一種連續變向鋼筋混凝土柱結構體系的施工方法與流程

2023-06-13 13:19:51 1

本發明涉及一種施工方法，具體而言是一種連續變向鋼筋混凝土柱結構體系的施工方法。

背景技術：

近幾十年來，由於現代建築的造型越來越多樣化，各種複雜的結構體系不斷出現，其中斜柱體系作為一種活潑建築立面和建築空間的有效方式，更是越來越多地應用到實際工程中。隨著這種進展，複雜結構的施工模擬也越來越被重視。相比常規結構而言，複雜結構的施工、卸載、支撐都應當有更嚴格的要求、更合理的設計，否則可能因為不當的施工流程而影響到結構的整體安全，進而影響到生命、財產的安全。在此背景下，針對一種連續變向的鋼筋混凝土柱結構體系做施工方法的設計，有較大意義。

技術實現要素：

技術問題

連續變向鋼筋混凝土柱結構體系中，各層框架的外排均為斜柱，內排為直柱和核心筒，斜柱斜率向同一個方向不斷變化，此種結構體系與常規直柱體系的施工相比，主要存在如下技術問題：

1)斜柱的豎向剛度和直柱差異較大，二者在豎向荷載下的變形值有較大差異，此差異將影響結構構件內力的大小及分布。施工過程中，在結構自重和施工荷載作用下，斜柱和直柱將產生一定的位移差，卸載的順序和時間會引起這個位移差的變化，進而引起構件內力的不同。

2)若採用一次性加載的方式，所有樓層施工完成後再開始卸載，每層斜柱與同層直柱的位移差會層層積累，每層的位移差都累積了其下各層的位移差，此位移差會逐層加大，直至頂層，這部分位移差引起的內力也會逐層加大直至頂層，可能影響構件的設計和施工安全。

3)若採用逐層施工，逐層加載的施工方法，即每施工一層卸載一層，再施工第二層，各樓層均只需計算構件在本層自重和施工荷載下產生的位移差，此位移差不往上傳遞。這種施工方式對受力最有利，每層的內力最小，但施工工期太長，經濟效益較差。

4)對連續變向混凝土柱結構體系，每層均有斜率不同的斜柱，斜柱軸力的水平分量通過樓蓋梁板體系來平衡，柱斜度越大，水平分量越大，引起的樓蓋水平力也越大。而每層斜柱的軸力和該層以上各樓層的加載也有關係，其上加載的樓層越多，斜柱的軸力也越大。因此，各樓蓋的水平拉力也是隨著施工過程的加載逐步產生。該水平力若超過樓蓋的承受力，可以採用預應力鋼筋混凝土樓蓋體系來解決。

5)若採用預應力樓蓋，施工時張拉預應力的時間節點也會影響結構的內力。若張拉過早，則體系產生的拉力還未形成，預應力會對混凝土結構形成壓力，倘若張拉過晚，則體系產生的拉力沒有及時得到平衡，會對結構產生不利的影響，如產生裂縫等。

6)因此，在連續變形鋼筋混凝土柱結構體系中，施工加載卸載的順序會影響結構構件的內力，必須通過計算確定不同施工方案下結構體系的內力，將此內力返回到結構設計當中，本著構件設計和施工方案均經濟合理的原則確定整體結構的施工方法。

技術方案

本發明提出一種連續變向鋼筋混凝土柱結構體系的施工方法。該種施工方法首先在設計中考慮了的施工過程的影響，保證了結構的安全性和合理性，同時兼顧到施工的實際流程和情況，保證了結構的經濟性。

本發明技術方案如下：

1.本發明的具體施工方法如下：

1.首層施工：搭設腳手架，模板施工，鋼筋綁紮及混凝土澆築，模板及腳手架既要滿足強度要求，還要滿足斜柱在形成剛度前的變形要求；

2.第2～4層施工：施工2～4層，搭設腳手架，模板施工，鋼筋綁紮及混凝土澆築；

3.第2層張拉：若2層樓蓋梁板混凝土強度達到100％，開始2層預應力鋼筋的張拉；

4.首層拆模：張拉完畢後拆除首層模板及腳手架；

5.第5層施工：施工第5層，搭設腳手架，模板施工，鋼筋綁紮及混凝土澆築；

6.第3層張拉：若3層樓蓋梁板混凝土強度達到100％，開始3層預應力鋼筋的張拉；

7.第2層拆模：張拉完畢後拆除第2層模板及腳手架；

8.第6層施工：施工第6層，搭設腳手架，模板施工，鋼筋綁紮及混凝土澆築；

9.依此類推，拆除第4層模板及腳手架後開始施工第8層(頂層)；

10.第5～8層拆模：待第5～8層混凝土強度達到100％後，模板及腳手架從下往上依次拆除。

11.主體結構施工完畢。

一種連續變向混凝土結構體系的施工次序，包含分層卸載順序和抗拉預應力的張拉方案兩個方面。

所述的分層卸載順序，其特徵為：

對連續變向斜柱體系的拆模周期做單獨分析並參與到設計當中。不同的拆模周期會使荷載的傳遞路徑不同，造成構件的設計內力相差較大，確定合理的施工順序和拆模周期，以達到構件內力的合理傳遞。

構件內力最小的卸載順序是逐層施工，逐層加載，即每施工一層卸載一層，則每層的位移差都不累積到上層，荷載和位移均不往以上各層傳遞。

若每施工n層卸載第一層，施工完n+1層卸載第二層，則每次卸載，最頂層都一次完成了n層的累計變形，此變形將對結構產生作用。

因此分層卸載的關鍵是確立合理的n值，將此n值代入設計當中，確立結構構件經濟合理，施工方案現實可行的最佳方案。

所述的抗拉預應力張拉方案，其特徵為：

結合結構施工過程和分層卸載順序，確立預應力張拉方案，將張拉過程中超張拉產生的壓力代入結構構件設計當中，確保結構構件的安全。

體系的拉力隨著施工的進展、隨著自重荷載的增加逐步形成，而預應力若也分次張拉，則施工不便也不經濟。本發明確定在卸載前完成張拉，張拉完成後的構件將在一段時間內存在壓力，結構構件設計中應考慮此壓力。

有益效果：

本發明具有以下有益效果：

本發明通過確立合理的施工流程，能有效減小連續變向混凝土柱結構體系在施工過程中產生的內力，並計算該施工流程下結構的各種內力，迭代入設計流程中進行構件設計，既保證了結構的安全性和合理性，又避免了施工中的安全隱患，為施工期間的安全生產打下基礎。

附圖說明：

圖1為本發明實施例中連續變向鋼筋混凝土柱結構體系1層頂結構平面圖；

圖2為本發明實施例中⑦軸立面圖；

圖3是本發明的典型層平面圖；

圖4是本發明的典型剖面圖；

圖5是本發明的施工流程確定方法；

圖6施工流程圖。

各附圖中：1斜柱；2v型斜柱；3直柱；4預應力鋼骨混凝土梁；5預應力混凝土梁；6普通鋼筋混凝土梁；7剪力牆。

具體實施方式：

結合具體事例，對本發明這種連續變向混凝土柱結構體系的施工方法進行詳細介紹。

該結構地上8層，平面柱網採用橫向8.4米，進深向7.6～13.2米柱跨形式，整體平面呈梭形，長度為109.2m，寬度：一層為25.52m～31.77m，中間層(4層)寬度為30.38m～36.64m，頂層為14.087m～17.063m。首層層高6.6米，2～8層層高4.2米，屋面板高度36.0米，總高度不超過50米。

外立面柱為連續變向斜柱，從1～8層斜柱斜率不斷變化，1～4層斜柱向外傾斜，5～8層斜柱向內傾斜，最大斜度為43度；內部柱除了首層外，為直柱；首層柱為v形斜柱。首層v型斜柱採用鋼骨混凝土柱，截面為800mmx800mm，2層斜柱採用鋼骨混凝土柱，截面為700mmx700mm，3層以上斜柱採用普通鋼筋混凝土柱，截面為600mmx600mm；直柱採用普通鋼筋混凝土柱，截面為800mmx800mm～600mmx600mm變化；

樓層平面沒有面積大於30％樓層面積的開洞；2層樓板板厚為180mm，配筋採用雙層雙向鋼筋網的形式。3～6層樓板板厚為130mm，配筋採用雙層雙向鋼筋網的形式。6～8層樓板板厚為120mm，樓板上部鋼筋可以斷開。

結構體系為框架-剪力牆結構體系，由於斜柱全部為橫向，因此需增加縱向剪力牆剛度，剪力牆布置在樓電梯間，以實現結構扭轉剛度合理。剪力牆厚度從400～200逐漸變化。

樓蓋梁根據樓蓋軸拉力或軸壓力大小及分布分別採用不同的結構措施。

1層樓蓋中間跨為壓力，邊跨為拉力。兩邊跨梁軸拉力最大值3526kn，拉應力大於ft，中間跨梁軸壓力最大值為3231kn，壓應力大於0.4fc，本層採用預應力鋼骨混凝土梁，梁截面為750x900，鋼骨截面為h600x300x30x30，預應力採用直線預應力鋼絞線，且中間跨梁板按壓彎構件進行設計。

2～4層樓蓋水平力均為拉力，樓蓋梁軸拉力最大值分別為1796kn、1220kn、673kn，拉應力均大於ft，採用預應力鋼筋混凝土梁，梁截面為600x700，預應力採用直線預應力鋼絞線，。

5層樓蓋水平力為拉力，樓蓋梁軸拉力最大值272kn，拉應力小於ft，採用普通鋼筋混凝土梁，梁截面為600x700，梁按拉彎構件進行設計，樓板通過配筋承擔所有拉力。

6層～8層樓蓋水平力為壓力力，樓蓋梁軸壓力最大值766kn，壓應力均小於0.4fc，採用普通鋼筋混凝土梁，梁截面為600x600，梁按壓彎構件進行設計，樓板不需要進行特別設計。

施工方案按照以下流程確定：

1.建立結構設計模型。

2.根據施工實際確立初步的施工次序。該工程若採用一次性加載，恆載下頂層梁端彎矩達到720kn/m，若採用層層加載，恆載下頂層梁端彎矩為325kn/m。假定施工完第四層時，拆除第一層模板，此時一層累積了一到四層的變形，可求出一層的內力。施工到第五層時拆除第二層模板，此時二層累積了三到五層的變形，可求出二層的內力。依此類推，求出各層內力。

3.根據步驟2確定的施工次序，求解各層構件的內力。本工程在施工完第四層，且第一層構件的強度達到100％時，在卸載前開始張拉第一層。求解此時結構構件的內力。依此類推，求出各層構件的內力。

4.將步驟2、3所得的構件內力代入模型中進行構件設計。

5.分析是否需要優化。

6.如需優化，返步驟2重新開始，直至優化完成。

7.完成施工流程的設計。

本發明的具體施工方法如下：

1.首層施工：搭設腳手架，模板施工，鋼筋綁紮及混凝土澆築，模板及腳手架既要滿足強度要求，還要滿足斜柱在形成剛度前的變形要求；

2.第2～4層施工：施工2～4層，搭設腳手架，模板施工，鋼筋綁紮及混凝土澆築；

3.第2層張拉：若2層樓蓋梁板混凝土強度達到100％，開始2層預應力鋼筋的張拉；

4.首層拆模：張拉完畢後拆除首層模板及腳手架；

5.第5層施工：施工第5層，搭設腳手架，模板施工，鋼筋綁紮及混凝土澆築；

6.第3層張拉：若3層樓蓋梁板混凝土強度達到100％，開始3層預應力鋼筋的張拉；

7.第2層拆模：張拉完畢後拆除第2層模板及腳手架；

8.第6層施工：施工第6層，搭設腳手架，模板施工，鋼筋綁紮及混凝土澆築；

9.依此類推，拆除第4層模板及腳手架後開始施工第8層(頂層)；

10.第5～8層拆模：待第5～8層混凝土強度達到100％後，模板及腳手架從下往上依次拆除。

11.主體結構施工完畢。