鋼筋混凝土內支撐替代地下室結構柱的可行性分析及其施工技術

徐小勇 唐 凱 王志龍

江西建工第二建筑有限責任公司 江西 南昌 330001

1 工程概況

江西建工第二建筑有限責任公司研發中心工程位于江西省南昌市，地下2層，地上20層，地下室長76.8 m，寬69.5 m，地下室結構體系為框架結構，上部結構體系為框架-剪力墻結構；抗震設防烈度為6度，耐火等級1級；地下室混凝土抗滲等級為P8，地下室防水等級1級。地下2層層高為4.2 m，地下1層層高為3.9 m，頂板標高為－2.10 m。

基坑為矩形，鋼筋混凝土內支撐分布于四角，桿件中心標高為－4.00 m。

2 技術方案

2.1 方案概述

首先選定地下室結構柱及鋼筋混凝土內支撐段，于鋼筋混凝土內支撐澆筑時埋設連接件，地下室施工階段于選定地下室結構柱位置處預埋連接件，之后對鋼筋混凝土內支撐進行切割并鑿除端部混凝土，露出錨固鋼筋，作為替代柱替代選定的地下室結構柱進行安裝，柱底部采用焊接連接，上部與頂板結構整體澆筑。

2.2 對象選型

施工前，根據鋼筋混凝土內支撐設計及地下室結構，選定地下室結構柱及鋼筋混凝土內支撐段（圖1）。

2.2.1 ?選擇要求

1）鋼筋混凝土內支撐段截面尺寸應與地下室結構柱相同。

圖1 鋼筋混凝土內支撐平面示意

2）鋼筋混凝土內支撐段縱向受力配筋面積應大于地下室結構柱縱向受力配筋面積。

3）鋼筋混凝土內支撐段混凝土強度等級應與地下室結構柱相同。

4）選擇地下室結構柱時，應選用純地下室的結構柱，且應選擇中柱。

5）選擇鋼筋混凝土內支撐段時，應根據地下室層高、梁高及錨固鋼筋長度確定允許最小長度（h1＋h2）。

2.2.2 ?工程選型

1）工程中所選擇的地下室結構柱為地下1層柱KZ1（圖2），設計為C35混凝土，HRB400級鋼筋。

2）工程中所選擇鋼筋混凝土內支撐段LXL（圖3），設計為C35混凝土，HRB400級鋼筋。

2.3 安裝大樣

1）預埋件連接采用角焊縫焊接，焊條采用E43型焊條，焊腳尺寸10 mm，長度由計算確定。

2）鋼筋混凝土內支撐段長度h1為選定位置層高減去梁高，錨固鋼筋長度h2應滿足柱頂部錨固長度要求，以便與地下室頂板進行整體澆筑。本工程中為頂板梁高加12d（d為鋼筋直徑）并減去板面保護層厚度（圖4）。

圖2 地下室結構柱截面

圖3 鋼筋混凝土內支撐段截面

圖4 柱安裝剖面示意

3）鋼筋混凝土內支撐段兩端均設置箍筋加密，加密區長度及配筋應與選定地下室結構柱設計相同。

2.4 預埋件大樣

預埋鐵件采用Q235級鋼，焊接采用角焊縫焊接，焊條采用E43型焊條，焊腳尺寸8 mm（圖5、圖6）。①號預埋件中，中心孔洞直徑d宜取250～300 mm。

圖5 ①號預埋件大樣

圖6 ②號預埋件大樣

3 可行性分析

鋼筋混凝土內支撐為壓彎構件，而地下室結構柱同樣為壓彎構件，故切割鋼筋混凝土內支撐段作為柱構件替代地下室結構柱，理論上可行。

由于所選擇的鋼筋混凝土內支撐截面尺寸與所替代的地下室結構柱截面尺寸、混凝土強度等級均相同，且縱向受力筋配筋面積大于地下室結構柱配筋面積，故可不對其抗壓承載力進行計算。

為了降低鋼筋混凝土內支撐替代地下室結構柱對上部結構及外墻造成的影響，故選擇地下1層純地下室結構柱，且應選擇中柱。

按選定的結構柱箍筋加密設計于內支撐兩端作箍筋加密處理，既為滿足原地下室結構柱設計需要，同時可對混凝土施加約束，避免鋼筋混凝土內支撐切割及鑿除柱頂混凝土時導致的構件開裂、破壞。加密區長度及配筋應與選定地下室結構柱設計相同。

替代柱上部鑿除混凝土、露出錨固鋼筋，與上部結構整體澆筑，以保證結構的整體性與穩定性。

替代柱柱底采用焊接連接，通過原設計中地下室結構柱的混凝土強度、配筋設計等可計算其柱腳節點彎剪承載力設計值，并以此為依據計算柱腳節點預埋件焊縫。

4 主要施工技術

2）在鋼筋混凝土內支撐澆筑前，于底端位置埋設預埋件和用以起吊的吊環預埋件；在澆筑完成后做好標記以便保護。鋼筋混凝土內支撐段兩端應按選定的結構柱柱箍設計設置箍筋加密，避免切割時損傷端部混凝土。

3）地下室結構施工至地下1層板時，澆筑前在替代柱位置做好預埋工作，預埋位置必須準確，平整度符合要求。

4）采用SKSD型大型鋼線繩混凝土切割機對鋼筋混凝土內支撐段進行切割，切割前應搭設鋼管支撐架，并確保支撐橫桿與內支撐段底面充分接觸。切割時應保證長度和結構的完整。

5）鋼筋混凝土內支撐段切割后，采用空壓機、風鎬鑿除其頂部混凝土露出錨固鋼筋，以與上部結構連接并整體澆筑。鑿除頂部混凝土后應對鋼筋上附著的混凝土仔細清理，現澆連接面混凝土應鑿毛。

6）放樣出替代柱中心線和邊線，將切割下的鋼筋混凝土內支撐段吊裝到位，鋼筋混凝土內支撐段安裝接觸面應清理干凈后再進行吊裝。替代柱就位后進行定位復測，用經緯儀法校正替代柱的垂直度，確認定位無誤、垂直度滿足要求后進行預埋件的焊接連接，焊接質量應滿足國家相關規范標準要求[1-2]。

7）上部結構整體澆筑前，應潤濕混凝土接觸面。

4.1 施工質量控制措施

1）鋼筋混凝土內支撐施工時應采取措施保證其質量，避免產生會影響到其受力性能的質量缺陷。

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2）預制件切割后應及時吊裝，外露鋼筋應采取防彎折措施。

3）焊縫檢查應采用外觀檢查和超聲波探傷檢查相結合的方式，在焊后24 h檢測。

4）焊縫驗收后應對暴露在空氣中的預埋件及焊縫涂抹2道紅丹防銹漆，涂漆前應進行除銹處理。

4.2 施工安全控制措施

1）切割鋼筋混凝土內支撐段時應對操作人員進行安全交底，施工過程中嚴格執行安全操作技術規范并采取防護措施，避免不當操作導致的安全事故。

2）鋼管支撐架應經過合理計算，有足夠的承載力、剛度、抗傾覆能力，遇支撐柱應抱柱。高空作業人員必須佩帶安全帶。

3）鑿除替代柱頂部混凝土時，施工人員應嚴格執行安全操作技術規范并采取防護措施。

4）吊裝時，應注意：

① 使用合格的起重作業人員，且須進行嚴格的安全技術培訓。

② 吊裝前應對吊裝機具進行安全檢查。

③ 避免超載吊裝，嚴控吊裝作業環境。

④ 高空作業人員必須佩帶安全帶。

⑤ 嚴格執行安全操作技術規范。

5 結語

本文研究的鋼筋混凝土內支撐替代地下室結構柱技術，實現了對內支撐支護結構的二次利用，具有節約資源、降低成本、縮短工期、減少建筑垃圾等技術經濟特點，為高效、經濟地實現混凝土的綠色施工提供了一條全新的思路，推廣應用前景廣闊，社會和經濟效益顯著。