Y型柱与悬挑大斜梁施工方案.doc

Y型柱与悬挑大斜梁施工技术

1、工程概况
根据体育场工程的使用特点，本工程采用Y形柱、阶梯式大斜梁作为主要结构支承系统，Y形柱垂直段高13.7m，斜叉处标高分别为20.5m和27.9m（见附图一）。柱截面最大处为1000×5618mm，56根混凝土柱通过阶梯式斜梁支承全部看台和上部结构，大斜梁轴向长40m、为变截面梁最大截面为1200×2840mm、最小截面为 ，大斜梁的标高最低点为12.70m，最高点为37.03m，倾角为33.13度，悬挑长度为8.68m，梁内配筋密集（上下各5、6排，每排10×Φ36）。
体育场阶梯式看台，通过断面为300×600环梁搁置在大斜梁上，四周共56跨成一整体。
二、施工特点
通过对大斜梁混凝土施工过程中所产生的内力进行了分析，结合以往的施工实践，我们认为有两个施工难点，即施工重点。
1.1第一个特点
如何抵挡混凝土施工过程中因混凝土自身产生的对大斜梁下端部的轴向压力和水平推力（或对边柱的弯距，见图一）。
大斜梁在施工过程中，混凝土自重产生的轴向力 F=1.2×2.84×2500×40×sinα=186724kg1867KN
对B-B截面的水平剪切力为 N=F×cosα=1561KN
（以上未计混凝土与模板之间的摩擦力）
这样大的轴向压力和水平剪力，仅靠大斜梁下端模板或其他支撑体系来抗衡，难度极大，或成本高昂，我们经过专家和技术工人反复讨论，集思广益，决定用“穿高跟鞋”的原理，即大斜梁下端1m左右的梁混凝土与其标高以下的混凝土楼板、楼板梁、柱子同时施工（见图一第5施工段），当这部分混凝土达到一定强度后（即足以抵抗大斜梁混凝土施工时产生的水平推力），再施工其上部斜梁混凝土，为确保大斜梁混凝土施工的绝对安全可靠，我们又将大斜梁剩余部分分成第8段，第10段两段施工（见图一）。
按这种方法施工，在第8段（见图一）施工时，其产生的水平推力减小为：
N=1.2×2.84×2500×19×sinα×cosα=74148kg742KN
当第5段混凝土施工时，正值夏季，日平均气温为25℃，据建筑施工手册混凝土浇注龄期为3天时，混凝土强度可达到设计值的43%，这时的混凝土抗剪强度设计值为N=19.5N/mm2×43%×20%=1.677N/mm2（按建筑施工手册，混凝土抗剪强度约为混凝土抗压强度的15%~25%，今取20%计算），A节点处柱截面为1000×1600mm，则A节点的抗剪力约为F=1000×1600×1.677=2683KN。
F>N 抗剪力>水平推力，安全，同时我们又对试块进行了测定（在第5施工段浇筑混凝土时加做的一组专供拆模用的试块），此时已达到强度的60%，已超过计算值，即可施工其上部的大斜梁混凝土。
1.2第二个特点
如何平衡大斜梁上部，即Y柱悬挑部分在混凝土施工过程中产生的水平推力。
其水平推力为F=1.2×2.84×2500×9×sinα×cosα=35123kg351KN（未考虑模板自重及摩擦力等）
三、施工方法
为抗衡其水平推力，我们采用φ48×3.5脚手管搭设满堂红脚手架，立杆间距和横杆排距分两种情况搭设，位于Y型柱悬挑的大斜梁投影范围内区域的模板支撑采用腕扣式多功能脚手架，因为该施工段是产生倾覆力最大的位置（见图二），其支撑杆间距：框架梁及环梁为300×600（梁宽方向为300，梁长方向为600），立杆步距在Y型柱分叉以下为1800，分叉以上为900。其水平杆与已浇的柱混凝土连接采用双钢管，双扣件固定（此部位混凝土专门安排提前浇注完成，见图一）。为保证架体的整体稳定，在纵横轴线从二层平台往上至梁板底设置环向与径向垂直支撑，环向支撑每跨设置四道，钢管间距为φ48×3.5@1500×1500，同时从分叉处往上设置三道水平支撑，钢管间距为φ48×3.5@3000×3000，垂直支撑上部与斜梁支撑横杆箍紧，下部与脚手架水平杆箍紧。
位于Y型柱分叉以内即未悬挑部分的大斜梁的支撑采用普通钢管脚手架支撑，其主杆间距为：（框架梁及环梁为300×600，梁宽方向为300，梁轴线方向为600），立杆步距为1600-1800，具体模板及脚手架支撑体系详见附图2、3、4。
模板体系面层采用10-12mm厚竹胶板，主龙骨为φ48×3.5钢管，间距600mm，次龙骨为50×100mm木楞，间距200mm，主次龙骨用对拉螺栓固定，支撑体系由主龙骨直接将力传给钢管脚手架。
验算：
斜挑大梁自重（取较大断面梁段）
q=1.2×2.84×2500=8.52t/m
折算成水平投影荷载为：
q1=q1/cosa=q1/cos33.13°=10.19t/m
模板自重：按30kg/m2计取，折算成水平投影荷载为：
q2=（1.2+2.84×2）×0.03/cosα=0.24t/m
脚手架的搭设为：立杆间距0.3m，排距0.6m，步距1.8m，取1m×2m为单元进行计算，立杆高取25.0m，则：
q3=[（25.2×7+2.5×7+15×0.6）×384+7×16×1.5]/0.6=1.58t/m
施工活荷载取q4=300kg/m
脚手架计算：每根立杆的竖向传递荷载
Ni=1/7[1.2（q1+q2+q3）+1.4q4]×0.6=1.27t
立杆验算：u取1.25，L=uL0=1.25×180=225cm，r=1.58cm，f=205N/mm2；
查表φ=0.337
则每根立杆的容许应力为：
[N]= φAf=0.337×489×205=33782N=3.35t>Nl，满足要求
2、混凝土浇注、养护、拆模
本工程混凝土采用集中搅拌，在体育场正中间设置4台×400L搅拌机，组成混凝土集中搅拌站一座，用混凝土固定输送泵直接将混凝土输送至混凝土浇注点，这样，可以减少混凝土运输中水灰比的变化，确保混凝土的质量。
混凝土浇注严格施工顺序：接到混凝土浇注令后，模板充分浇水、先泵送与混凝土同级配的砂浆，混凝土分层浇注振捣，每层控制在40~50cm之间,按事先设计好的分段定点一个坡度， 层浇筑，循序推进，一次到位，保证混凝土浇注的连续性。
当时正值夏季，平均气温达25℃以上，为了保证混凝土强度的正常增长，防止混凝土表面出现裂缝，在混凝土浇注后即用草袋覆盖，在七天内确保草袋湿润。
二天即拆除侧模（浇水养护继续），28天后根据模板拆除今依次拆除底模。
四、质量保证措施
1、武汉市体育场Y形柱，大斜梁部位脚手架既作施工操作平台，又作固定模板的支撑架，因此，脚手架下端的荷载较大，特别是大斜梁，单立杆下部轴力最大为1.27t，大斜梁平均每米自重为8.52t/m。所以需在上部脚手架对应的下部楼层径向梁中搭设支撑体系，将上部荷载连续传递至基础地梁。具体传递方法见图2、3。
2、在施工大斜梁前，预先进行加荷试验，这样做的目的：第一是消除初始形变；第二是检查是否有位移。我们用相当于混凝土、模板重量的成捆钢筋，分批加载进行予压，经检查，未发现有位移情况，仅有0.5~1.3cm的沉降，主要是钢管接头缝隙和支撑垫板下土质不实所至，经调整后便正式开始浇注混凝土。在拆模时，经检查未发现有明显沉降。
3、为了确保混凝土表面接缝整齐、紧密、无缝，我们在模板与模板拼缝处采用海棉条挤压填实方法，防止了漏浆，取得了良好的效果。
4、由于施工都处在完全高空作业，混凝土体量又大，安全施工显得更为重要，在施工层上必须满铺脚手板，形成较大的整体施工平台，四周加设护栏和挡脚板，保证了安全施工。
5、施工缝的处理一定要严格按规范规定进行，在后续混凝土施工前，对接缝处必须先清洗润湿，后浇注10~15mm厚与混凝土同配比砂浆，再进行施工）。
6、本工程边跨柱自由高度较小（有三层楼板作为支撑），因此长细比小，可不计算水平推力对柱子下端产生的弯距，若柱净高较大时，建议尚需复合对柱脚产生的弯距影响。

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