筒仓是储存松散固体的立式容器, 在工业上用以贮存焦炭、水泥等散装物料。筒仓底板结构既承受物料的质量又需具有卸料功能, 因此通常采用锥形结构。由于筒仓底板呈锥面, 传统的矩阵式满堂支撑架体系已经不能适应弧面上支撑竖肋的放射状布置。目前一些直径较小的筒仓结构锥体结构施工多采用空中桁架支撑体系。这种支撑体系基本上可以满足小直径筒仓底板混凝土结构的支护要求, 但是对于直径偏大的筒仓结构来说, 仅依靠桁架支撑体系, 其承载能力已经很难满足施工要求, 这就需要在筒仓内搭设钢管立柱支撑辅助受力, 但对于筒仓锥形底板自身就是封闭结构的情况, 在很大程度上加大了桁架支撑体系的装拆困难。

巴基斯坦卡西姆港共5个直径18m的筒仓位于后方堆场南侧, 单排行列式布置, 筒仓底标高为-0.500m, 顶标高为47.600m, 筒仓总高度为48.1m, 采用圆形现浇钢筋混凝土筒仓结构。筒仓主要由基础、筒壁仓壁结构、锥体结构 (仓底板+仓底环梁) 、仓顶结构等组成 (见图1) 。筒仓锥形底板顶标高为21.750m, 底标高为10.200m, 底板壁斜度为60°, 板厚50cm。

1) 巴基斯坦卡西姆港筒仓设计直径达18m, 属于大规模筒仓结构, 若采用空中桁架支撑体系, 桁架自重过大, 受力性能明显降低, 必须在桁架下方增加钢管立柱支撑, 施工难度加大;且上口封闭的筒仓底板结构形式又将大大增加桁架的装拆难度, 经济性不好。

2) 筒仓底板的锥面结构限制了支撑竖肋的布置位置必须在通过锥顶的向心线上。传统的矩阵式满堂支撑架除纵横向以及与纵横向呈45°夹角方向的竖杆外, 其余竖杆均不能给予支撑竖肋以支撑。

3) 筒仓底板锥形坡面坡度达60°, 坡面上浇筑混凝土时产生的水平侧压力大, 传统的矩阵式满堂支撑架水平杆为纵横向布置, 与支撑竖肋的放射状布置不匹配, 水平杆无法直接传递水平荷载。

为了解决这种大规模筒仓底板结构的一系列施工难点, 通过对传统满堂支撑架进行改进, 提出了组合式满堂支撑架施工技术 (见图2) 。

组合式满堂支撑架分为下部基础支撑架和上部衔接支撑架2大部分。基础支撑架是整个体系的承重部分, 由传统的井字架组成, 承担上部衔接支撑架传递的荷载。衔接支撑架是整个组合式支撑架体系转换的核心部分, 为了适应支撑竖肋的放射状布置, 在竖肋水平面的投影线和基础支撑架上层水平杆的交点处增加竖向传力的短钢管, 即衔接竖杆, 且通过增加斜撑来改善受力, 解决了水平荷载传递的难题。组合式支撑架组成如图3所示。

荷载标准值取值:钢筋混凝土自重G_混凝土:26k N/m³;竹胶板自重G_竹胶板:0.146k N/m²;方木自重G_方木:6k N/m³;钢管自重G_钢管:0.038k N/m;槽钢自重G_槽钢:0.1k N/m, 施工荷载F:2.5k N/m²。

单位投影面积荷载值计算:P_混凝土=26k N/m², P_竹胶板=0.548k N/m², P_方木=0.68k N/m², P_横钢管=0.253k N/m², P_纵钢管=0.434k N/m², P_[10=1.818k N, P_施工=F=2.5k N/m²。荷载效应组合:P=1.2 (P_混凝土+P_竹胶板+P_方木+P_钢管+P_槽钢) +1.4P_施工=44.47k N/m², 可以得到P_竖向=Psin30°=22.24k N/m², P_水平=Pcos30°=38.51k N/m²。

基础支撑架承受着上层衔接支撑架传递的各方向荷载, 受力较复杂, 是整个支撑架体系的核心承重部分。

基础支撑架采用碗扣式脚手管搭设, 根据单位面积最大计算荷载值, 查阅JGJ166—2016《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》, 设计立杆间距为90cm, 步距为120cm。

为了保证井字架支撑系统的整体稳定性, 防止钢管因为局部杆件松动产生自由滑移, 造成整体失稳, 故在支撑架竖直方向设置连续式加强型剪刀撑。

衔接支撑架主要由衔接立杆、斜撑和支撑竖肋3部分组成。

1) 衔接立杆

鉴于筒仓底板锥形锥面结构, 支撑竖肋必须呈放射状布置。为适应竖肋的布置形式, 在竖肋水平面的投影线和基础支撑架上层水平杆轴线的交汇处增加竖向传力的衔接立杆, 衔接立杆通过扣件和基础支撑架上层水平杆连接牢固。根据单位面积竖向荷载计算值和单根调节立杆最大影响范围, 计算得到调节立杆最大轴力N=6.97k N, 设置2个抗滑扣件, 其安全系数K=2.44>1.5, 满足设计要求。

对于靠近筒仓底板坡底和坡顶的区域, 是整个支撑架的支撑“盲区”, 需要搭设落地衔接立杆直接支撑竖肋。

2) 斜撑

由于受到斜面混凝土的水平分力作用, 改变了满堂支撑架立杆轴心受压的设计条件。为了改善调节立杆的不利受载条件, 在调节立杆的顶部与邻近井字架顶部节点之间设置2道斜撑, 缩短调节立杆的悬臂长度, 通过斜撑把水平荷载传递到基础支撑架节点上, 解决了水平荷载的传递问题。

3) 支撑竖肋

支撑竖肋设计共96根, 采用双拼[10型钢, 按放射状等间距布置, 支撑在搭设好的调节立杆上 (见图5) 。

模板体系按空间位置主要分为下层模板和上层模板2部分 (见图6) 。

1) 横肋 在放射状竖肋上搭设环向水平横肋, 方木可直接架设在钢管上, 避免了木材的大量切割, 节约原材料。横肋采用柔性较好的48.3mm×3.6mm的扣件式脚手管, 预先把直钢管加工成弧形, 直接拼装。

2) 底模 底模10cm×10cm方木直接架设在环向横肋上, 呈放射状布置。面板采用1.6cm厚的竹胶板直接铺设在方木上。

1) 竖肋 上层模板竖肋同样设计为96根, 采用双拼ф48.3mm×3.6mm钢管, 参照下层竖肋位置按放射状等间距布置。采用M14拉杆对拉上、下层竖肋。

2) 横肋 上层横肋与下层横肋布置相同。

3) 底模 底模系统与下层模板布置完全相同。

基础支撑架严格按照设计纵横间距和步距搭设。

1) 衔接立杆位置放样

设置1道通过筒仓圆心且竖直向上的立杆, 立杆顶高程为筒仓底板所在空间锥体的锥顶高程。并对筒仓底板的坡脚线进行96等分, 每个等分点上都做上标记。对立杆顶和等分点进行拉线处理, 即形成衔接支撑架立杆标高的控制线, 可准确且快速地定出每根衔接立杆的顶标高。

按照设计图上的平面位置, 用油漆标记每根衔接立杆的搭设位置。

2) 衔接立杆搭设 搭设中, 应通过吊垂线等方式尽量保证衔接立杆竖直度, 且保证连接扣件数量不得少于设计值。

3) 搭设斜撑 斜撑对传递水平荷载及改善衔接立杆的压弯程度起了重要作用, 对每根衔接立杆都应该搭设2道斜撑, 且尽量选择临近的井字架节点处搭设斜撑。

完成支撑架体系的搭设工作后, 进行模板体系的搭设工作, 模板搭设应遵从由下至上、依次搭设的顺序完成。

1) 竖肋搭设 竖肋搭设应保证其轴线在过锥顶点的向心线上, 其顶端和底端在水平面上分别共圆。

2) 横肋搭设 在已经加固牢靠的竖肋上直接搭设环形钢管横肋, 环形横肋半径应严格按照设计要求加工制作。

3) 底模铺设 底模安装遵循“以折代曲”的理念, 在施工完成的格构件上直接安装底模。

4) 对拉杆安装 配合上层竖肋安装, 完成对拉杆的安装。对拉杆设计间距为90cm, 如实际搭设过程中出现与支撑架体系冲突的位置, 可局部减小拉杆间距进行调节。

通过实践检验, 组合式满堂支撑架施工技术具有以下优点。

1) 通过增加衔接支撑架, 很好地适应了筒仓底板弧面上支撑竖肋的放射状布置。

2) 锥面上支撑竖肋放射状布置和支撑架水平杆纵横向布置不匹配、水平荷载无处传递的问题得到解决。

3) 相对于传统的桁架式支撑体系, 组合式满堂支撑架体系极大地方便了支撑及模板体系的拆除。

4) 组合式满堂支撑架体系整体受力明确, 结构稳定、牢固、可靠。