置螺母式型钢混凝土组合柱模板施工工艺”，预置螺母直接焊接在H型钢腹板上，定位准确，整套装置受力明确，混凝土成型顺直、平整、美观，得到了甲方、监理、质监站的一致好评。深圳招商城市公寓荣获2005年上半年度深圳市优质结构工程奖。图11.4招商城市主场公寓-13-'