李 斌， 常東明， 楊建斌， 劉 申

（1．安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230022；2．中國十七冶集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 243000）

大量工程實(shí)踐表明，構(gòu)造柱對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的提高起著不容忽視的作用，這種情況在多高層結(jié)構(gòu)體系中表現(xiàn)的尤為突出［1］。構(gòu)造柱在結(jié)構(gòu)體系中雖然不作為主要受力構(gòu)件，但是通過與圈梁、框架梁的可靠連接使砌體結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的受力整體、限制砌體裂縫的展開、延緩或阻止砌體倒塌而明顯增強(qiáng)了建筑物的抗震性能。有鑒于此，非常有必要研究構(gòu)造柱的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量。目前，針對(duì)我國新型農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)的趨勢(shì)有學(xué)者研究出了一種裝配式構(gòu)造柱新技術(shù)，其特點(diǎn)是圈梁和構(gòu)造柱由特制的預(yù)制塊砌筑而成，將傳統(tǒng)圈梁和構(gòu)造柱的現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工工藝改變?yōu)橐云鲋橹鞯氖┕すに嚕@種新技術(shù)雖然能滿足抗震性能要求，但是在高層建筑結(jié)構(gòu)中仍然不能與現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)造柱抗震性能相比［2］。

近年來，隨著混凝土頂升施工技術(shù)的不斷發(fā)展，與之相關(guān)聯(lián)的技術(shù)也得以不斷出現(xiàn)［3］，本文根據(jù)混凝土頂升技術(shù)開發(fā)出的免振搗自密實(shí)混凝土構(gòu)造柱施工工藝，設(shè)計(jì)出特定的模板體系，這種模板體系能夠滿足頂升免振搗混凝土澆筑過程中對(duì)模板的剛度、強(qiáng)度要求。

1 傳統(tǒng)構(gòu)造柱施工存在的問題

傳統(tǒng)構(gòu)造柱混凝土澆筑方法采用立體澆筑方式，在模板支撐體系完成后由模板上部側(cè)面入料口處灌入混凝土，分層澆筑，分層振搗，直至完成混凝土澆筑施工。該種施工工藝存在以下問題。

（1）混凝土振搗不充分?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中的構(gòu)造柱混凝土澆筑是在填充墻砌筑完畢后進(jìn)行，由于構(gòu)造柱與填充墻位置有呈“T”型、“L”型、“十”字型布置，混凝土澆灌、振搗操作空間受到限制，混凝土入模后易產(chǎn)生:振動(dòng)器插入柱腔內(nèi)，不易移動(dòng)，形成過振現(xiàn)象，造成混凝土離析；插入深度不夠，形成漏振，致使混凝土振搗不充分，產(chǎn)生混凝土外觀質(zhì)量缺陷；插入式振動(dòng)器無法插入構(gòu)造柱內(nèi)進(jìn)行混凝土振搗，便通過模板外側(cè)或墻體傳振，致使混凝土振搗不充分等。

（2）構(gòu)造柱混凝土外觀成型質(zhì)量不穩(wěn)定。按目前常規(guī)的構(gòu)造柱施工工藝，構(gòu)造柱混凝土外觀成型質(zhì)量由于施工中諸多因素影響，普遍存在疏松、裂紋、蜂窩、漏漿、孔洞等質(zhì)量缺陷，甚至出現(xiàn)露筋現(xiàn)象。

（3）模板損耗大，施工成本高。構(gòu)造柱與填充墻位置呈“一”型、“L”型、“T”型、“十”字型等，一般采用留設(shè)腳手眼穿鋼管支模法、“步步緊”加固模板施工法、鉆孔開眼加固模板法等，常用木模板或組合鋼模板安裝，由于模板、模板外楞、緊固件等不斷裝拆，模板損耗大，施工成本高。

（4）構(gòu)造柱頂與梁（板）連接不密實(shí)。目前的施工工藝在構(gòu)造柱模板頂端30－40cm范圍內(nèi)留混凝土入?？?，混凝土澆筑至此后，將混凝土填實(shí)至梁底，不振搗，待拆模后，梁底的縫隙用細(xì)石混凝土塞實(shí)。因此構(gòu)造柱頂端30－40cm范圍內(nèi)混凝土密實(shí)度較差。甚至?xí)霈F(xiàn)粉刷后開裂現(xiàn)象。

（5）構(gòu)造柱施工功效低。構(gòu)造柱混凝土施工由安裝模板——安裝緊固件——澆筑混凝土——拆除緊固件——拆除模板——梁底塞實(shí)混凝土等工序完成，通常一個(gè)構(gòu)造柱有2個(gè)木工、2個(gè)混凝土工、1－2個(gè)小工組成，每天能完成3－5個(gè)構(gòu)造柱，因此構(gòu)造柱施工效率低，勞動(dòng)力成本高，并且浪費(fèi)材料，施工成本高。

2 泵送頂升免振搗構(gòu)造柱模板設(shè)計(jì)

構(gòu)造柱泵送頂升免振搗混凝土施工方案順利實(shí)施的關(guān)鍵取決于設(shè)計(jì)模板能否滿足在泵送頂升混凝土澆筑過程中時(shí)變荷載作用下的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性等要求。

2．1 模板材料選擇

（1）進(jìn)料管:選用鋼管，總長(zhǎng)370mm（水平投影），外徑80mm，壁厚4mm，端部100mm直管，局部設(shè)37°等直徑彎管。

（2）底座鋼模板:選用鋼模，按構(gòu)造柱尺寸制作高600mm、寬450mm，進(jìn)料管與前側(cè)鋼模板焊接成整體，前側(cè)鋼模板上特定位置設(shè)有一寬12mm，長(zhǎng)170mm止回閥手柄滑動(dòng)軌道，前側(cè)鋼模板通過四根對(duì)拉螺栓與另一側(cè)鋼板拉緊。

（3）止回閥:長(zhǎng)360mm，厚5mm，鋼板前端為半徑為60mm的半圓，后端為長(zhǎng)300mm、寬120mm的矩形，鋼板四周邊緣打磨成半徑為5mm的圓弧狀。

（4）上部組合模板:選用木模板，高600mm，寬444mm，厚20mm；木模板外包3mm厚鐵皮并嵌入鐵皮（高600mm，寬450mm）凹槽內(nèi)，鐵皮面相向，通過2根角鋼（高600mm，寬50mm）和7根對(duì)拉螺栓固定前后側(cè)模板。最后一塊組合模板的木模板、鐵皮以及角鋼高度視實(shí)際情況而定。

（5）泄壓管:選用鍍鋅鐵皮。

（6）對(duì)拉螺栓:選用 M12螺紋鋼，材質(zhì)為Q235鋼。

（7）外鋼楞:選用等邊角鋼，尺寸為50mm×50mm，高600mm，壁厚3mm。

模板體系大樣圖、模板上部泄壓管分別如圖1、圖2所示。

2．2 模板體系構(gòu)造

底座鋼模板在構(gòu)造柱馬牙槎最底部，組合木模板在底座鋼模板上部，前后兩側(cè)底座鋼模板和前后兩側(cè)組合木模板通過對(duì)拉螺栓連接拉緊，其中，螺栓間距為29cm，組合木模板頂端的前側(cè)設(shè)有泄壓管，底座鋼模板的前側(cè)設(shè)有進(jìn)料管和止回閥，分別如圖3、圖4所示。

圖1 模板體系大樣

圖2 泄壓管大樣

圖3 進(jìn)料管大樣

2．3 模板體系安裝

在模板安裝之前要先檢查驗(yàn)收砌體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，要求構(gòu)造柱兩側(cè)砌筑強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值80%以上，一般至少砌筑完成14天。要求鋼筋綁扎整齊、每個(gè)接頭都采用鐵絲綁扎牢固，柱底清理干凈，底部平整［4］。

圖4 止回閥大樣

安裝模板時(shí)，首先沿構(gòu)造柱磚墻邊緣粘貼雙面膠貼條，然后安裝底座鋼模板、上部組合模板，底部采用對(duì)拉螺栓連接，上部組合模板、接縫處采用角鋼和對(duì)拉螺栓拉緊，使模板與墻面結(jié)合處密實(shí)，最后，檢查校正模板平整度、垂直度，將進(jìn)料口與泵管連接。

3 泵送頂升免振搗構(gòu)造柱安全性驗(yàn)算

3．1 混凝土側(cè)壓力

混凝土的澆筑速度與混凝土初凝時(shí)間是影響泵送新澆混凝土對(duì)鋼模板側(cè)壓力的兩個(gè)主要因素。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》，新澆筑混凝土作用于模板上的最大側(cè)壓力可按照下列2個(gè)公式計(jì)算得出，并取兩者中的較小值［5－6］。

式中，F(xiàn)——新澆筑混凝土的最大側(cè)壓力（KN／m2）；

V——混凝土的澆筑速度（m3／h）；

H——混凝土側(cè)壓力計(jì)算處至新澆筑混凝土頂面的高度（m）；

β1——外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1．0，摻加具有緩凝作用的外加劑時(shí)取1．2；

β2——混凝土坍落度修正系數(shù)，當(dāng)坍落度小于30mm時(shí)，取0．85；坍落度在50～90mm范圍時(shí)，取1．0；坍落度在110～150mm范圍時(shí)，取1．15；

γc——混凝土密度（KN／m3）；

t0——新澆筑混凝土初凝時(shí)間（h），當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，可采用公式t0＝200／（T＋15）計(jì)算，其中T為混凝土溫度。

根據(jù)泵送頂升免振搗混凝土澆筑的相關(guān)規(guī)定及資料，取v＝0．009m3／s，H＝2．4m，β1＝1．2，β2＝1．5，γc＝24kN／m2，t0＝4．88h。

以上參數(shù)帶入（1）、（2）式，有F1＝202．40kN／m2，F(xiàn)2＝24×2．4＝57．6kN／m2，比較兩者大小，取較小值F2＝57．6kN／m2，則新澆混凝土對(duì)模板側(cè)壓力F設(shè)＝F1×分項(xiàng)系數(shù)＝57．6×1．2＝69．12kN／m2。

3．2 模板體系安全分析

（1）木模板抗彎強(qiáng)度和撓度。木模板彈性模量E＝4．0×103N／mm2，截面慣性距I＝2．33×105mm4，截面抵抗距W＝2．33×104mm3，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5所示，計(jì)算承載力時(shí)q＝0．29×69．12＝20．04N／mm。

圖5 木模板計(jì)算簡(jiǎn)圖

①彎強(qiáng)度驗(yàn)算

彎矩M＝4．23×105N·mm，故σ＝18．15N／mm2＜fm。fm＝20MPa，滿足要求。

當(dāng)螺栓布置間距為50cm時(shí)，計(jì)算結(jié)果如下:

1）抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

計(jì)算承載力時(shí)q＝0．50×69．12＝34．56kN／m。

彎矩M＝7．27×105N·mm，故σ＝31．19MPa＜fm，滿足要求。

螺栓間距越大，對(duì)模板承載力要求越高。但就本工程實(shí)例計(jì)算表明當(dāng)螺栓間距大于50cm，仍能滿足要求。根據(jù)相關(guān)施工規(guī)范和工程實(shí)例經(jīng)驗(yàn)，螺栓間距布置不易大于50cm，故螺栓間距最大取50cm。

（2）外鋼楞抗彎強(qiáng)度和撓度

外鋼楞截面慣性距I＝7．84×104mm4，截面抵抗距W＝5．36×104mm3，彈性模量E＝2．06×105N／mm2。按均布荷載計(jì)算時(shí)鋼楞上荷載可看成由面荷載傳遞到線荷載而產(chǎn)生，q＝0．5×69．12×350＝12．096N／mm。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6所示。

圖6 鋼楞計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖7 對(duì)拉螺栓計(jì)算簡(jiǎn)圖

①抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

（3）對(duì)拉螺栓抗拉強(qiáng)度

每個(gè)螺栓看成兩個(gè)固定鉸支座，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖7所示。

其中ft＜［f］＝140．48N／mm2，滿足要求。

上述計(jì)算表明，模板體系可以滿足泵送頂升免振搗混凝土施工要求，模板體系具有安全可行性。

4 泵送頂升免振搗構(gòu)造柱施工工藝流程

泵送頂升免振搗構(gòu)造柱施工工藝流程如圖8所示:

圖8 泵送頂升免振搗構(gòu)造柱施工工藝流程圖

5 工程應(yīng)用分析

填充墻構(gòu)造柱混凝土泵送頂升免振搗技術(shù)應(yīng)用于蚌埠金融中心工程，該工程為核心筒框架結(jié)構(gòu)，地上25層，地下1層。填充墻構(gòu)造柱截面尺寸為200mm＊240mm，砌筑墻體留設(shè)馬牙槎，采用泵送頂升免振搗技術(shù)施工。

采用填充墻構(gòu)造柱混凝土泵送頂升免振搗技術(shù)施工，以單個(gè)構(gòu)造柱計(jì)算，耗費(fèi)人工費(fèi)71．11元，模板及設(shè)施費(fèi)37．4元，合計(jì)108．51元；同比，采用傳統(tǒng)混凝土構(gòu)造柱施工方案，耗費(fèi)人工費(fèi)205元，模板費(fèi)及設(shè)施費(fèi)86．4元，合計(jì)291．4元。通過以上對(duì)比分析可得出:采用填充墻構(gòu)造柱泵送頂升免振搗施工技術(shù)，耗費(fèi)的人工費(fèi)、模板費(fèi)及設(shè)施費(fèi)總和比傳動(dòng)混凝土構(gòu)造柱施工可節(jié)約182．89元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

6 結(jié) 論

本文以蚌埠金融中心工程填充墻構(gòu)造柱混凝土采用泵送頂升免振搗工藝，并對(duì)該工藝的原理、力學(xué)性能進(jìn)行分析和研究，得出以下結(jié)論:

（1）框架結(jié)構(gòu)填充墻構(gòu)造柱泵送頂升免振搗混凝土模板體系滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求，具有技術(shù)可行性。

（2）模板體系可以按照構(gòu)造柱尺寸批量生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)組裝，提高構(gòu)造柱施工效率、縮短工期。

（3）構(gòu)造柱混凝土密實(shí)性好，保證了工程質(zhì)量。同時(shí)，模板可多次重復(fù)使用，節(jié)約了模板，具有經(jīng)濟(jì)合理性。

（4）施工無振動(dòng)噪聲，符合國家綠色施工和節(jié)能環(huán)保要求，可在工程中廣泛應(yīng)用。

致謝:感謝蚌埠金融中心構(gòu)造柱泵送頂升免振搗混凝土技術(shù)創(chuàng)新研究項(xiàng)目對(duì)本文的支持。

1 朱 超．自密實(shí)混凝土的研究現(xiàn)狀及展望 ［J］．四川建材，2009，35（5）:1－3．

2 鄭妮娜，李英民．裝配式構(gòu)造柱約束砌體結(jié)構(gòu)抗震性能研究［D］．重慶:重慶大學(xué)，2011．

3 張光明．鋼管混凝土頂升技術(shù)的應(yīng)用［J］．天津建設(shè)科技，2009，14（1）:14－15．

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5 束廉階．工業(yè)建筑大型結(jié)構(gòu)泵送混凝土側(cè)壓力的計(jì)算與實(shí)測(cè)研究［J］．建筑施工，2002，24（2）:104－107．

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