高层建筑现浇混凝土结构施工中, 往往假定新浇筑的楼板自重及其他荷载自上而下通过模架体系依次传递给最下一层模架上, 但实际上随混凝土强度的增长, 结构梁板、柱和墙等逐步参与分担模架体系的工作。经实测, 钢管支撑轴力和楼板钢筋内力随时间延续而不断发生变化, 本文通过对某现浇框架结构施工中的钢管支撑轴力与楼板、梁钢筋内力的实测, 探索多层模板支撑系统上部结构施工工序、混凝土强度等与实测值之间的变化规律, 并与理论计算结果进行比较, 希望能为高层模架体系的设计理论与施工控制的研讨有所裨益。
通泰·梅岭苑工程为商品住宅楼, 1栋, 2栋建筑高度50m, 总面积为74400m2, 地下1层, 结构为短肢剪力墙结构, 3栋, 4栋为框架剪力墙结构;楼板厚度110mm, 柱截面尺寸为600mm×600mm, 梁截面尺寸为600mm×500mm, C30混凝土。模板采用九夹板, 支撑体系采用扣件式钢管 (!48mm×3.5mm) 脚手架, 立杆间距:梁两侧为800mm, 梁跨方向为1000mm, 楼板为1000mm×1000mm。测试时将GJJ型钢筋应计内置于楼板和梁下层钢筋上, 在测试层脚手架搭设时即将BHR-4 (70k N) 荷重传感器置于楼板和钢管之间, 采用YJ-26型电阻应变仪。图1为测试平立面图。
现浇钢筋混凝土楼板及梁钢筋内力、扣件式钢管支撑立杆轴力、混凝土强度。
从第9层楼面上设置传感器、第10层楼面及梁钢筋上安装应力计开始, 以施工工序作为测试控制点, 即当该层和其上几层搭设脚手架→铺设模板→绑扎梁钢筋→绑扎板钢筋→浇筑混凝土等工序分别完成后, 立即采集数据点, 且在混凝土浇筑过程中加密量测, 从而测出该层从支架搭设到支架拆除的整个时段内支撑立杆轴力和结构钢筋内力的变化情况, 同时用回弹仪检测现浇结构墙、板、柱混凝土强度的增长情况。
目前高层施工是按多层配模板, 但按单层模板支撑系统进行受力计算, 既没有考虑上层结构施工对下层结构支撑的影响也没有考虑现浇结构对模板支撑体系的分担作用, 所得结论与实际结果相差较大。通过将实测的钢管支撑轴力及现浇梁、楼板钢筋内力与传统理论计算值进行比较, 分析产生差异的原因, 并摸索多层模板支撑系统内力的变化规律。
实测钢管支撑轴力变化情况如图2所示, 它与理论计算值的差异分析及随施工工艺变化规律如下:
(1) 浇筑安装有轴力计的楼层混凝土时, 实测轴力远小于理论计算结果。这主要是因为立杆的计算长度取值与实际有差异即按传统理论计算满堂模板支架时仍按双排脚手架的整体失稳模态考虑, 此模态下, 脚手架呈现出内、外立杆与横向水平杆组成的横向框架, 沿垂直主体结构方向大波鼓曲现象, 波长均大于步距, 并与连墙件的竖向间距有关。这与实际满堂模板支架多排立杆通过纵横双向水平拉杆及剪刀撑组成的空间体系有较大差异, 且每层支架的高度较小, 整体失稳形式较复杂。亦说明传统理论值偏安全。
(2) 从整个时段轴力的变化情况来看, 楼板混凝土浇筑前, 钢管支撑轴力出现低谷;而混凝土浇筑后, 钢管支撑轴力出现峰值且该峰值随浇筑层的远离不再增加或有所下降。这主要因为现浇层在进行搭设脚手架、铺设模板、绑扎钢筋等工序施工时所占有的时间为整个楼层施工时间的80%~90%, 而这些工序增加的施工荷载仅占整个楼层荷载的30%~40%, 且是持续均衡地加载在此时段内, 现浇结构楼盖随时间的延长, 混凝土强度不断增大结构逐步参与多层模板体系的工作, 承担越来越多的荷载, 因而钢管支撑体系轴力逐步变小。但浇筑混凝土后, 楼层大部分荷载突然施加在模板体系上, 致使立杆轴力立即增加。随现浇层的远离, 上部模板体系及楼板结构也逐渐参加整个体系的工作, 有部分上部荷载传到下层楼板及支架上, 且传下来的荷载大部分由楼板结构承担 (如图3所示) , 因而钢管支撑轴力不再增加。
(3) 当测试层以上第二层结构施工完后, 钢管支撑的轴力趋于平缓, 此时可以认为现浇层不会对其下第二层楼板结构传递过大的荷载。从配备周转材料的角度来看, 当施工周期为7~10d时, 3套模板及钢管支撑即能满足结构受力要求。
(4) 测试层及其上第一层混凝土浇筑完后, 测试层钢管支撑轴力迅速增长, 随后下降, 而测试层上第二层混凝土浇筑完后, 钢管支撑的实测轴力还会在2~3d之内继续上升, 说明现浇层对其以下第二层钢管支撑的作用有滞后现象, 这是因为多层模板支撑体系现浇结构逐步参与工作、荷载从上到下需一定的转递时间。
图4为实测现浇结构楼板和梁钢筋内力变化情况, 呈现如下规律:
(1) 在测试层混凝土浇筑后的1~2d内, 楼板、梁钢筋内力比浇筑混凝土前钢筋应力计的原始读数小, 说明钢筋应变回缩。这主要是由于在混凝土振捣过程中, 模板与钢筋之间由于混凝土的塞填, 使钢筋受到向上的挤压, 同时由于混凝土的早期收缩引起钢筋受压。但随荷载不断向下传递, 板、梁钢筋的内力迅速上升。
(2) 测试层上面二层结构的每一道施工工序均使该层钢筋内力增加, 其中浇筑混凝土使内力增长的幅度明显, 但随现浇楼层的远离, 新增荷载对测试层钢筋内力的影响减缓。
(3) 测试层板、梁钢筋内力的峰值出现在其上第二层结构混凝土浇筑之后, 此后逐渐下降趋于稳定。
(4) 测试层上第二层混凝土浇筑完后, 楼板钢筋的实测内力还会在1~2d的时间内继续上升, 达到峰值后才缓慢下降, 这也表现了多层模板支撑体系荷载转递的滞后效应。
按回弹法检测规范测出不同龄期混凝土的强度, 并绘出混凝土强度百分比与支撑轴力、钢筋内力的关系曲线如图4所示, 由于新浇筑的混凝土不能承受荷载, 钢筋内力较小, 楼板自重和施工荷载大部分传递给了钢管支撑, 随混凝土强度的增长, 楼板钢筋内力不断增加, 钢管支撑轴力逐渐下降。
(1) 楼板钢筋内力与其对应处钢管支撑轴力的比较当某楼板混凝土浇筑完成时, 楼板钢筋内力与其对应处钢管支撑轴力对比见图5。
(1) 该层楼板下的模板钢管支撑轴力跳跃式增长, 而该层楼板内的钢筋内力却在混凝土浇筑完的1~2d时间内有所下降, 而后才迅速增长。
(2) 该层下第一层、第二层楼板的模板钢管支撑轴力也跳跃式增长, 但幅度明显减小, 而相应层楼板内的钢筋内力却在持续增长, 并逐步超过钢管支撑承担的荷载, 成为主要的承载结构。这说明多层模板体系通过内力的不断传递与调整, 使楼板结构逐渐分担上部新浇结构产生的荷载及施工荷载, 而模板支撑体系逐渐部分退出工作。
(2) 钢管支撑轴力与楼板钢筋内力之和的变化情况 (图6)
(1) 每次混凝土浇筑都给该层的钢管支撑和楼盖结构一次脉冲冲击作用, 但随现浇层的远离, 对测试层的冲击作用逐渐减弱。
(2) 现浇混凝土之前的所有工序 (搭设脚手架、铺设模板、绑扎钢筋等) 施工时, 传给下面楼层结构和钢管支撑的总荷载基本保持不变, 即下层楼板钢筋内力增加, 模板钢管支撑轴力下降, 而楼板和支撑所承担的荷载总量基本不变;随现浇层的远离, 这种分担调整的特性越来越明显。图5钢管支撑轴力与楼板钢筋内力比较图6支撑轴力与钢筋内力之和的变化。
(1) 钢管支撑的实测轴力远小于传统理论的计算结果, 主要因为理论计算考虑的支架整体失稳模态和立杆计算长度等与实际有较大差异。
(2) 现浇层混凝土施工使钢管支撑轴力和楼板、梁钢筋内力均有较大增长, 其它工序施工对钢管支撑轴力影响较小, 而楼板、梁钢筋内力持续增长。
(3) 现浇层对其下第二层的作用趋于平缓, 当施工周期为7~10d时, 配备3套模板及钢管支撑即能满足结构受力要求。
(4) 现浇层施工对下面楼层楼板、梁和钢管支撑的作用存在滞后现象。
(5) 多层模板支撑体系不断受到上部类似脉冲波施工荷载 (主要是浇筑楼板时增加的混凝土重量) 的冲击作用。
(6) 随现浇结构混凝土强度的增长, 多层模板支撑体系通过支撑不断向结构传递内力, 在支撑体系与主体结构之间发生内力交替, 使楼板结构逐渐承担上部荷载, 而模板支撑体系逐步退出工作。
摘要：本文结合通泰·梅岭苑工程, 通过实测框架结构楼面现浇混凝土施工过程中钢管支撑轴力与楼板钢筋内力的变化规律, 分析了多层模板支撑系统中模板钢管支撑承载与楼板分担承载的时变关系。
关键词：多层钢管,模架体系,荷载传递,实测支撑轴力,钢筋内力
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