连体筒仓混凝土结构无脚手架施工新技术在灾后重建工程中的应用研究.pdf

第 3 9卷第 4期 2 0 1 3年 8月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 3 9l 连体筒仓混凝土结构无脚手架施工新技术 在灾后重建工程中的应用研究 周 杰 ( 绵阳职业技术学院， 四川 绵阳6 2 1 0 0 0 ) 摘要： 结合四川省广元市灾后重建的重点工程广旺公司卢家坝水泥厂石灰石储存库工程施工， 从施工方案策划 与编制、 施工工艺、 安全措施 、 技术经济效益分析等方面总结了一种连体简仓混凝土结构无脚手架施工新技术在工 程施 工中的应用。 关键词： 无脚手架施工新技术 ； 连体筒仓混凝土结构施工 ； 灾后重建； 应用 中图分类号 ： T U 7 4 5 7 文献标志码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 4 3 9 1 0 4 0 引 言 在工业 与民用建筑领域 ， 筒仓结构库顶现浇梁 板施工时 ， 一般都是按搭设承重脚手架一 支梁板结 构模板一绑扎钢筋、 浇筑混凝土。按传统工艺， 计算 施工荷载进行模板设计 ， 然后搭设满堂承重脚手架 、 支模板 、 绑扎钢筋 、 浇筑混凝土 ； 当混凝土强度达 到 拆模规定后 ， 再拆除脚手架 、 模板 。这种施工方法工 艺简单 ， 但施工周期长 、 工人 的劳动强度大、 投人 的 周转工具多、 发生的费用高。 广旺公司卢家坝水泥厂是四川省广元市灾后重 建的重点工程。其石灰石储存库 2 0 0 9年 7月到图， 甲方要求十月点火试生产。在这种工期紧 、 任务量 大的情况下， 施工单位技术人员进行 了施工前 的方 案策划 ， 提 出了在筒仓墙壁滑模施工 完后库顶施工 时 ， 不再搭设 3 O多米高的承重脚手架 ， 而采用库顶 混凝土结构无脚手架施工的设想。施工技术人员对 施工过程进行 了技术分析、 论证 ， 认 为利用在水泥厂 钢结构施工 中常用的热轧工字型钢制 作一操作平 台 ， 在平台上支设梁板模板的无脚手架施工新技术 ， 可节约 占工期较长的承重脚手架搭拆 时问， 并且 降 低施工成本 ， 保质保量地完成灾后重建工程竣工任 务。 1 工程概况 广旺公司卢家坝水泥厂生产线的石灰石储存库 为三 联筒 仓构 筑物 ， 高 3 5 m， 每个 圆仓 的直径 为 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 1 2 - 1 9 作者简介： 周杰 ( 1 9 8 2 一) 。 男， 四川广元人， 硕士研究生， 讲师， 工 程师 ， 研究方 向为建筑工程施工技术及项 目管理 。 E m a i l ： 6 2 7 0 2 8 9 3 4 q q c o rn 1 2 5 m， 壁厚 2 5 0 mm， 南北 向呈一字型排列。库顶 为钢筋混凝土梁板结构， 每个库顶设、 、 号主 梁 ， 主梁截 面尺寸为 4 0 0 m m x 1 0 0 0 m m， 次梁截面 尺寸为 2 5 0 m m 4 0 0 mm， 顶板厚 1 0 0 m m。库顶板 面标高 3 5 0 0 i n ， 混凝土强度等级为 C 3 0 。 2 施工方 案 2 1 工作 原 理 为按工期完成石灰石储存库的施工 ， 确保整条 生产线顺利点火 ， 经研 究确定采用无脚手架施 工的 方法 ， 即： 在距库顶板 1 5 m高空安装一操作平 台， 模板体系支撑在操作平台上。为了降低施工成本 ， 平台梁尽量选用水泥项 目钢结构施工中同规格的型 钢 ， 在平台拆除后 ， 型钢能重 复利用； 混凝 土梁板结 构采用叠合梁施工方法 ， 分两次浇筑混凝土， 减小施 工荷载 ， 以满足顶板结构施工中操作平台承载力和 挠度变形的要求； 通过模板支撑系统与钢管网片平 台的可靠扣结 ， 满足钢梁 的平面外稳定性的要求 。 本方案充分利用先期浇筑 的钢筋混凝土梁 已形 成的强度来承担其 自身 的重力荷载 ， 以减小工字 钢 梁的负荷 ， 提高刚性平台的承载可靠性。 2 2 操作平 台梁 的受力分析及承载力计 算 ( 以跨 度最大的一根钢梁进行计算 ) 2 2 1 库项全部荷栽计算 、 、 号主梁 自重产生的集中荷载为 2 8 8 k N。 库顶、 、 号主梁模板及支撑系统荷载为 0 8 6 4 kN。 热轧 I 4 5 b 钢梁负荷范 围混凝 土顶板荷载 为 7 2 k N。 库顶板模板及支撑系统荷载为 0 2 1 6 k N 。 3 9 2 四川建筑科学研究 第 3 9卷 施工人员及施工设备荷载为 5 0 4 k N。 所 以， 热轧 I 4 s b 钢梁承受的集 中荷载为 ： F =28 8+0 8 46=2 9 6 6 4 k N 热轧 I 4 s b 钢梁承受的线荷载为 ： q=7 2+0 21 6+5 0 4 =1 2 45 6 k Nm 2 2 2 热轧 I 4 5 , 钢 梁承 受的荷 载分析 图 热轧 I 钢梁承受荷载如图 l 所示。 F =2 9 6 6 4 k N q=1 2 45 6 k Nm 图 1 热轧 I ， 钢梁承受荷载 2 2 3梁跨 中最大弯矩值 1 1 = 亡q l + 寺F l =4 2 8 6 8 1 k N Il l 所 以， 需要的工字钢梁截面抵抗矩为 ： M 42 8 68 1 1 0 N mI t l w=一= ： 一 “ ( 1 0 52 1 5 N ra m ) = 1 8 9 8 9 1 0 mm ： 1 8 98 9 c m 又 I 4 s b 的截面抵抗矩为 ： ：1 5 00 4 e m。 =7 31 4 2 4 e m 所 以， 钢梁的承载能力满足要求。 挠度验算( 卜取荷载标准值) ， I 钢梁的 截面惯性矩为 3 3 7 5 9 c m ： 孚 = 3 8 4 E I = 4上 5 5 孚 】 = 4 0 0 z 一 z 一 、 【 丁 J 一 所以， 钢梁的刚度满足要求 。 结论 ： 、 、 号主梁浇筑 8 0 0 mm高，I 钢 梁满足承载力及挠度变形要求。 2 ) 计算 3 天后、 、 号主梁承载力情况 计算已完成浇筑 8 0 0 mlT l 高的 、 、 号主梁 的承载力情况。本工程库顶混凝土结构浇筑时 日平 均气温为 2 5 e左右。根据作业计划， 顶板混凝土在 主梁混凝土浇筑 3天后进行施工。通过试验测得同 条件试块强度值为 1 6 5 N ram 。 ， 取混凝土弯曲抗压 强度设计值为 =1 6 55 0 =8 2 5 N ra m 。 计算配筋率： 主梁下部钢筋为6 西 2 5筋， 箍筋 为 西1 0 2 0 0四肢箍。 D： ： 兰 1 0 0 ：0 9 6 5 b h 4 0 0 7 6 5 “ P i =0 1 5 P=0 9 6 1 53 7 5 k N 所以， 斜截面承载力满足要求。 通过以上、 、 号主梁受力情况及其正截 面、 斜截面承载力分析， 在混凝土浇筑 3天后， 、 、 号主梁完全可 以满足 自身承载力的要求 ， 操作 平台只承受第二次浇筑顶板混凝土时发生的全部荷 载。 3 ) 第二次浇筑顶板混凝土时 ， I 4 5 b 受力情况 荷载统计如下 。 板 自重： 1 2 2 4 X 0 1 2 5 X 1 0= 7 2 k N m； 板模板及 支撑 ： 1 2 x 2 40 1 X 0 7 5=7 2 kNm ； 施工活荷 ： 1 4 X1 52 4= 5 0 4 k N m： 所 以， g =1 2 4 5 6 k N m。 上述荷载在 I 钢梁跨中产生的最大弯矩： = 亡q =亡 1 2 4 5 6 1 2 5 2 =2 4 3 2 8 k N m I s b 钢梁跨中所能承受的最大弯矩为： 肘二 = =1 0 5 X 2 1 5 X 1 5 0 01 0 =3 3 8 6 2 5 kN m M =2 4 3 28 k N 。m 所 以， I 4 5 b 钢梁承载能力满足要求。 挠度验算： 孚： 孤 5 q4 P 丁1 = 4上 4 2 等 = f 一 3 8 4 E ， f 一 、 【 丁 J 一 4 0 O 所 以， I 4 5 1 , 钢梁刚度满足要求。 4 ) 结论 在三连体仓库顶混凝土结构施工中 ， 每个库采 用 4根热轧 I 4 5 b 工字钢梁作为操作平台的平台梁 ， 并 利用叠合梁施工方法进行混凝土顶板浇筑 ， 平台钢 梁可满足承载力和挠度变形 的要求 ； 通过模板支撑 系统和钢管网片平台的可靠扣结， 可满足平台钢梁 的平面外稳定性的要求。故采用无脚手架施工工艺 进行库顶混凝土结构施工是可行 的。 3 施工工艺 施工工艺流程 ： 库壁滑模时预留钢梁梁 口、 埋设 预埋铁件一滑模机具拆除、 钢梁 吊装并焊接牢固、 补 浇梁 口混凝土一组装操作平台一主梁支模 、 绑筋 、 浇 筑主梁 8 0 0 m m高混凝土一次粱 、 库顶板支模 、 绑筋 一 库顶板混凝土浇筑一模板体系及刚性承重平台拆 除。 3 1 钢梁及构配件的加工制作 根据 计 算 ， 每 个 库 中 间 最 长 的两 根 钢 梁 长 1 2 2 3 81 2 2 9 6 m( 梁端封板 与垂直断面有夹角 ) ， 热轧 I 4 5 b 定尺长度为 9 1T I ， 型钢接长采用 4 5度对接 焊缝， 在梁两端距端部 5 0 0处焊 吊环。梁底预埋件 ( 2 5 0 4 0 0 ， 锚筋为4 4 , 1 4 ) 采用 1 0 m m钢板制作， 中 间留排气孔。按设计尺寸焊接操作 吊篮。 3 2 操作平台的安装 根据库顶主梁尺寸 ， 本工程平 台顶标高为 3 3 5 1T I ， 净空 1 4 1T I 。当滑模滑至 3 2 9 5 m时， 按 I 4 5 b 钢梁 问距 2 4 m在库壁放置水平 预埋件 ( 钢梁支座) 并 留设 6 0 0 6 0 0的预留洞 ， 注意钢梁轴线方 向与三连 体库中轴方向垂直。滑模到顶后 ， 拆除圆仓中间的 拉杆及中心环 ， 进行钢梁的吊装 ， 操作人员利用滑模 装置的吊架完成钢梁的就位和焊接工作。待钢梁全 部就位后 ， 拆除全部滑模装置 ， 在每个库内吊装两个 半圆形 的平 台。平 台悬空处 ， 用 8的钢筋作为 吊 点 ， 焊接在滑摸支承杆上 ， 吊点间距 1 2 1T I 。两个半 3 9 4 四川建筑科学研 究 第 3 9卷 圆形预制平台安放好后用钢管扣结形成整体。图 4 为安装完成的操作平 台。 图4 安装完成的操作平台 3 3 库顶板梁板结构施工 为尽量减小施工荷载 ， 梁模板及底板模板全部 采用木胶合板 ， 背楞采用 5 1 0木方 ； 为了加快混凝 土的强度增长速度 ， 加快模板体系的周转 ， 混凝土配 合 比通过实验室试配 ， 掺加早强型外加剂。 库顶板梁板结构施工按高空钢平台组装完成后 按图纸尺寸进行测量放线 ， 用短钢管 、 扣件支梁底支 承， 安梁底模板一绑扎、 、 号主梁钢筋一支主 梁侧模并进行加固一浇筑 8 0 0 m m高主梁混凝土。 在主梁先期混凝土养护的同时， 在操作平台上 支顶板 、 次梁模板， 并按方案 的要求留置施工洞一绑 扎顶板钢筋一在实验室试验主梁 同条件养护试块 ， 测得主梁混凝土强度标准值 ， 通过上述计算及基本 假设推定主梁先期混凝 土构件的承载力 ， 承载力满 足要求后， 浇筑顶板混凝土并养护。 顶板混凝土浇筑过程前 ， 预先在钢梁上方拉紧 水平钢丝 ， 在顶板混凝土浇筑过 程中， 通过观察， 先 期混凝土浇筑时， 钢梁跨中下挠 3 m m， 顶板混凝土 浇筑时， 钢梁跨中没有新的挠度增加 ， 表明操作平台 具有较高的可靠性。 3 4模板及操作平台的拆除 1 ) 模板拆除前， 在实验室试验主梁及板混凝土 的同条件养护试块 ， 并结合现场回弹检测 ， 全部混凝 土浇筑完 7天后 ， 强度满足规范规定 的拆模要求 。 2 ) 施工人员从预 留施工洞 中进入操作平 台上 拆除模板及其他周转工具 ， 从施工洞运到库顶板上 并用塔吊运至地面。拆除时， 应边拆除边倒运， 严禁 在操作平台上堆积。 3 ) 模板拆除完后 ， 从 中间向施 工预 留洞方 向依 次拆除脚手板 、 钢管扣件等周转工具直到施工洞 口 处 ， 并从施工洞 口及时向外运 出， 拆除过程 中， 操作 人员必须系好安全带。 4 ) 待两个半 圆形平台板全部拆除后， 在 I 钢 梁两端分别放好焊制的吊篮。操作工人从库面下到 吊篮中， 用手板葫芦通过 吊环与预留孑 L 上方搭设 的 钢管支撑架吊装紧固 ， 然后， 人工在吊篮内沿库壁割 断钢梁 。 5 ) 钢梁切断后用手板葫芦将钢梁一端下放 ， 另 一 端静止 ， 待其达到呈垂直状态时， 用塔 吊从预留洞 口的一端将钢梁缓慢吊出。 6 ) 钢梁全部拆除后 ， 用吊模 的方法把预留洞封 堵、 浇筑混凝土。 4经济效益分析 与传统施工工艺相 比， 三连体库顶混凝土结构 无脚手架施工工艺能保证工程质量， 工期 比传统工 艺相比可提前 2 O天， 并且可节约周转工具租赁费 、 人工费 、 塔 吊租赁费 、 管理费等共 9 1万元 。同时， 该工艺将搭拆满堂脚手架的高空作业转化为普通高 度作业 ， 工作环境 、 劳动强度、 工作效率得以较大提 高 ， 工作安全能够得到更好保证。 5 结 论 由于采用 了高空承重平台支模和叠合梁技术 ， 广旺公司卢家坝水泥厂生产线的石灰石储存库库顶 结构的施工周期得以缩短 ， 钢架管支撑一次投入量 大大减少 ， 库顶结构浇筑顺利进行 ， 取得了较好的经 济效益 。 参 考 文 献 ： 1 B r i t i s h S t a n d a r d I n s t i t u t i o n ， B S 5 9 7 5 ， C o d e o f P r a c t i c e f o r a c c e s s a n d w o r k i n g s c a ff o l d s a n d s p e c i a l s c a ff o l d s t r u c t u r e s i n s t e e l s s L o n d o n， E n g l a n d： BS I ， 1 9 9 6 2 Ho me s M， Hi n d s o n D S t r u c t u r a l b e h a v i o u r of l o a d b e a r i n g f a ls e w o r k P r o c e e d i n g s o f t h e I n s t i t u t i o n of C i v i l E n g i n e e r s J P a r t l D e s i g n&C o n s - tr u c t io n ， 1 9 7 9 ， 6 7 ( 2 ) ： 3 0 0 0 9 3 袁雪霞 建筑施工模板支撑体系可靠性研究 D 杭州： 浙江 大学 ， 2 0 o 6 4 杜荣军 我国建筑施工脚手架发展的回顾与展望 J 建筑技 术 ， 1 9 9 4， 2 1 ( 8 )： 4 6 4 - 4 6 7