鋼管束組合結(jié)構(gòu)樓板反向支撐體系施工研究

張 黎，李芒原，曹維存，喬海洋，夏忠安

（中建七局第一建筑有限公司，北京 102600）

0 引言

鋼管混凝土束組合結(jié)構(gòu)作為新型結(jié)構(gòu)形式已在多地高層住宅領(lǐng)域展開推廣應用。該結(jié)構(gòu)體系鋼管束墻體單節(jié)構(gòu)件高度為3層，單節(jié)施工完成即為3層結(jié)構(gòu)施工完成，由于結(jié)構(gòu)體系限制，3層樓板施工進度成為整體鋼結(jié)構(gòu)施工進度的關(guān)鍵因素[1]，本文選取河南省駐馬店市上蔡縣某高層住宅項目作為研究對象，進行樓板支撐體系設計及施工研究。

1 工程概況

該項目總建筑面積約17萬m2，共計10棟高層住宅，結(jié)構(gòu)類型為鋼管混凝土束組合結(jié)構(gòu)，地下2層，地上27層～31層。樓板設計為鋼筋桁架樓承板+底部獨立支撐，樓面面積約15萬m2。

通過對同類別項目考察及現(xiàn)場施工情況分析，鋼筋桁架樓承板+底部獨立支撐體系受限于獨立支撐體系，無法滿足3層樓板同時作業(yè)需求，進而導致整體鋼結(jié)構(gòu)施工間歇周期長，無法形成流水作業(yè)，致使工期較長。同時針對毛坯交付標準的商品房，鍍鋅板材底模拆除后，頂板局部呈現(xiàn)錯臺效果，需二次處理。

鑒于鋼筋桁架樓承板+底部獨立支撐體系在鋼管束組合結(jié)構(gòu)體系施工中存在的不足之處，需研制出一款安拆方便、成本低、可實現(xiàn)3層樓板同時作業(yè)的支撐體系，研發(fā)人員通過文獻調(diào)研和試驗驗算，設計出“鋼管束組合結(jié)構(gòu)樓板反向支撐體系”，可有效縮短工期且安裝便捷、安全可靠，頂板成型效果好，可達到免抹灰效果。

2 特點及應用范圍

2.1 技術(shù)特點

與傳統(tǒng)鋼筋桁架樓承板+底部獨立支撐體系相比，鋼管束組合結(jié)構(gòu)樓板反向支撐體系優(yōu)勢顯著，具體體現(xiàn)在以下方面。

1）節(jié)約施工周期

該體系底部無獨立支撐，3層樓板可實現(xiàn)同步錯層施工，施工周期短，進而加快整體鋼結(jié)構(gòu)施工進度。

2）質(zhì)量效果顯著

該體系拆模后，頂板成型效果顯著，達到免抹灰效果。

3）施工過程簡單、可操作性強

該支撐體系中桁架梁、支撐立柱的原料為角鋼、螺栓等，易于就地取材，加工、安裝過程簡單易行，所耗費工時短，加工及安裝精度過程控制難度系數(shù)低。

4）周轉(zhuǎn)效率高

每棟單體配置3層支撐體系，標準層及非標層均可應用，即可保證整體工程至封頂均能滿足施工要求。

5）節(jié)約施工成本

主要體現(xiàn)在：①節(jié)省傳統(tǒng)鍍鋅板材底模費用及獨立支撐租賃費用；②節(jié)省頂板拆模后二次處理費用；③周轉(zhuǎn)率高，配置3層即可實現(xiàn)整體運用。

2.2 應用范圍

鋼管束組合結(jié)構(gòu)樓板反向支撐體系適用于結(jié)構(gòu)類型為鋼結(jié)構(gòu)住宅工程及工業(yè)建筑樓板支撐。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

反向支撐體系設計→安全性驗算→反向支撐體系制作加工→反向支撐體系安裝→驗收→反向支撐體系拆除。

3.2 反向支撐體系設計

反向支撐體系主要由4部分組成：角鋼桁架梁、可調(diào)節(jié)支撐立柱、次龍骨及面板組成。從安全、經(jīng)濟、實用的角度進行設計，反向支撐體系具體設計參數(shù)如下。

1）角鋼桁架梁

角鋼桁架梁由主梁和次梁焊接形成，主梁采用L50 mm×50 mm×4 mm角鋼、次梁采用L40 mm×40 mm×3 mm角鋼。兩端伸出100 mm焊接套管與支撐立柱連接，詳見圖1。

圖1 角鋼桁架梁（mm）

角鋼桁架梁沿樓板長跨方向進行布置，首道角鋼桁架梁距離結(jié)構(gòu)H型鋼梁邊的間距≤400 mm，桁架間距按照≤1 300 mm布置，當開間＞3 600 mm時，間距≤1 000 m。

2）可調(diào)節(jié)支撐立柱

支撐立柱由立柱+墩板+加強板+螺母組成，立柱采用直徑24 mm圓鋼立柱外撤絲形成，底部墩板及兩側(cè)加強板均采用厚度為8 mm的Q235鋼板，加工后與立柱焊接。由于H型鋼梁的梁高不同，因此設定立柱高度共計4種規(guī)格，立柱直徑均為24 mm，立柱高度H分別為200 mm，280 mm，400 mm，500 mm，詳見圖2～圖3，表1。

表1 支撐立柱規(guī)格適用范圍 mm

圖2 可調(diào)支撐立柱（mm）

圖3 支撐立柱與桁架梁連接節(jié)點

支撐立柱布置原則同角鋼桁架梁，支撐立柱放置在H型鋼梁下翼緣上，H型鋼梁最小翼緣尺寸為130 mm寬，滿足要求。但遇到鋼管束墻體處，無支撐點，需在鋼管束墻體上焊接支撐點（由鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)在車間加工），支撐點焊接長度200 mm的角鋼L75 mm×75 mm×5 mm，四周與鋼管束墻體滿焊。

3）次龍骨

次龍骨采用48 mm×48 mm鋼木龍骨，間距200 mm垂直于角鋼桁架梁均勻布置，次龍骨接頭采用搭接形式，且搭接接頭中心位于角鋼桁架梁之上。

4）面板

面板采用15 mm厚塑料模板。

3.3 反向支撐體系安全性驗算

1）荷載

如圖4～圖5所示，恒荷載:樓板自重+施工措施+桁架荷載=25 kN/m3×0.12 m+0.8 kN/m2+0.15 kN/m2=3.95 kN/m2（計算取值6.5 kN/m2，分項系數(shù)1.3）。

圖4 截面圖（mm）

活荷載:2.0 kN/m2（計算取值2,分項系數(shù)1.5），如圖6所示。

圖6 活載圖（kN）

施工荷載：1.0 kN/m2，不與活荷載一塊組合(恒荷載已加大)。

通過計算驗算，撓度位移及應力計算滿足要求，詳見圖7。

圖7 恒載（標準值）+活載節(jié)點位移圖（mm）

2）結(jié)構(gòu)H鋼梁計算

桁架作用下H型鋼梁下翼緣計算：恒載取值6.5 kN/m2，分項系數(shù)1.3,6.5 kN/m2×1.3=8.45 kN/m2。線荷載為8.45 kN/m，支座集中力F=8.45 kN×4/2=16.9 kN，驗算下翼緣應力滿足要求。

同時進行梁整體計算，H型鋼梁梁長6.1 m，梁上線荷載q=8.45 kN/m考慮彎矩（計算時恒載分項系數(shù)取值1.3，考慮其安全性，安全系數(shù)取值1.4），作用在下翼緣每米一個集中荷載16.9 kN，計算梁受彎矩、受扭情況，整體驗算滿足要求，如圖8所示。

圖8 H型鋼梁整體計算荷載分布

3.4 反向支撐體系制作加工

角鋼桁架梁＞4 m，需起拱，起拱高度為梁高的0.2%。角鋼桁架梁、可調(diào)支撐立柱下料切割尺寸偏差見表2。構(gòu)件焊接為角焊縫，焊縫表面無裂紋、無焊瘤、無焊渣、無氣孔、無飛濺物、無弧坑等，角焊縫允許偏差見表3[2]。

表2 角鋼桁架梁、可調(diào)支撐立柱下料切割尺寸允許偏差mm

表3 角焊縫允許偏差 mm

3.5 反向支撐體系安裝

工藝流程：施工準備（施工放樣）→按照編號分片吊裝→支撐立柱安裝→角鋼桁架梁安裝→校正→次龍骨鋪裝→模板安裝→驗收。

1）施工準備

在四周鋼管束墻體及鋼柱上標識1 m線，用于標高復測和桁架梁校正。在H型鋼梁上標識出桁架梁位置，用于安裝支撐立柱及桁架梁。

施工前作業(yè)層周邊臨邊防護均應全部防護到位，并經(jīng)驗收合格。

2）分片吊裝

吊裝過程中應注意避免桁架梁與樓層H型鋼梁碰撞、同時應輕吊輕放，避免造成桁架梁變形，影響頂板水平度。

3）可調(diào)支撐立柱安裝

預先在H型鋼梁下部翼緣板安裝支撐立柱，頂托采用螺母螺栓，且螺栓應垂直并保持軸心受力，根據(jù)標高標識點對頂托進行預調(diào)平。遇鋼管束墻體處時，在墻體上焊接200 mm長75 mm×75 mm×5 mm角鋼作為支撐立柱支撐點。支撐立柱必須完全位于支撐點上，不得存在偏心、偏位等現(xiàn)象。

4）角鋼桁架梁安裝及校正

角鋼桁架梁兩端安裝于支撐立柱上方，利用套管與立柱連接，桁架距離梁邊的間距≤400 mm，桁架間距≤1.3 m，且開間＞3.6 m時，桁架間距≤1.0 m。根據(jù)標高標識點采用激光水平儀+塔尺進行定位，通過支撐立柱上螺母進行調(diào)節(jié)，達到設計標高后，扭緊螺母固定牢固，每跨桁架底部采用2根Φ48 mm的鋼管進行水平連接，保證桁架側(cè)向穩(wěn)定。如圖9所示。

圖9 可調(diào)支撐立柱及角鋼桁架梁安裝

5）次龍骨安裝

采用48 mm×48 mm鋼包木作為次龍骨，間距200 mm均勻布置，次龍骨接頭采用搭接形式，且搭接接頭中心位于角鋼桁架之上。

6）模板安裝

采用厚度為15 mm的塑料模板拼裝固定在次龍骨上，并涂刷脫模劑。模板安裝要遵守施工規(guī)范和工藝標準，確保模板與軸線位置、標高、垂直準確，支撐牢固穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸準確，不跑模、不漲模、拼縫嚴密、不漏漿、不錯臺，不位移、不變形，如圖10所示。

圖10 校正驗收

3.6 反向支撐體系拆除

工藝流程：拆除底部水平連接桿→下調(diào)支撐立柱螺母→分段拆除角鋼桁架梁→分段分片拆除次龍骨及模板→材料碼放、維護→周轉(zhuǎn)。

1）反向支撐體系拆除時間以樓板試塊強度報告為準，樓板強度測定板跨度≤8 m要求達到75%，懸挑構(gòu)件及板跨度＞8 m要求達到100%[3]。

2）拆除過程中應先下調(diào)支撐立柱頂板螺旋進行角鋼桁架梁卸載，然后分片依次拆除。不允許一次性全部拆除，否則易造成模板及龍骨脫落，材料破損，且存在安全隱患。

4 質(zhì)量控制要點

質(zhì)量控制標準見表4～表5。

表4 現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板安裝的允許偏差[4]

表5 角鋼桁架梁搭設的允許偏差 mm

模板的起拱應符合現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》的規(guī)定及設計要求?？缍龋? m時，按照2‰起拱。脫模劑不得影響結(jié)構(gòu)性能及裝飾施工，不得沾污鋼筋和混凝土接槎處。立柱螺母及墊片應確保牢固穩(wěn)定（底部墩板順結(jié)構(gòu)梁長向安裝）。

5 結(jié)語

在項目中設計研究的鋼管束組合結(jié)構(gòu)反向支撐體系，通過理論驗算、實際施工檢驗，該體系安全可靠。設置的反向支撐體系得益于整體結(jié)構(gòu)受力特點，底部無支撐，3層樓板同時施工，效率高，縮短施工周期。該技術(shù)為鋼管束組合結(jié)構(gòu)樓板支撐體系開拓了新領(lǐng)域，所有構(gòu)件均為工廠生產(chǎn)，現(xiàn)狀拼裝，減少現(xiàn)場廢料產(chǎn)生，綠色環(huán)保。同時其周轉(zhuǎn)效率高，可改造價值高，其結(jié)構(gòu)形式可應用于鋼結(jié)構(gòu)、臨時料場等多區(qū)域?qū)嵤茝V價值高。