大跨度钢筋混凝土悬挂结构施工工法

支撑架周转使用支撑架周转使用大跨度钢筋混凝土悬挂结构施工工法汕头市****总公司1.前言高层建筑在造型上不断创新，新颖别致，随着建筑功能的多元化发展以及建筑空间和使用功能的需求，特别是空间的不断扩大对结构的实现提出更高的要求，大跨度的悬挂结构顺应这种建筑发展的需求应运而生。广东河源广播电视中心一期工程是一座建筑造型新颖、结构独特的综合性公共建筑，是河源市标志性建筑工程之一。该工程总建筑面积32303m²,地上六层，首、二层标高4.5m，三至六层标高为3.6m，楼体总长达170m，不设任何伸缩缝。为使二层8.1m层高的门厅（面积为840m2，跨越至四层楼面）体现大空间的开阔宏伟，采用无柱、大跨度设计理念，最大跨度为24.78m，最小跨度为16m。为实现门厅大跨度无柱式空间，框架的竖向结构构件不能设置过多，在满足建筑设计和使用空间需要的同时达到降低造价的目的，经过建设各方的多次协商讨论后，决定改变以往大跨度钢结构或桁架体系，采用钢筋混凝土悬挂结构形式，四层至顶层楼板与核心筒体左右相互连接而形成倒挂悬空体系，利用屋面800×2200大梁作为主要受力构件，通过钢筋混凝土吊柱（600×600）悬挂门厅以上各层楼板，从而满足了楼层的使用空间和建筑外观造型的需求，以实现门厅大空间无落地柱的效果，如下图1-1。钢筋混凝土悬挂结构要待顶层屋面楼板完成后才能形成永久刚性连接，但常规由下往上的施工顺序对悬挂结构必然存在以下两个需解决问题：首先按照常规由下往上的施工顺序需待屋面结构砼强度达到设计要求后才能形成主体结构的悬挂受力，才能逐层从上而下地拆卸模板支撑，完成整体的卸荷，而该工程的门厅上部各楼层建筑面积最大达到1134m2，按此方法在结构施工阶段需耗费大量的周转材料，对工期也造成一定的影响，对施工方不太现实；另外如采用以上常规方法，四层至六层的主体结构、施工荷载、模板支架自重完全由首层地下室顶板支承，大大超出了结构楼板的承载能力，即使采取相应的回顶、加固等措施也是对楼板结构不利，且大幅提高工程成本。图1-1悬挂结构剖面示意图本工法针对以上情况，提出了加设铰接临时支撑柱和满堂式支撑架相结合的施工方案，即在原有首层顶板处设置临时支撑柱(见下图1-2)，保证屋面结构未完成之前吊柱承受的竖向荷载能直接传递至基础上，在保证主体结构形成稳定有效的悬挂连接后才拆除，确保主体结构受力安全的同时满足常规施工方法的需求。本工法的关键技术于2008年9月23日经广东省科学技术情报研究所查新中心检索证明为国内最新施工技术，2008年11月14日经广东省建设厅组织相关专家进行科技鉴定，结论为国内先进水平。图1-2临时支撑柱平面布置图2.工法特点本工法针对大空间的钢筋混凝土悬挂结构采用铰接临时支撑柱和满堂式支撑架相结合的施工方法，与常规施工方法相比有以下特点和优点：2.1采用铰接临时支撑柱，在完成有效的悬挂主体之前为吊柱提供临时支撑，为满堂式脚手架搭设创造有利条件，满足主体结构按照常规施工方法施工的需求。2.2采用本工法解决了钢筋混凝土悬挂结构施工的大面积由上至下逐层叠加的施工荷载和结构构件本身自重产生的荷载支承问题。2.3采用本工法在按照常规施工顺序施工的同时达到节省周转材料，缩短工期的目的。2.4采用铰接临时支撑柱和满堂式支撑架相结合的施工方法，操作简单灵活，安全稳定性高。2.5铰接临时支撑柱在主体悬挂结构形成永久性刚性连接后才拆除，有效避免了大跨度悬挂结构端部位移大的问题；同时由于采用铰接形式，避免了对原结构设计的任何相关影响。2.6采用钢筋混凝土悬挂结构取代以往的钢－砼组合结构或钢桁架结构，有效降低工程成本，加快施工速度。3.适用范围本工法适用于大型高层公共建筑钢筋混凝土悬挂结构施工，实现以常规施工方法满足大空间、大跨度、无柱的建筑设计需求。4.工艺原理悬挂钢筋混凝土结构利用屋面大梁作为主要受力构件，通过钢筋混凝土吊柱悬挂各层楼板，以实现大跨度、大空间、无落地柱的效果。本工法针对大空间的悬挂结构采用铰接临时支撑柱和满堂式支撑架相结合的施工方法，保证屋面结构未完成之前通过临时支撑柱将施工期间吊柱承受的荷载直接传递至基础上，在保证主体结构形成稳定有效的悬挂连接后才拆除，确保主体结构受力安全的同时满足常规施工方法的需求。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程临时支撑柱拆除重复四至六层施工吊柱与核心筒结构同步施工楼板模板安装临时支撑柱与首层核心筒体结构同步施工楼板钢筋安装满堂式支撑架搭设楼板混凝土浇筑及养护临时支撑柱拆除重复四至六层施工吊柱与核心筒结构同步施工楼板模板安装临时支撑柱与首层核心筒体结构同步施工楼板钢筋安装满堂式支撑架搭设楼板混凝土浇筑及养护完成悬挂结构卸荷完成悬挂结构卸荷5.2操作要点临时支撑柱施工临时支撑柱设置在跨中部位，具体布置见图1-2所示。支撑柱与主体结构同步施工，其施工方法与普通竖向钢筋混凝土柱基本相同，但需注意以下问题：(1)临时支撑柱上下端与对应的吊柱铰接，钢筋与主体结构钢筋断开；(2)临时支撑柱上端铺垫同标号水泥砂浆，柱内混凝土浇至比上层结构梁底标高低2～3cm，在安装好柱端和上层梁底模板后，用沥青油毡纸与上层结构隔离，在不破坏原有结构的同时也便于日后拆除；(3)为防止临时支撑柱因摇晃倒塌，临时支撑柱的柱模板及支撑必须待第四层楼面梁板混凝土达到设计强度后方能拆除。图5.2-1临时支撑柱施工图片满堂扣件式支撑架搭设由于采用悬挂形式，四层至六层结构均设计成小截面梁（最大截面只有700×1000）和钢筋混凝土吊柱（600×600）相结合的结构形式，只有屋面主受力构件采用800×2200大梁，故对满堂式支撑系统的受力创造更有利的条件。本工法采用Ф48×3.5钢管按照800mm×800mm的纵横间距搭设满堂扣件式支撑架，为保证超高支撑架的安全稳定，采取以下措施：(1)地基处理：对支撑架室外回填土位置进行分层碾压、夯实，同时进行逐层环刀取样检验，要求密实度λο≥95％，浇筑150mm厚C25素砼作为支撑体系的支承基础（浇筑砼面标高比建筑标高低50mm，同时每6×6m进行分格）。另外为防止积水浸泡地基，在满堂支撑架的四周设通畅排水沟，保证其基础面高于四周。(2)由于二层门厅层高为8.1m，超高支架体重较大，为增大基底的受力面积，在首层支撑架底部错位满铺垂直于主梁方向的80mm×80mm木楞间距为10cm，面铺（顺主梁方向）16＃槽钢作为立杆垫板；而四层～六层由于梁板截面较小，支撑架底端采用纵横双层木枋铺设，面铺50cm四方的七合板加30×30cm钢板做垫板，保证支撑架能均匀地把荷载向下传递。(3)为保证支撑架立杆受力荷载直接向下传递，首层至六层（屋面层）的支撑架按统一间距排设，上下对齐，以最大截面800×2200，板厚120mm进行支撑架的承载稳定验算，确定立杆纵横间距为800mm×800mm，步距1.5m，并在支架周边、主梁两侧设置连续纵向剪刀撑和每隔两步设置水平剪刀撑，确保支撑架的整体稳定性。另外支撑架的水平加固杆顶至已浇筑的核心筒体结构上以加强支撑架的侧向抗倾覆能力。具体见搭设示意图5.2-2。图5.2-2满堂式支撑架搭设示意图(4)模板拆除：为保证门厅悬挂结构的安全，每层模板拆卸时采取了不拆门厅结构临跨的施工方法，待屋面大梁施工完毕且达到砼龄期后，才开始从屋面层往下拆卸该部位模板支撑体系，保证了门厅悬挂结构的稳定性和卸荷的均匀性。钢筋混凝土吊柱与框架梁节点施工钢筋混凝土吊柱是屋面大梁悬挂各层楼板的重要连接纽带（见下图5.2-3、4、5），吊柱与框架梁的节点质量控制是施工关键点。图5.2-3悬挂吊柱两端与框架梁连接节点大样图图5.2-4DZ截面及配筋图图5.2-5吊柱两端钢筋穿孔塞焊大样图(1)梁、柱主筋接头均采用冷挤压直螺纹套筒连接。在钢筋安装前，先确定主筋接头位置，并绘出布筋示意图，施工时按图对照检查，确保钢筋接头无一差错。吊柱钢筋控制为一次错位连接，主梁底筋接头控制在梁跨1/3范围内，其位置任意40d范围内接头数量不超过主筋总数的1/3。同时由于柱、梁的箍筋箍口因主筋密集无法弯成135º，全部改用封闭焊接，以确保柱、梁的抗剪承载力和刚度。(2)屋面大梁钢筋绑扎安装时，用钢管搭设支架辅助，由下而上逐排安放主筋，进行挤压套筒连接。当安装完成第二排梁底钢筋时，即可穿插吊柱钢筋安装。(3)吊柱上下两端均设置-40×600×600的Q235B钢板与框架梁连接（见图5.2-2），三层处钢板的底面距离本层吊梁梁底约200mm，天面处钢板的顶面距离本层大梁梁面约为320mm。钢板安装时按照事先弹好的墨线位置定位，并逐条对钢筋挤压焊接，其顺序是先中间后四周。吊柱的纵筋穿过钢板后用直螺纹套筒连接，具体施工见下图5.2-6。图5.2-6吊柱两端钢板施工图片(4)大梁底筋共设置有4排，施工时在每排钢筋间设置同直径的短钢筋垫条，确保上下排距。另外大梁钢筋密集，自重大，梁底钢筋保护层垫块必须确保有足够强度，采用与钢筋混凝土梁同标号的混凝土制作。同时由于钢筋数量较多安装时须保证上下排钢筋对齐，确保混凝土浇筑流入通畅和振捣捧的插入。(5)大梁和吊柱钢筋绑扎完成后，在柱的中部、顶部位置各绑扎三道箍筋，在大梁顶面柱下端四周用钢筋连接焊牢，同时用钢管支顶，以免浇筑混凝土时出现偏位，影响上层连接。(6)由于屋面大梁钢筋密集，改用C35细石混凝土浇筑。钢筋混凝土吊柱和大梁钢筋交叉密集区加强振捣，做到不漏振不过振，同时由于放线排筋和上下对齐安装，有效地保证了吊柱、大梁钢筋的原位性和混凝土的密实性，使吊柱和大梁的钢筋混凝土质量得到有效的控制和保证。图5.2-7屋面大梁施工图片图5.2-8屋面大梁与吊柱节点施工图片6.材料与设备6.1主要材料要求本工法采用的主要材料如下：材料名称规格材料名称规格商品混凝土C35钢筋8～32商品混凝土C35细石直螺纹套筒Ф20~32商品混凝土C25钢板Q235B钢管Φ48×3.5槽钢16#胶合板18mm对拉螺杆Ø14沥青油毡纸/木方80mm×80mmm钢筋进场时，应按现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499-1998)的规定抽取试件作为力学性能检验，其质量必须符合有关标准的规定。钢筋进场须有出厂合格证或试验报告单，须按炉罐（批）号及直径分批检验，原材复试应符合有关规范要求，且应实行见证取样。预拌混凝土每车都需测定坍落度，不合格者不用。支撑钢管应有产品合格证，严禁使用不合格或强度不满足要求的钢管及配件。对多次周转使用的主要受力杆件应进行抽样检测，以确保构件的强度和刚度满足要求。模板选取18mm厚双面覆面木胶板，必须具有足够的强度和刚度，要求边角整齐、表面光滑、易于脱模等性能。对拉螺杆采用优质碳素钢加工，套管采用硬质塑料管，对拉螺杆应加工准确，采用双螺帽拧紧。支撑架的次龙骨、主龙骨采用80×80mm木方，木方要求加工尺寸准确，无翘曲变形等缺陷。6.2施工设备及机具表6.2施工设备及机具表序号设备名称设备型号单位数量用途1混凝土输送泵HBC100-111-1611R台2泵送混凝土2井架台1钢筋、模板垂直运运输3钢筋冷挤压设备GZL-40镦粗粗钢筋直螺纹纹机床台2钢筋直螺纹挤压4插入式振动棒BL50-2200台8混凝土振捣5混凝土坍落度筒规格:100×200××300只5混凝土坍落度测试试6混凝土标准试模规格:150×150××150只60混凝土试件制作7水准仪DSZ3自动安平平水准仪台3标高定位8经纬仪索佳DT2数字式电子子经纬仪台2测量放线7.质量控制7.1施工质量应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）等现行国家规范及行业标准中相关内容要求。7.2施工前应编制专项施工方案，其模板支撑体系应经专家论证才能实施，现场施工必须做好安全技术交底。7.3支撑架搭设基础必须确保有足够的支承力，并做好周边排水，严禁积水造成基础浸泡软化。7.4严格按施工方案和相关规范要求搭设支撑架。扣件式满堂架必须对每个受力扣件逐一检查、拧紧。满堂架的使用期间必须加强巡视检查，发现问题后立即进行处理。7.5大梁钢筋绑扎搭设好稳固的铺助钢架，控制好钢筋的间距、排距。钢筋绑扎前须先绘示意图，对主筋接头须逐一检查。7.6钢筋挤压接头的外观质量检验应符合下列要求：外形尺寸：挤压后套筒长度应为原套筒长度的1.10～1.15倍；或压痕处套筒的外径波动范围为原套筒外径的0.8～0.9倍；挤压接头的压痕道数应符合型式检验确定的道数；接头处弯折不得大于3°；挤压后的套筒不得有肉眼可见裂缝。7.7钢筋及钢板焊接应符合下列要求：应严格按照《钢筋焊接及验收规范》JGJ18的规定实施焊接，焊接前应对焊工进行讲解培训，并进行现场条件下焊接工艺试验，合格后方可正式生产。控制好混凝土吊柱钢板安装顺序和焊接顺序，加强对箍筋封闭焊接。钢筋焊接前，应清除钢筋、钢板焊接部位以及与电极接触处钢筋表面上的锈斑、油污、杂物等；若钢筋端部有弯折、扭曲等应设法矫直或切除。施焊时电流不宜过大，不得使钢筋咬边或烧伤；穿孔塞焊焊缝表明应平顺，局部凹陷不得大于1mm，钢筋间距偏差不得大于10mm。7.8大梁混凝土的浇筑必须分段分层进行，严禁一次性浇满，避免出现局部模板涨模和整体倾覆、偏斜。加强钢筋砼吊柱、梁柱钢筋交叉密集处砼的浇筑质量。7.9各层楼板底模应待同条件养护试块达到100%以后并由技术人员下达书面的拆模通知才允许拆除，严格控制模板拆卸范围和拆除顺序，避免由于混凝土强度不够出现局部下沉断裂现象。8.安全措施8.1支撑架搭设必须符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）规范要求，并严格按经专家论证通过的施工方案进行施工。8.2支撑架搭设完成后必须由技术负责人、质安员组织验收。8.3操作平台的支顶必须确保设置两个扣件。操作层上施工荷载应符合设计要求，不得超载，不得在脚手架支撑上集中堆放模板、枋木、钢筋等物件。严禁在脚手架支撑上拉缆风绳或固定、架设砼泵、泵管及起重设备等。8.4高空作业必须对工人进行安全技术交底，操作人员必须熟悉和遵守安全技术操作规程，佩戴和使用劳保用品。8.5从事钢筋挤压连接和焊接施工的有关人员应经专业培训，持证上岗。8.6焊工操作时应穿电焊工作服、绝缘鞋和戴电焊手套、防护面罩等安全防护用品，手套及绝缘鞋应保持干燥，露天放置的焊机应有防雨罩。电焊作业现场周围10m范围内不得堆放易燃易爆物品。8.7在浇筑楼板砼过程中，支架下面要安装照明灯，在安全员的监督下，派木工进行巡查，负责检查模板、支顶，若发现异常，立即停止浇筑砼，并及时组织人员进行加固处理，保证浇筑工作正常进行。泵送砼时，应随浇、随捣、随平整，砼不得堆积在泵送管道出口处。8.8支撑架使用过程中必须加强日常维护保养工作，经常巡视检查，发现问题后立即纠正处理。8.9支撑架在使用过程中，严禁拆除任何杆件或零配件，如防碍作业需拆除个别杆件时，需经技术负责人同意并采取可靠措施后方可拆除，作业完成后，马上复原。8.10必须做好支架的防电、防雷措施，严格控制施工过程的用电安全。8.11在六级强风或大雨、雪、雾天气暂停从事露天高处作业，过后还必须做好高处作业的安全检查。9.环保措施9.1合理安排作业时间，尽量避免夜间作业，减少施工噪音，避免影响施工现场内或附近居民的休息。9.2对施工现场场地进行硬地化和绿化，并经常洒水，减少粉尘污染。9.3易燃品应隔离堆放，确保施工安全。对于可能产生有害物质或气体的材料，应做好保管工作，并在发挥过期前使用完毕，以免对环境造成影响。9.4施工污水严禁随意排放。施工垃圾要集中堆放，严禁将垃圾随意堆放或抛撒。9.5清理现场严禁将垃圾从外脚手架、窗口、洞口、阳台等抛撒乱扔，以防造成坠落伤人和粉尘污染。10.效益分析10.1本工法采用铰接临时支撑柱和满堂式支撑架相结合的施工方案，解决了屋面结构未完成之前吊柱承受的竖向荷载能有效地向下传递至基础上，确保主体结构受力安全的同时满足常规施工方法的需求。10.2采用本工法解决了钢筋混凝土悬挂结构施工的大面积由上至下逐层叠加的施工荷载和结构构件本身自重产生的荷载支承问题，无需对结构进行加固，对原结构设计不产生任何相关影响，大大降低工程成本。10.3钢筋混凝土悬挂结构如不设置临时支撑柱，按常规施工方法则需5～6层的周转材料，采用本工法按照常规施工方法则只需配置二层半的周转材料，节省周转材料约3层，对单层面积大的工程更加经济划算。10.4本工法采用铰接临时支撑柱和满堂式支撑架相结合的施工方法，操作简单灵活，安全稳定性高，对保障工期更