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1、型钢混凝土柱超高模板[摘要]超高清水型钢混凝土柱的施工工艺主要体现在模板工艺上,选择合理的模板体系进行模板设计、施工是超高清水型钢混凝土柱施工的关键环节。详细介绍了国家体育馆工程超高清水型钢混凝土柱木制大模板施工技术的应用。[关键词]型钢混凝土柱;超高模板;清水混凝土;一次浇筑 国家体育馆作为奥林匹克公园核心区的三大比赛场馆之一,是第29届北京奥运会的主要比赛场馆,届时将承担体操、手球和轮椅篮球的比赛任务;其建筑面积80 890m2,设有18 000个固定座席,2 000个活动座席,赛时可容纳20 000名观众;建成后将成为国内规模最大的室内体育场馆(见图1)。国家体育馆主体结构采用
2、了型钢混凝土框架-钢支撑-框架剪力墙相结合的混合型结构,其中型钢混凝土框架作为一种较新颖的结构体系在本工程得到了广泛的应用。设计于比赛场馆及热身场馆外框架的78根型钢混凝土柱将做为最重要的结构受力构件承受来自钢屋架和看台板传递的荷载,型钢柱截面尺寸有1 400mm×700mm、1 400×900mm、1 400×1 400mm、1 600×700mm、1 600×1 400mm、1 800×1 400mm六种;柱内型钢钢骨呈“十”字和“王”字形;柱子主筋直径粗、数量多(最多达60 32),箍筋及拉钩分布密集;混凝土强度等级为C50(首层),C40(2层及2层以上);柱子高度变化大(从9
3、·2~13·5m);柱子施工层高且与周边楼层连接很少,4个角部观众大厅部位的柱子与楼层没有任何连接,从首层拔地而起直接伸向屋顶。这些结构特点,决定了模板方案选择的复杂性和重要性。1 模板方案选择本工程型钢混凝土柱施工主要特点及难点是柱子一次性施工层高(最大施工高度达到了13·5m)且混凝土外观质量要达到免装饰清水混凝土效果,在综合考虑了质量、进度、安全、效益等多方面的因素后,我们提出了以下3种技术方案进行了对照比较,通过专家论证,以确定最科学合理的技术方案。1)方案1 使用定型钢模板对13·5m高型钢混凝土柱一次性浇筑。该方案的优点在于利用了钢模板自身刚度好,尺寸精确的特点,对超高柱模
4、板安装工序简单,对混凝土成型质量控制有较大的把握;缺点在于由于本工程型钢柱高度及断面尺寸变化多,非标准模板加工量太大,无法周转使用,成本上投入太大,且由于塔吊吊力的限制,部分钢模无法吊运。2)方案2 使用木模板分两次浇筑施工。该方案的优点是将超高柱施工分成两次进行,减小了模板安装高度,混凝土浇筑高度,混凝土侧压力对模板变形的影响可以得到很好的控制;缺点在于本工程型钢混凝土柱外观质量均要求达到免装饰清水混凝土效果,如若分两次浇筑施工缝接茬部位的混凝土质量不易控制,混凝土存在色差,且前后两次浇筑在垂直度控制方面难度较大,不易达到清水混凝土要求。3)方案3 使用双层木模板一次性浇筑施工。该方
5、案的优点在于利用了木模板成本低廉、加工制作简单的特点,一次性浇筑混凝土对混凝土柱的成型质量无论是垂直度、平整度还是表面观感都可满足清水混凝土的要求;缺点在于使用木模板一次浇筑自密实混凝土最大高度达13·5m,在以往工程中还没有先例,第1次采用这种施工技术,难点很多,需要承担很大的技术风险。根据本工程自身特点,我们进行了反复比较论证,最终确定选择方案3做为超高型钢柱施工技术方案。2 自密实混凝土侧压力的确定2·1 现场模拟试验确定混凝土侧压力值普通混凝土侧压力最大值可按下式计算,取较小值。F=0·22γc(200/T+15)β1β2V1/2(1)F=γcH(2) 而本工程采用高流态的自
6、密实混凝土,其对模板的侧压力相比普通混凝土要高出很多,但又达不到纯液态时的程度,因此我们在采用公式(2)计算侧压力时假定一个折减系数,计算公式相应变为F=αγcH,如测出α的数值就可得知采用自密实混凝土浇筑时产生的侧压力值大小,因此α值的确定对模板设计显得尤为关键。通过查阅相关文献资料,自密实混凝土对模板的侧压力与混凝土坍落扩展度、浇筑速度、浇筑方式等密切相关,目前并无统一的计算方法。为了测得本工程的型钢柱混凝土侧压力值,我们在现场选定3根有代表性的柱进行自密实混凝土浇筑侧压力测试,在不同标高共埋设了9个压力传感器,获得典型浇筑(混凝土扩展度500~700mm、浇筑速度6·25m/h、
7、采用30振捣棒、环境温度10℃、初凝时间6~8h)时测试压力值与理论静态压力值(γcH),沿柱高分布如图2所示。综合测试结果分析,自密实混凝土浇筑时对模板产生的侧压力最大值未超过理论静态压力值(γcH),二者的比值在0·5~0·6;浇筑、振捣产生的压力波动值在5·5~7·5kPa;浇筑至约6m高度时,压力值出现明显的拐点,测试值与理论值趋同。2·2 模板设计以单次浇筑高度最大(13·5m)的XGZ3-11(700mm×1 600mm)为例计算
