混凝土结构置换支撑技术的全过程控制研究.pdf

混凝土结构置换支撑技术的全过程控制研究 余兴华 马跃强 吕林。 1 河南工程学院土木工程学院 郑州4 5 1 1 9 1 ；2 上海建工二建集团有限公司 上海 2 0 0 0 8 0 ； 3 上海正轶建筑设计有限公司 上海 2 0 0 0 9 2 摘要 ：某在建框筒结构住宅部分柱需进行混凝土置换处理 ，针对结构现状，提出了支撑方案，对置换过程中的结构采 用全过程控制计算 ，计算结果显示，置换方案对结果整体是安全的，以此结果为依据 ，指导柱混凝土置换施工，顺利 完成置换工作。为类似工程积累了可资借鉴的经验。 关键词：框筒结构 混凝土置换 支撑方案 全过程控制 中图分类号：T U 7 5 6 1 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 4 ) 1 O - 1 1 2 7 一 O 2 St u d y o n Ov e r a l l Pr o c e s s Co n t r ol o v e r Su p p o r t i n g T e c h n o l o g y f o r Re p la c e me n t o f Co n c r e t e St r u c t u res Yu Xi n ghu a M a Yu eqi a ng L v L i n 。 1 Co l l e g e o f Civ i l En gin e e r i n g ， He n a n I n s t i t u t e o f En g e n e e r i n g Z h e n g z h o u 4 51 1 9 1 2 S h a n g h a i Co n s t r u c t i o n N o 2( Gr o u p ) C o ， L t d S h a n g h a i 2 0 0 0 8 0： 3 S h a n g h a i Zh e n g y i Ar c h it e c t u r a l De s ig n Co ， L t d Sh a n g h a i 2 0 0 0 9 2 1 工程概况 背景项 目为框筒结构 ，地 下3 层 ，地上4 7 层 ，屋顶结 构标高1 6 0 m。施工至地上6 层时，经施工单位现场回弹发 现2 层及3 层个别柱混凝土强度低于设计要求 ，且 由于客观 因素不能拆除重建或进行结构加固补强处理 ，只能对该部 分柱 混凝土进行置换 处理。混凝土置换施工前 必须对该部 分柱进行可靠支撑 ，以保证上部结构荷载 向下传递途径 ， 鉴于柱结构混凝土置换存在极大的风险，必须通过全过程 施工控制计算作为依据 ，以保证混凝土置换过程的安全。 2 支撑方案 2 1施工方案制定时需考虑的因素 ( a)支撑体 系设置和原结构不是一个整体 ，如果设 计不够可靠 ，将会给结构带来裂缝、变形或更严重事故 ； ( b)支撑体 系的设计不但 要考虑到承载力、变形、 锚固等问题 ，还应 当考虑拆除施工空间、拆除振动对支撑 的不利影响； ( c) 拆除柱要整体替换 ，即核心区混凝土也要替换 ， 使固结节点变成铰接 ： ( d)混凝土柱 自身 已承受较大荷载 ，支撑体 系的托 力要和 目前受荷情况接近，顶撑力过大或过小 ，都会给结 构带来附加应力； 作者简介：余兴华 ( 1 9 7 9 一)，男，硕士，助教。 通讯地址：河南省郑州市新郑龙湖中山北路1 号 ( 4 5 1 1 9 1 ) 。 收稿日期：2 0 1 4 0 9 01 ( e)从混凝土柱 的替换部位 看 ，相邻的两柱 同时要 进行替换 ，核心区混凝土拆 除后 ，连接2根柱的梁失去 了 支点，如果处理不 当，该区域梁板容易出现塌陷； ( f) 个别柱连续2 层均需要替换，一次替换量大，支 撑体系更需考虑周全 ； ( g) 无法使用大型机械设备 ，尤其拆除时劲性柱的 型钢不能受到扰动。 2 2 置换支撑及施工方案 ( a) 在柱的四周架设H 型钢撑杆 ，柱的上下端均项在 梁 的位置，施加一定的顶升力，以抵消该柱所承受的竖 向 荷载 ： ( b)置换层 的上层和下层 同样设置支撑 ，并靠近上 下节点使拆换层 的力合理传至相邻层 的核心区 ；置换 方案 的整体思路如图1 所示； ( C)对于支撑体 系施加顶撑 力的方法是 ：先将H型 钢就位 ，型钢的顶端固定焊接牢固 ，从下部架设千斤顶顶 升，然后打入钢楔 ，焊接加劲板 ； ( d) 根据柱子 目前荷载情况进行计 算，选择合适 的 千斤顶，使卸荷量接近实际受力； ( e) 在拆除层的上段设置1道环梁 ，增加支撑体系的 整体性，在梁柱核 心区拆除以后不至于发生水平错动； ( f )按照实际施工情况重新建模计 算，找到结构 的 薄弱环节 ，重点进行加固处理 ； ( g)加强施工 监测 ，制定应急预 案 ，先支 撑后拆 除，拆除后柱的沉降变形控制在2 5 mm以内。 ( h) 对于个别特殊 的柱 ( 同一柱多层拆除 )，制定 2o 1 4 1 o Bu i l d i I I g c。 ns t r u c t i 。 n I 1 l 2 7 合理的拆除顺序。 (i )拆除和重新浇筑 时，可采用轻型拆除工具 ( 如 风钻、风镐 ) 拆除柱子混凝土，也可部分采用静态破碎技 术将混凝土酥松 ，混凝土拆除后保留原有竖 向钢筋 ，并利 用植筋增补一定的钢筋 ，混凝土浇筑时强度提高一级。 3 全过程控制计算 3 1结构建模 ( a)结构已施工至地上6 层，但为了保证置换施工过 程中的荷载安全储备，结构计算模型考虑地上第8 层 ； ( b) 结构16 层结构梁、板 、柱均现场实际施工尺 寸进行建模，第7 层及第8 层按结构施工图进行建模计算 ； ( c)恒载仅 考虑结 构 自重 ，楼 面施 工活荷载 考虑 2 k N m ：不考虑地震作用及风荷载作用； ( d) 临时钢支撑与原结构连接节点在置换过程 中模 拟为铰接； ( e) 混凝土置换柱楼层上下端梁柱核 心区节点在置 换过程中模拟为铰接，如图2 所示。 f胃 一 l I 一 翻 l l l l l ! 图1 置换支撑立面 图2 置换支撑计算模 型 3 2置换支撑施加预应力 为减缓支撑型钢应力滞后的影响，以便最大 限度发挥 置换支撑的作用，采用千斤项对支撑型钢进行预加载。在 S A P 2 0 0 0 软件中，采用对支撑构件施加变形荷载的形式进 行加载，本项 目支撑型钢变形暂取1 5 mm，由置换柱楼层 层高3 2 0 m 计算可得初始预加应力为1 0 2 0 k N，初始压应变 为0 0 0 0 4 。 3 3 置换 部位变形分析 由分析计算 ，柱混凝土置换过程中各置换撑杆托换点 的竖向及水平 ( 两个方向 ) 位移如表1 所示。表1 中各置换 撑杆托换点位移作为在置换支撑施工过程 中千斤顶施加预 加应力后梁柱核心区节点顶升量的控制依据 ，且应与置换 钢撑杆预加控制应力进行相互印证校核。 3 4 置换支撑内力分析 由分析计算 ，柱混凝土置换过程 中各置换支撑型钢撑 1 1 2 8 I 建 筑 施 工第 3 6 卷第 l 0 期 杆 内力见表2 。表2 中各置换钢撑杆 内力作为在置换支撑施 工过程 中千斤顶施加预加应力的控制依据 ，且应与置换支 撑托换点预加位移顶升量进行相互印证校核。 表1 置换撑杆托换点位移 位移 Z1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 竖向 m m 0 5 6 2 0 3 5 3 O 5 - 3 0 O 6 1 水平x 向 m m O 1 】 0 0 9 O 1 6 0 1 7 0 2 O 水平y 向， m m 0 0 2 O O 3 O O 3 0 0 3 O O 2 表2 置换钢撑杆 内力 撑杆 Z l Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 上部斜杆n r N 1 8 5 1 9 1 1 9 1 2 0 6 1 8 1 中部杆 ( 上 ) k N 3 1 0 5 6 0 4 3 8 4 7 5 l 9 4 中部杆 ( 下 ) k N 5 5 3 5 0 9 下部斜杆 k N l 9 6 2 0 9 2 1 1 2 0 4 2 3 3 3 5 置换中原结构分析 柱混凝土置换过程 中，结构整体纵筋配筋及柱轴压比 与原设计对比，得出的构件配筋和轴压 比满足规范要求 ， 因此柱混凝土置换过程中原结构安全。 4 结语 ( a)结合工程实践，确定了混凝土置换技术需考虑的 因素和具体施工方案。 ( b)依据置换原理 ，介绍 了全过程控制建模原则、 需考虑的荷载等。通过计算分析 ，得出置换撑杆托换点位 移 变形和钢撑杆 内力，分别作为在置换支撑施工过程 中千 斤顶顶升量和施加预加应力的控制依据。 ( c) 通过对比原设计与柱混凝土置换过程 的构件配筋 和柱轴压 比，验证原结构在置换过程中的安全。 0 e 0 0 1 王猛，王艳萍 剪力墙结构混凝土置换工程的案例解析【 J 1 建筑 遗 产， 2 0 1 3 ( 1 2 ) ： 3 6 9 3 7 0 2 陈炳富 深基坑钢筋混凝土 内支撑梁机械拆除施工技术探讨 J 1 _ 福建建材， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ：9 9 - 1 0 2 3 谷志 旺 环板换撑技术在大型公共建筑 中的应用 J _ 建筑施 工， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 3 7 1 - 3 7 2 4 岳红伟 高层建筑基坑工程支护施 工技 术分析 J 城市建设： 下 旬， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 2 3 6 - 2 3 7 5 安德锋 某砖混广房加 固与托换的技术应用【 J 工业建筑， 2 0 1 3 ( 1 1 ) ： 1 4 0 - 1 4 2 ， 1 3 9 6 范方平 某工程基坑混凝土内支撑钢立柱托换施 工技术【 J 安徽 建筑， 2 0 1 4 ( 2 ) ： 4 5 -4 7 7 孙兴 国 浅谈在既有建筑加 固中小桩托换和侧 限围箍技术的应 用 J 中国科技投资， 2 0 1 4 ( A 0 1 ) ： 2 7 9