定型圆柱模中楼梯梁预埋法设计与施工

定型圆柱模板中楼梯梁预埋法的设计与施工[摘要]施工中圆柱模板采用定型钢模时，楼梯平台梁钢筋在柱处如何施工，既方便快捷，又保证质量，是一个值得探讨的问题。笔者在江苏省科学历史文化中心工程定型钢模施工中对几种方案进行了比较和总结，采用预埋法施工可以确保施工的连续性，又避免了施工成本的大幅增加。[关键词]钢制定型圆柱模楼梯梁预埋钢板焊接概述江苏省科学历史文化中心工程框架柱为φ1000、φ800、φ500圆柱，为了保证柱混凝土浇筑质量，圆柱模板均采用钢制定型模板。在某些φ1000柱中存在楼梯梁（图—1），经多种施工方法的分析比较，楼梯梁钢筋的施工采用在柱中梁标高位置预埋钢板，后将梁主筋与预埋钢板焊接的施工方法（图—2）。图—1图—2多种施工方法的分析比较施工中圆柱模板采用定型钢模板时，楼梯平台梁钢筋在圆柱处如何施工？通常可行的施工方法有如下三种：1、制作短圆柱钢模。此种方法为通常使用方法，其优点为施工缝位置合适，梁筋直接锚入柱；但由于楼梯梁相对于柱标高位置并不一致，因此需配置多套短柱钢模，模板周转性差，施工成本有较大的增加；且在梁柱交接处需采用木模板，难以保证混凝土浇筑质量。2、在楼梯梁主筋位置植入钢筋，此方法施工较为方便，但由于植筋需柱混凝土强度达到100%时方可进行，对施工进度存在较大的影响。3、在柱中梁标高位置预埋钢板，后将梁主筋与预埋钢板焊接，此方法较好地克服了前两种方法存在的不足，但施工时工序较多且必须对焊接材质选用和焊缝形式、受力等进行很好地分析、计算、确定。综合以上方法的优缺点，第3种方法虽然技术要求较高，但在准确地分析、计算的前提下采用此种方法可以有效地避免施工成本的大幅增加和确保施工的连续性。对工程施工具有前两种方法不可比拟的优越性，因此决定采用第3种施工方法。分析、计算、确定过程梁钢筋代换由于HRB400钢筋可焊性较差，经设计单位同意将梁钢筋由HRB400级代换为HRB335级。因梁宽较小，考虑代换钢筋根数不变。d22≥n1d12fy1/n2fy2(n1=n2)n1——原设计钢筋根数；n2——代换钢筋根数；d1——原设计钢筋直径；d2——代换钢筋直径；fy1——原设计钢筋抗拉强度设计值；fy2——代换钢筋抗拉强度设计值。d22≥252×360/300=750d2≥27.34mm梁受力钢筋原设计采用825可用828进行代换。预埋件预埋件的锚板采用20mm厚的Q345钢板，并弯曲成与圆柱同心的圆弧；考虑到楼梯梁原有8根直径25mm的HRB400主筋锚入柱混凝土，故预埋件锚筋采用8根直径25mm的HRB400级钢筋。锚筋分四层布置，每层两根。锚筋长度必须大于《03G1001-1》规定的钢筋最小锚固长度。本工程框架柱混凝土强度等级为C40，锚筋为直径25mm的HRB400级钢筋，所以la＞30d=30×25=750mm，结合框架柱的几何尺寸确定锚筋长度为800mm。（图—3）图—3—1图—3—2（A—A）图—4锚筋与锚板间用穿孔塞焊连接（图—4），焊接时焊条选用E5503焊条。穿孔塞焊连接验算：穿孔塞焊焊缝抗拉和抗压承载力大于25mmHRB400级钢筋屈服时的拉力和压力即可满足使用要求。N/lwt≤ftw或fcwlw——焊缝长度；t——钢板厚度；ftw、fcw——焊缝的抗拉、抗压强度设计值（20mm厚Q345钢板、E50型焊条时值为295N/mm2）；N——轴向拉力或压力；N=fyAs；fy——钢筋强度设计值（HRB400钢筋时值为360N/mm2）；As——钢筋截面积。N=360×3.14×12.52=176.6KNN/lwt=176.6×103/（3.14×25×20）=112.5N/mm2＜ftw或fcw=295N/mm2所以，穿孔塞焊连接符合使用要求。钢筋焊接（1）、焊接类型选择钢筋与预埋钢板焊接沿竖直方向采用搭接焊焊接，每根钢筋有两条角焊缝，焊缝宽度为15mm，焊缝厚度为10mm，焊脚边夹角为56.3°，焊缝长度为150mm（图—5）。焊条采用E5503型焊条。图—5—1图—5—2（A—A剖面）（2）焊缝验算由梁原设计配筋计算梁的设计抗剪承载力：V=0.7ftbh0+1.25fyvAsvh0/SV——构件斜截面上的最大剪力设计值；ft——混凝土轴心抗拉强度设计值；b——矩形梁截面宽度；h0——截面有效高度；fyv——箍筋抗拉强度设计值（210N/mm2）；Asv——配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；S——箍筋沿构件轴线方向的间距。本工程采用C40混凝土ft=1.71N/mm2；梁保护层厚度25mm；h0=600－2×25=550mm。V=0.7×1.71×300×550＋1.25×210×2×3.14×42×550÷100V=342.57KN由于在此施工方法中梁柱之间的施工缝留设在剪力最大处，故在此处只考虑焊缝受剪不考虑混凝土和箍筋受剪，所以焊缝焊缝抗剪承载力必须大于梁的设计抗剪承载力342.57KN。在截面上共有16条焊缝承受剪力，所以每条焊缝的抗剪承载力大于21.41KN。焊缝抗剪承载力为21.41KN时，沿焊缝长度方向的剪切应力：τf=V/helwhe——焊缝计算厚度，he=hfcos(α/2)；hf——焊脚尺寸（取10mm）；α——两焊脚边的夹角；lw——焊缝计算长度（实际值减去2hf）。he=10×cos28.15=8.8mm；lw=150－2×10=130mm；τf=21.41×103/（8.8×130）=18.7N/mm2。当焊缝抗拉和抗压承载力大于等于原设计中25mm直径HRB400级钢筋屈服时的拉力和压力时肯定满足梁抗弯承载力要求。焊缝抗拉和抗压承载力为25mm直径HRB400级钢筋屈服时的拉力和压力时垂直于焊缝方向的应力：σf=N/helwN——轴向拉力或压力；每根钢筋有两条焊缝，所以N=0.5fyAs；fy——钢筋强度设计值（HRB400钢筋时值为360N/mm2）；As——钢筋截面积。N=0.5×360×3.14×12.52=88.3KNσf=88.3×103/（8.8×130）=77.2N/mm2因为钢筋与预埋钢板的焊缝同时承受剪力和拉力（压力），所以（σf2＋τf2）1/2≤ffw时焊接满足使用要求。ffw——焊缝强度设计值（Q345钢板、E50型焊条时值为200N/mm2）；（σf2＋τf2）1/2=（77.22＋18.72）1/2=79.43N/mm2≤ffw=200N/mm2所以，此焊接符合使用要求。施工注意事项1、焊条应烘焙后方可使用。2、施焊中，电流不宜过大，不得使钢筋咬边或烧伤。3、严格控制焊缝质量，焊缝表面应平整，不得有凹陷或焊瘤。4、施焊时，应在晴好天气、干燥环境下进行，不得在雨天或空气湿度较大时进行。5、放置预埋件时必须控制好其位置，