超高层建筑框筒结构的混凝土墙柱托换施工技术.pdf

超高层建筑框筒结构的混凝土墙柱托换施工技术 王文明 中建七局 ( 上海 ) 有限公司 上海 2 0 1 8 1 2 摘要：在对某4 7层框筒结构高层建筑检测时，发现其第1 至第5 层有部分混凝土柱强度不足，但由于客观条件限制，又 不允许采取加固处理。经过分析研究，只能在不影响主体结构的情况下，用局部替换的方法进行补强施工。经工艺优 化，在混凝土柱托换施工后，经其检测，结果能够满足国家规范要求。其所积累经验 ，可供类似工程参考。 关键词 ：高层建筑 框筒结构 混凝土墙柱托换 补强 有限元分析 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 0 - 1 1 2 5 一 O 3 Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y f o r Un d e r p i n n i n g o f Co n c r e t e Wa ll a n d Co l u mn i n Su p e r Hi g h Ris e Bu i l d i n g F r a me - T u b e St r u c t u r e W a n g We n mi n g C h i n a Co n s t r u c t io n S e v e n t h E n g i n e e r i n g B u r e a u( S h a n g h a i ) C o r p ，L t d S h a n g h a i 2 0 1 8 1 2 Ab s t r a c t ： T h e e x a mi n a t io n o f a 4 7 - s t o r e y f r ame - t u b e s t r u c t u r e s h o we d t h a t t h e s t r e n g t h o f p a r t ia l c o n c r e t e co l u mn s f r C lm t h e f i r s t t o t h e f if t h fl o o r w a s n o t h i g h e n o u g h D u e t o t h e I i mi t a t io n o f o b j e c t iv e c o n d it i o n ， r e i n f o r c e me n t t r e a t me n t w a s n o t a l lo we d Th r o u g h a n a ly s i s s t u d y ， we f o u n d t h a t o n l y t h e p a r t i a l r e p l a c e me n t me t h o d c o u l d b e u s e d f o r r e i n f o r c e me n t wit h o u t a f f e c t i n g t h e ma i n s t r u c t u r e Aft e r u n d e r p i n n i n g c o n s t r u c t i o n ， c o n c r e t e c o l u mn s h a d b e e n t e s t e d t o me e t t h e n a t i o n a l s t a n d a r d T h e a c c u mu l a t e d e x p e r ie n c e c a n p r o v id e r e f e r e n c e f o r s imil a r p r o j e c t s Ke y wo r d s ： s u p e r h ig h r i s e b u i ld i n g f r a me - t u b e s t r u c t u r e c o n c r e t e co l u mn u n d e r p i n n i n g r e i n f o r c e me n t fi n it e e l e me n t a n a l y s i s 1 工程概况 某工程为地下3 层 、地上4 7层的框筒结构高档住宅 ， 屋顶结构标高1 6 O m，底层 高4 6 0 m，标准层高3 3 0 m， 12 层 间有一夹层 ，夹层 高3 2 0 m，平面 长3 7 6 5 m，宽 2 0 2 0 m。1 8层以下柱混凝土强度C 6 0，梁板混凝土强度 C 3 0，地下3 层至地上4 层柱为劲性混凝土柱。 在主体结构施工至第 1 0 层时 ，对混凝土柱结构进行检 测 ，发现1 5 层部分墙柱 混凝土强度 不足，如果不采取 处 理措施可能会造成房屋安全隐患。 由于墙柱 混凝土强度 不足 ，主要补救措施 可采用拆 除 、加 固和托换等3种 方法进行施工 。 由于客观 条件 限 制 ，不允许采取加固处理 ，因此只能在不影响主体结构 的 情况下，用局部替换的方法进行施工。但是对于墙柱托换 施工而言 ，技术难度较大 ，且托换加固后能否保证结构 的 安全度达到理想效果均存在风险。 2托换方案设计 根据检测数据分析 ，托换混凝土墙柱的数量为1 9根， 作者简介：王文明 ( 1 9 7 9 一)，男，本科，工程师。 通讯地址：上海市嘉定区曹安公路3 0 5 5 号 ( 2 01 8 1 2 )。 收稿 日期：2 01 4 - 0 8 2 6 数量多 ( 图1) 。托换方案存在很大的风险，采用的支撑体 系设置毕竟和原来的结构不是一个整体 ，如果设计不 当， 将会给永久结构带来裂缝、变形或更大的事故。 由于混凝 土柱为劲性混凝土 ，拆 除柱时要整体替换 ，即核心区混凝 土也要替换 ，使本来固结的节点变成铰接 ，很容易形成机 动体系，引起失稳。 I 三 ) 延 延 三 = E 工 I l。 J I 1 l I 1 、 l I 一 8 1 r j 图1 15 层托换混凝土柱平面布置 2 1 临时支撑体系 假定支撑体系杆件与原结构连接均为铰接 ，在混凝土 凿除以后，由于钢筋相连 ，设 为铰接。且不考虑环梁等的 加固作用。临时支撑采用壁厚1 c m的c I o o mm钢管，拆除 支撑体系设计如图2 所示。 2 2 计算分析 采 用S AP 2 0 0 0 建立空间模型进行有 限元计 算分析 ， 2 o1 4 1 o Bui l d i I I g c。 ns 伽 l c 廿。 n I 1 l 2 5 - - 稀一 q l _ 霞 I 8 l I l I 一 焉 -一 I t k 盈 图2拆除支撑体系设计示意 梁 、柱 、混凝土墙 等均按照原设计尺寸 ，地上部 分的楼板 厚度统一按照1 2 O mm进行取值 ，恒载除结构 自重外另取 1 k N m ，施工活荷载按保守的1 k N m 取。托换使用的型 钢按照原始尺寸及加 固节点详图加到托换部位 ，并与原结 构 的连接按照铰接进行计算 ，原混凝土结构需要剔除的节 点在托换过程 中按照铰接进行计算。托换过程中，型钢采 用钢楔进行卸载 ，同时使得型钢预变形 ，并减少柱替换后 节点的变形。此部分荷载按照构件变形荷载加到构件中。 根 据 计 算 分 析 结 果 ，临 时 支 撑 钢 管 最 大 内力 为 5 6 0 k N，最大变形5 3 mm。 3 托换施工 3 1 托换施 工主 要措 施 托换施工顺序为 ：对拆除柱核对、标注一架设整体支 撑体系一混凝 土拆除一补加竖向钢筋一支模一浇筑混凝土 一养护一拆除模板、支撑 在托换施工中主要措施和要点如下： ( a) 首先对拆除柱核对、标注 ，对支撑位置进行放 线 ，测量有关现场数据 ，设置沉降观测点 ，检查安全防护 是否到位 ，如果不足，必须进行防护； ( b)安装顶撑层 时先将撑杆 和顶部锚板 焊接在 一 起 ，撑杆和下部锚板留有1 0 mm左右间隙，从间隙对称打 入钢楔 ，施加一定的项撑力，然后焊接下部劲板 ，并将钢 楔和锚板、撑杆焊接在一起。 ( c) 支撑层的 目的是要部分或全部抵消拆除柱的竖向 力 ，因此施加的顶撑力要适 中，并通过计算模拟选择千斤 顶 ；先将撑杆和顶部锚板焊接在一起 ，撑杆和下部锚板留 有5 mm左右间隙，启动千斤顶 ，根据所处的位置选择千斤 顶型号 ，顶撑到位后从间隙对称打入钢楔 ，最后焊接下部 劲板 ，并将钢楔和锚板、撑杆焊接在一起。 ( d) 对于同一榀框架2 根相邻柱需要拆除者，对中间 的混凝土梁应当支撑，确保整体性。 3 2 钢筋 凿除安装方案 ( a)柱中钢筋经过拆除适当受到损伤，因此所有箍筋 废弃，主筋保留，适当增加主筋数量 ，增加主筋的方法是 1 1 2 6 I 建 筑 施 工第 3 6 卷第 1 0 期 下部采取植筋锚入下部核心区，上部做9 O 。 弯钩插入项部核 心 区 。 ( b)在拆除梁混凝土钢筋时 ，主筋保留，箍筋能保 留尽量保留。在凿除混凝土时 ，因传力钢柱与柱边 间距 仅有2 O 3 0 c m，本次凿除范围考虑为离柱边各外扩1 O 2 0 c m o ( c ) 根据图纸钢筋数量 ，增加1 5 的纵向钢筋 ，即在 每侧柱边根据现场凿除情况在偏于植筋的位置补加1 2根 钢筋，总植筋数量不少于5 根。 ( d)因柱子箍筋废弃 ，考虑到劲性柱在梁柱节点 区 钢筋十分密集 ，在梁柱节点加密区重新加设箍筋时 ，外侧 环形箍筋分成两半，安装到位后再进行封闭。 ( e) 对于本工程的2根柱 ，在支撑 完毕 以后均可同 时拆除，但对于B 一 5 B A 柱 ，应 当先保留4 层柱顶端的核心 区，待下一层替换完毕 ，混凝土浇筑后7 d，再拆除顶端核 心 区 。 ( f)混凝土的浇筑应当提高一个强度等级 ，如果确 有柱子个别区域混凝土难以清除完毕，还需提高强度。 ( g) 拆 除混凝土时应 当遵循先易后难 ，确保内部型 钢和外部支撑不受扰动的原则用风镐进行拆除。 ( h)在梁柱节点区纵 向钢筋有截断的 ，按图集要 求 在搭接区焊接。 3 3混凝土浇筑方案 ( a) 混凝土采用预拌混凝土C 6 5 ，将泵送混凝土管安 装至工作面处，用人工辅助将预拌混凝土直接运输到位。 ( b) 浇筑梁、柱混凝土前 ，应将施工缝剔打整齐 、 顺直 ，清除施工缝处的松散石屑 、木渣及其他杂物 ，并浇 水充分润湿后，在施工缝处灌入一层与梁、柱混凝土同配 合比的水泥砂浆，方可浇筑混凝土。 ( c) 每个地方的混凝土堆积量不能过多，加强对混凝 土的振捣工作 ，若钢筋过密，可考虑采用 3 O mm的小直径 振动棒配合振捣。 ( d) 试件 的留置及混凝土的养护同标准层梁、柱 主 体结构。 4施工控制 4 1测点布置 ( a)沉降观测监测点布置在支撑结构上部 的楼层上 ， 观测参照点可以布置在拆除层的柱或墙上 ，但该点必须是 下部不需要替换的构件 ( 图3)； ( b) 撑杆轴力观测点布置在拆除层和其上一层。 4 2 观测要求 ( a)沉降观测应在支撑施加顶升力以前设置观测点 ， 监测主要在拆除全过程 ，拆除时每天观测3次 ，拆 除后每 ( 下转第1 1 3 2 页 ) ( b) 泵送过程中严禁向罐车中的混凝土加水。 ( C ) 混凝土底板在浇筑过程中，如果因特殊原 因形成 冷缝时，参照施工缝的要求 ，接缝采用与混凝土同级配的 水泥砂浆进行接缝部位的处理。 ( d)浇筑混凝 土后 ，应根据 水平控 制线用抹子 找 平、压实，以提高抗拉强度 ，减少收缩量。 ( e)混凝土试件的取样须在浇筑地点随机抽取。试 件拆模后 ，及时放入标养室养护 ，同条件养护混凝土试块 放置在相应结构构件附近 ，并做好相应的防护措施 ，防止 丢失与破坏。 (f)混凝土 到达现场 ，普 通混凝 土根据 天气 温度 情况 ，2 03 0。 C 坍落度为1 4 01 8 0 mm，3 0。 c以上气温 坍落度控 制在1 6 02 4 0 mm。高强混凝土坍落度为1 6 O一 2 4 0 mm。试验室当班人员按规定批量进行监测 ，如遇到天 气情况变化 ，则应及时调整砂石含水率等。 6 结语 高层 、超高层 建筑 在结构施工阶段需提前部署泵管 位置 ，以避免泵管位置在卫生间或与其他专业冲突。高 层、超高层泵管需选择高压泵管，壁厚结合 泵送高度、泵 送设备与混凝土厂家协商确认 ，防止施工过程中爆裂。泵 管支架需根据层高，在结构剪力墙钢筋绑扎阶段进行预埋 ( 2 0 0 mm2 0 0 mm，厚3 mm， 1 6 mm钢筋 )，日后再 用距埋件表面2 0 0 mm长型钢固定泵管。高空间布置泵管 时，需考虑泵管堵塞拆管检修操作平台。 在高层或超高层建筑施工中，清洗泵管也是难点及重 点 ，故建议在输送泵口设置截止阀 ，控制泵管清洗工作 ， 确保下次正常使用。 9 0 0 0 1 周爱军， 景玉春， 谢小松 超高层混凝土泵送施工技术 J 天津建 设科技 。 2 0 0 7 ( B 0 7 ) ：2 7 2 9 2 熊启发， 郎占鹏， 李瑞平 超高层混凝土泵送施工技术 建筑技 术 2 0 1 1 ( 2 ) ： 1 4 1 - 1 4 3 【 3 】 陈林， 张天琦 超 高层 混凝 土泵送技 术研 究 J 建筑机械 化， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 1 8 - 2 0 4 唐琳恒 超高层建筑混凝土框架核心筒结构设计几点方案 J J 山 东工业技术， 2 0 1 3 ( 1 5 ) ： 1 6 0 5 曹天 霞 上 海金茂 大厦混凝 土工程施 工技 术 J 】 施 工技 术， 1 9 9 9 ( 5 ) ： 2 8 3 0 【 6 】赵志缙， 赵帆 混凝土泵送施工技术 M】 北京： 中国建筑工业出版 社 2 0 0 0 ( 上接第1 1 2 6 页 ) 图3 钢管应力测点 天不少于1次 ，连续3 d 无明显变化时 ，可逐渐加大观测周 期 ，直至混凝土浇筑后3 d 为止； ( b)与原始观 测数据相 比 ，累计沉 降达 到2 5 mm 时，应当报警 ，沉降达到5 mm时，应当停止施工 ，加固支 撑体 系，并对其他支撑体系进行加固。 4 3 监测结 果 在施工过程 中，由专业人员对测点 的应力和位移进行 监控。根据实测 ，钢支撑最大应力为9 O 1 MP a ，实测最大 向上位移2 mm。表明在施工过程中对结构的内力和位移控 制是有效 的，且充分证明在托换施工中，整个结构体系安 全可靠。 1132 I 建 筑 施 工第 3 6 卷第 l 0 期 5 结语 采用加临时支撑钢管的方法对框架柱进行托换施工 ， 在柱混凝土拆除时 ，支撑内力和结构位移均有明显变化。 因此施工过程应加强监测，并采取相应的安全措施，确保 施工安全顺利进行。在进行框架柱施工时，必须经过详细 的有限元计算分析 ，为托换施工提供理论支撑 ，确保托换 施工万无一失。本项 目框架柱托换施工的顺利进行为混凝 土柱强度不足的处理方法提供 了可靠的借鉴经验。 0 0 0 0 叶军献， 祝 昌暾， 黄成 墙柱混凝土托换补强施工技 术 J 工业建 筑 2 0 0 7 ( 5 ) ： 1 0 6 1 0 9 宋 中南 我 国建筑加 固修复业技 术现 状与发展 对 策 J 混凝 土， 2 0 0 2 ( 1 0 ) ： 1 0-1 1 杨国松， 托换技术在加 固中的应用【 J 】 浙江建筑， 2 0 0 8 ( 2 5 ) ： 2 0 - 2 2 ，2 7 郑文忠， 周威， 王英 哈 尔滨商业幼儿 园托换改造设计 J 低温建 筑技 术， 2 0 0 2 ( 4 ) ， 1 6 1 7 史铁花， 薛彦涛， 钟聪 明 托承重砖墙换组合截面梁柱改造法 J _ 工程抗震与加 固改造， 2 0 0 4 ( 5 ) ：4 0 4 2 赵晖， 张亚梅， 明静 海工码头结构混凝土耐久性检测与评估 水利水运工程学报， 2 0 1 3 ( 1 0 ) ：5 4 - 6 0