目前, 在高层建筑中, 已有越来越多的建筑物采用钢结构形式。钢结构建筑构造主要由钢结构构件、楼承板等组成, 其中钢结构构件可以通过规模化生产, 能有效提高生产率, 加快施工进度;楼承板施工方法及质量成为整体工程进度和质量的重要因素。在传统楼承板施工技术中, 主要通过浇筑混凝土、钢筋绑扎、脚手架支设、木模安装等工序完成, 这种施工方法存在一定不足, 由此产生的质量问题长期困扰施工企业, 直接影响企业效益。

为有效解决上述问题, 创新性地研发一种新型自承式可拆卸楼承板施工技术, 这种施工技术化解了传统楼承板施工长期存在的问题, 并实现节能减排。

自承式可拆卸楼承板施工工法关键技术被认定达到国际先进水平, 具有良好的经济效益和社会效益, 有较大推广价值。

自承式可拆卸楼承板采用钢筋桁架与镀锌钢板底模拼装结合成一体, 为后续工序提供施工工作面;底模板由传统的镀锌微肋压型钢板改为双面镀锌平钢板, 拆模后混凝土外观质量得到保障, 并能保证施工安全。其主要有以下特点。

1) 选用定型钢筋桁架作为楼板受力钢筋, 满足自承式要求, 确保钢筋保护层、楼板厚度, 保护管线成品;减少竖向支撑构件使用数量, 降低施工成本。

2) 应用连接扣件, 实现镀锌钢板底模快速拆卸, 周转使用不但提高施工速度, 而且降低施工成本。

3) 当楼板跨度>3.6m时, 在跨中加设1道临时支撑, 临时支撑由钢管、顶丝、方木组成, 通过技术改良, 在支顶位置旁拆除1排扣件, 并将支撑设置在拆除扣件位置, 保证楼板外观质量和钢筋保护层厚度 (见图1) 。

自承式可拆卸楼承板由钢筋桁架梁、镀锌钢板底模、连接件3部分组成。钢筋桁架梁是由桁架机将钢筋在工厂定制生产加工作为受力钢筋和施工支撑用, 镀锌钢板底模由冲床将双面镀锌钢板在工厂自动加工作为底模用, 连接件零部件由冲床生产;人工将底模和钢筋桁架用连接件连接成一个整体形成组合模板体系, 再通过外加钢筋与楼承板钢筋桁架焊接固定在钢梁或预埋件上, 从而形成1个施工平台, 为后续钢筋绑扎、水电管线预埋、混凝土浇筑等提供作业面, 而且竖向各层间可平行施工。混凝土成型并达到一定强度后, 连接件和模板先后拆除, 模板和连接件可多次重复利用。为了保证安全, 跨度>3.3m加设1道临时支撑 (见图2) 。

钢桁架楼承板跨度3.3m, 宽度0.576m, 厚度120mm, 上、下弦带肋钢筋直径10mm, 光圆钢筋直径4.5mm, 底部钢板厚度1mm (见图3) 。

1) GB50017—2017《钢结构设计规程》。

2) GB50009—2012《建筑结构荷载规范》。

3) GB50010—2010《混凝土结构设计规范》 (2015年版) 。

总体静力计算采用空间梁格理论, 根据荷载组合要求的内容进行挠度计算。总体采用MIDAS/Civil进行梁单元计算。经验算, 选取自重+施工荷载组合结果。

钢桁架楼承板结构模型选取单块钢桁架楼承板宽度的2/3作为计算对象。

楼板荷载:2 600kg/m³×9.8N/kg×0.12m×0.192m=0.599kN/m。

施工荷载:1kN/m²×0.192m=0.192kN/m。

荷载组合:0.599kN/m+1.4×0.192kN/m=0.867kN/m。

由计算结果可知, 钢桁架楼承板在楼板浇筑完成后最大挠度为:6.515mm<3 300/200=16.5mm。

在3.3m跨度情况下, 可拆卸底模自承式钢筋桁架楼承板在无底部支撑的情况下挠度变形满足规范要求。

总体采用MIDAS FEA进行计算, 采用实体单元进行模拟, 选取模拟部件为钢桁架楼承板, 厚度为1mm, 材料为Q235, 实体大小选为200mm×94mm×1mm, 边界条件采用刚接。

由计算结果可知, 钢桁架楼承板钢板底模最大位移0.033mm<8mm, 符合规范要求。

总体采用MIDAS GEN进行计算, 钢管支撑采用梁单元模拟, 选取自重+施工荷载组合计算。支撑采用48×3.5钢管, 立杆间距1m, 层高2.95m, 板厚0.12m。

楼板荷载:2 600kg/m³×9.8N/kg×1m×0.12m×3.3m=10.29kN。

施工荷载:1kN/m²×1m×3.3m=3.3kN。

荷载组合:10.29kN+1.4×3.3kN=14.91kN。

由计算结果可知, 钢桁架楼承板钢管支撑应力为30.5MPa<235MPa, 钢管支撑强度满足要求。

计算得钢管回转半径为15.78mm, 试算长度2.83m, 长细比为179, 依据GB50017—2017《钢结构设计规程》附录C, 得到稳定系数φ为0.245。

N/φA=14 910N/ (0.245×489.01mm²) =124.45MPa<235MPa, 长细比λ=179<200 (规范允许值) , 钢管支撑稳定性满足要求。

自承式可拆卸楼承板主要工艺流程包括:现场集中拼装→吊运→安装固定→栓钉焊接→边模安装→钢筋绑扎及管线预埋→安装验收→混凝土浇筑及养护→底模拆模。

楼承板拼装工作集中在施工现场进行, 经过专业培训的装配人员需要采用专用装配扳手, 根据图纸标识的钢筋桁架、模板规格装配。

装配作业完成后要进行检查, 确保装配质量, 之后清除杂物, 放入待吊区, 妥善安放。

装配完成的楼承板正反相扣堆放并打捆, 每捆堆放高度≤1.2m, 且≤7组;同时, 堆放≤3层。堆放场地要保持干净, 不得存有积水杂物, 并做好防水保护措施。

吊装前做好各项准备工作, 并向作业人员进行技术交底, 选择合适的起重机。起吊时采用带有U形卡口吊运木制撑条, 防止钢筋桁架楼承板变形、偏斜等问题出现。吊装带应设在桁架中部, 保持起吊过程中楼承板两端平衡。

依照排版平面图铺设装配式钢筋桁架楼承板, 楼承板的定位应准确, 钢筋桁架楼承板铺设前, 按图纸所示起始位置放桁架模板基准线, 对照安装第1块板, 并顺次安装其他板。钢筋桁架模板侧向采用搭接方式, 镀锌钢板不搭接于钢梁上, 便于拆卸。

每层钢筋桁架模板的铺设宜根据施工图起始位置由一侧开始依次进行铺设, 最后处理边角位置。楼承板配装完毕后, 应立即将其端部竖向钢筋与钢梁点焊牢固;沿板宽度方向, 将底模下弦钢筋通过外加钢筋与钢梁点焊, 焊点间距≤200mm。处理好端部模板与结构的搭接关系 (见图4) 。

楼承板铺设一个区格后, 应及时在各块楼承板模板搭接处用拉铆钉固定, 保证模板搭边处连接可靠。做好堵缝, 保证模板与框架梁四周不漏浆。重复使用的模板, 在满足间距的要求下, 搭接处可在旧孔处拉铆钉固定。

楼承板的留洞、与钢梁或混凝土模板的搭接堵缝、钢柱或混凝土剪力墙处、升降板处、边模板、混凝土泵管洞口、临时支撑等特殊节点, 应严格按照节点详图进行处理, 定位要准确, 连接应牢固, 保证楼承板混凝土浇筑成型, 以及模板顺利拆除。

楼承板铺设完毕, 按设计要求设置楼承板连接钢筋、支座钢筋及与钢筋桁架垂直方向的钢筋, 并应将其与钢筋桁架采用双丝双扣绑扎牢固, 确保楼承板连成一个整体。楼承板中的线管应采用柔韧性较好的材料, 在钢筋桁架之间按图纸要求敷设。混凝土浇筑前, 应及时清理楼承板底模板上的积灰和焊渣等杂物, 浇筑混凝土时, 要避免对装配式钢筋桁架楼承板造成冲击, 防止楼承板局部承载力过大等, 保证混凝土顺利浇筑。

混凝土强度达到要求后, 可以进行模板拆除。拆除时先拆去临时支撑, 再依次拆去连接件和模板。模板拆除不允许高空下抛, 应转接放置整齐, 不允许强力, 以免拆除引起构件较大变形, 影响后续使用。拆下来的连接件和模板要及时清理维护, 重复利用时模板需涂刷脱模剂。

1) 施工过程中严格按规定的顺序进行, 每道工序进行交接验收后方可进行下一道工序施工。工序交接主要检查内容包括:钢筋桁架模板型号、规格尺寸要满足要求, 位置是否正确, 是否与图纸相符;钢筋是否满足搭接长度要求;栓钉或焊接是否牢固, 满足要求;经过切割的位置处不存在漏浆部位。

2) 工序交接验收前, 认真检查安装过程中有无遗漏情况, 对施工过程中造成的碰撞变形、损坏, 应进行修复、校正或更换, 以保证压型钢板底部完成面的美观效果。

3) 混凝土浇筑前, 压型钢板、支撑架、钢筋、预埋管线的安装必须办理工序交接或检查验收手续, 验收合格后方可浇筑混凝土。

4) 泵送混凝土时, 不得直冲钢筋、压型钢板 (楼承板) 及预埋件进行布料, 以保证钢筋、压型钢板不产生位移、变形和混凝土浇筑顺利完成。

1) 制定规章制度。项目建立岗位责任制, 提高施工人员质量意识;并建立质量奖惩制度, 把质量管理的责任层层落实到各工作工序及每名作业人员, 严格遵守施工程序, 认真执行施工操作规程及验收规范。

2) 做好各工序的技术交底工作, 完善和强化施工过程各项质量检测工作, 完善“三检”制度;施工期间定期举行施工人员专项技术培训, 提高实际施工水平。

3) 对施工过程中形成的各类技术文件和资料要妥善保管, 不得遗失。

在工程施工期间, 每天都有不同工序的不同专业人员进场作业, 施工现场必须做好各项安全管理措施和技术措施。树立各类安全标识, 做到文明有序, 安全施工, 认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针。

1) 楼承板施工过程中使用的各种机械设备, 必须先经调试检查合格后方可使用。楼承板吊装时必须将每捆板四点起吊, 严禁两点起吊, 五级及以上风、雷雨天气严禁吊运。

2) 进入现场的施工人员必须戴安全帽, 施工时, 施工人员应戴手套, 穿胶底鞋, 必要时采用安全网等安全用品;在洞口、周边施工必须挂好安全带。

3) 施工现场各类作业人员必须经专业技术培训方可进场作业, 特殊工程如楼承板安装焊工持证上岗, 高空作业人员必须身体健康。

4) 做好施工期间各项防火措施, 防止火险发生, 并配置有效灭火设施及有专人进行看护。

5) 钢筋桁架模板铺设及混凝土浇筑过程中, 应避免过大的集中荷载, 特别是泵送混凝土不能直接冲击模板。同时, 必须按设计要求设置临时支撑, 并确保支撑稳定可靠。

1) 材料方面 传统的楼板模板方料钢管支撑体系, 需要模板和方料消耗;自承式桁架楼承板可以没有任何消耗, 1mm压型镀锌钢板在反复使用后依然可以回炉, 节约大量木材和其他资源, 降低材料成本;钢筋桁架楼承板混凝土楼板板底平整, 节约板底不平整粉刷修补的费用, 提高经济效益。

2) 人工方面 无须外加支撑体系, 工厂流水化生产, 直接吊装至钢梁铺装即可, 大大减少劳动力 (主要是木工) 投入, 在当今建筑市场工费较高的背景下经济效益可观。

自承式可拆卸楼承板的使用为住宅产业化推广奠定了基础, 保证了楼板的整体性和稳定性, 满足8度抗震设防烈度的要求, 促进了房地产市场的绿色健康发展, 取得很大社会效益, 在当地树立良好企业形象。

绿色环保的设计理念为当前乃至以后的绿色施工、绿色建筑指明方向, 大大降低木材砍伐量, 节约国家资源, 对施工中防尘降噪起到很大促进作用, 底模可回收再利用, 取得很好的生态环保效益。

本工程位于包头市, 建筑面积77 832m², 建筑高度98.5m, 抗震设防烈度为8度, 结构形式为钢结构框架-支撑体系形式;采用镀锌钢板经辊压冷弯成型与钢筋桁架组合的楼承板新工艺, 自承式可拆卸楼承板实物工程量约65 000m²。该工程被评为全国钢结构住宅产业化示范小区, 国家康居工程, 并已取得绿色建筑二星设计标识, 得到业主和监理方一致好评, 为同类工程提供成功的范例和经验。

万郡·大都城住宅小区 (二期) 14号楼、15号楼、4号商铺、E区地下车库工程采用混凝土和钢结构2种结构形式, 主体框架结构为钢结构, 楼板采用镀锌钢板与钢筋桁架组合的楼承板浇筑混凝土新工艺, 自承式可拆卸楼承板实物工程量约为66 400m², 该工程建造技术填补国内在高层钢结构住宅领域的空白, 自承式可拆卸楼承板的使用为住宅产业化推广奠定了基础, 保证了楼板的整体性和稳定性, 满足了包头8度抗震设防烈度的要求, 具有一定的推广应用价值, 该综合技术达到国内领先水平。

可拆卸底模自承式钢筋桁架工厂加工和底模现场组装技术以及楼承板现场安装技术的成功应用, 解决了传统钢筋混凝土结构中钢筋绑扎繁琐、钢筋间距及混凝土保护层不好控制、脚手架支设、木模安装等问题, 底部镀锌钢板仅作为模板用可拆卸, 不替代受力钢筋, 施工速度快、安全性好、质量有保证;待混凝土达到一定强度后, 模板和连接件可快速拆卸并重复利用, 提高周转效率并缩短周转周期, 节约资源和成本, 使得镀锌钢板底模和连接件能循环使用。

可拆卸底模自承式钢筋桁架楼承板板底混凝土免抹灰技术成功应用, 通过改变底部支撑位置和方式, 底模板由传统镀锌微肋压型钢板改为双面镀锌平钢板, 拆模后混凝土表面光洁, 只需涂刷腻子即可, 无须二次抹灰找平, 实现板底混凝土直接装修的目标。