高支模、大跨度梁的施工

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深圳万科建筑研究中心，就是这样一座综合建筑。该建筑设计采用了14根大跨度普通钢筋混凝土结构梁与屋面板一起构成一大跨屋盖。其中，6根梁净跨 41m（总长43.3m）、梁高2.8m，梁下净空13m，另外8根梁净跨27m(总长29.3m)、梁高1.6m，梁下净空14.2m。
    在设计考虑并允许的作用效应下，大跨度屋面梁的施工质量成为了该建筑结构可靠性的关键。而模板支撑、钢筋、砼作为钢筋混凝土结构施工中三大分项，都举足轻重，挠度和裂缝更是检验大跨梁施工质量的重要指标。以下就从这几个方面介绍该工程大跨度屋面梁施工的一些方法和要点。
    1、模板支撑系统
    1.1 支撑系统
    对于高支模大跨度的非预应力混凝土结构施工来说，支撑是一关键。该工程使用钢管排架作为大跨结构的施工支撑，由于施工组织的要求，屋面结构施工时，其下还为自然地面和回填土地基，因此，保证支撑系统不下沉显得犹为重要，所以，对地基的处理成了必要。施工中，我们首先对地面原土和回填土进行碾压、夯实，进行环刀取样检测，要求密实度λ0≥95%；然后在整个排架范围内的地基上满铺150~200厚的碎石+1∶4水泥石屑垫层，振动碾压密实。为保证钢管排架均匀地把力传到地基上，排架下部设两道地垅，下层地垅横向设置，与梁垂直，以两根50×100硬质木枋平铺，要求木枋两端至少宽出大梁主要受力支撑范围300，上层地垅采用14a槽钢口向上纵向铺设。上下层地垅的间距均根据计算出的排架立杆纵横间距而定，要求每根立杆均设于纵横向地垅交叉处。排架立杆的纵横间距及水平横杆的步距计算时，考虑屋面梁、屋面板、排架自重及屋面施工荷载等，主要验算立杆的稳定承载力及地基的最大荷载；同时，为保证排架系统的整体稳定性，设置间距5米以内的竖向及水平向剪刀撑；最后，为防止下雨或其它施工用水浸泡地基，保证排架地基高于周围地面，并设通畅的排水沟，确保施工过程中排架下无积水。
    1.2 模板
    大跨梁模板设计分底模与侧模分别考虑。钢管排架顶部采用钢管行栊，木枋搁栅，上铺胶合板形成大梁底模；大梁侧模面板则采用18mm进口木胶合板，内楞（竖向）用50×100木枋，外楞（水平向）用双φ48脚手钢管，对拉螺栓选用φ12Q235钢制作。设计时，根据底模胶合板、搁栅木枋的承载力及刚度确定搁栅木枋及行栊钢管的间距，而钢管行栊验算时，除考虑其抗弯、抗剪承载力外，应特别注意验算其下部节点扣件的抗滑承载力。经计算本工程需采用双横杆、双扣件来支撑钢管行栊。另外，由于梁最高达2.8m，梁侧模需根据浇筑混凝土的侧压力及振捣中产生的荷载验算侧模胶合板、内楞、外楞的承载力、刚度以及对拉螺栓的间距和规格，同时，按墙考虑在梁腰部设置间距以不大于1.5米的“八”字斜撑，另外，由于梁跨度较大，为防止砼浇筑过程中梁在其腹板平面外失稳，我们还在各梁间的梁腹部设水平拉杆或对撑。
    2、钢筋工程
    2.1 材料
    钢筋作为大跨度屋面梁这一重要结构中的精骨，选材需确保品质稳定过硬，优先选用国内大厂生产的钢材，需无锈蚀、无污染，并按规定检验合格。
    2.2 钢筋接头控制与施工
    对于大跨度钢筋混凝土结构来说，钢筋接头在所难免，关键在于其位置与接头质量的控制。该工程大梁主筋接头采用冷挤压套筒连接，选择此种接头的原因是质量保证且施工方便，但其缺点是使梁局部主筋间、排距变小，给混凝土浇筑造成一定困难，所以主筋接头应尽量少设。本工程中保证底筋跨中6m范围内无接头，其它位置任意40d范围内接头数不超过主筋总数的1/3，施工中严格控制每一个接头的连接质量，按规范要求逐一检查。另外，由于梁的箍筋箍口因主筋较密无法按规范弯成135°，则采用封闭焊接，以确保梁的抗剪承载力和刚度。在本工程中，施工前先确定主筋接头位置，并绘出示意图，施工时对照检查，钢筋接头无一差错。
    2.3 钢筋制作安装
    大梁钢筋制作中，尺寸精确是关键，否则将影响钢筋连接和安装的质量及梁截面的大小，甚至出现质量事故。该大跨梁钢筋绑扎安装时，先在已支好的梁底模上弹好梁宽的控制线，而后由下而上一排排安放主筋，挤压连接，并用钢管搭设支架辅助施工。大梁底筋较密，则在每排钢筋间设置垫铁，保证排距，操作中保证上下排钢筋对齐，以保证浇筑时混凝土流入畅通和振捣棒得以插入。另外，由于大梁的钢筋较多，自重较大，梁底保护层垫块则采用与梁混凝土同级别的去石混凝土特别制作。
    3、混凝土工程
    3.1 混凝土材料要求
    该工程采用的商品混凝土，碎石选用1~3cm粒径，坍落度严格控制在12~14cm，要求具有良好的和易性，以确保能够通过大梁密集的钢筋，流淌充实大梁的任一部位，且不发生离析现象，其初凝时间控制在7小时左右。
    3.2 混凝土浇筑施工
    该工程一根41米跨大梁的混凝土量为60m3,由于大梁截面为倒T形且钢筋较密，砼浇筑时振捣难度大，所以相对较费时，容易产生冷缝。现场采用了2台砼输送泵同时浇筑两根梁，由梁中间向两边分层流水施工的方法，严格控制上下层混凝土衔接的时间，并特别注意对大梁下部钢筋绸密区的振捣，既不欠振也不过振。对于梁下翼缘振捣棒无法直接插入（但影响半径已达到）的部位，事先在大梁下翼缘顶部模板上每隔1.0米左右开一个小孔（φ10左右），浇筑中派人观察该孔是否有水泥浆溢出，并用小锤敲击其翼缘部位模板，听声音，以判断梁下翼缘处混凝土是否充实，而后用木塞将小孔及时封堵。
    3.3 混凝土养护
    大梁顶面及屋面板采用麻袋覆盖并浇水养护；大梁侧面及底面采用延迟拆模的方法，因为所有大梁模板均采用进口黑漆大板制作，接头处用胶带贴严，密封性能较好，这样既能防止混凝土内的自由水份蒸发，又起到一定的保温效果，防止大梁因温度收缩而产生的裂缝，梁侧模拆除时间需达28天，这样梁混凝土已达设计强度，质量已能保证。
    4、挠度与裂缝控制
    对于超大跨度的非预应力混凝土结构梁来说，要保证其功能及外观要求，对其挠度和裂缝的控制是设计及施工的关键所在。
    我们知道，梁的跨中最大挠度是由与荷载形式、支承条件有关的荷载效应系数、跨中最大弯矩、截面抗弯刚度几个值决定的。在梁的截面、材料、跨度及上部荷载等结构特征给定的情况下，起拱从一定意义上改变了支承条件，是减小挠度最行之有效的方法，它不但能抵消梁的下挠产生的视觉效果影响，而且它使作用在梁上的一部分竖向荷载转化为水平力传给支座，在梁的横截面间形成轴向压力，从一定程度上防止了梁的裂缝的产生。
    根据理论计算：该工程41米跨梁的挠度达20cm，而按照规范，一般大跨梁施工时的起拱值为1/1000~3/1000，若按3/1000起拱计算，其起拱值为12.3cm，与其理论挠度还有近8cm的差值，所以若按常规施工，此近8cm的挠度势必对大跨梁周围的屋面结构造成影响，甚至破坏，而且过大的挠度还可能产生较大的裂缝，增加钢筋锈蚀危险，影响结构的耐久性，也影响建筑的观瞻，引起使用者的不安。所以该工程中，我们采用了加大梁的起拱度的方法，将梁的起拱值加大到30cm，达到7.3/1000，同时正好在屋面上形成结构找坡。在施工时，同时保证控制挠度的另外两个重要因素，即支撑系统和砼强度。经实测，该工程大跨度屋面梁的实际最大挠度为4.5cm，由此可见上述措施的作用是明显和有效的。
    施工中，对钢筋砼构件裂缝的控制主要有两个方面，一为对钢筋保护层的控制，另一为对混凝土的控制。本工程中，对钢筋保护层的控制我们主要狠抓箍筋尺寸精确度及绑扎质量，而对混凝土的控制中，我们采取了控制坍落度、降低水灰比、降低混凝土入模温度和以延迟拆模来保温并密闭混凝土内自由水份的方法，通过以上措施，有效地防止了大梁混凝土收缩裂缝及温度裂缝的产生。