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浅析变形缝处剪力墙模板施工技术
浅析变形缝处剪力墙模板施工技术
[摘要]:
通过对剪力墙结构变形缝处模板的分析,解决不同宽度变形缝两侧剪力墙模板的施工方法,使变形处剪力墙施工经济合理、又满足设计及规范要求。
[关键词]:
变形缝剪力墙模板
1、前言
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》,对于高层剪力墙结构,结构设置伸缩缝的最大间距为45m。
而由于场地和建筑的布局,部分剪力墙结构因超长、或结构地基差异而需设置变形缝(伸缩缝及沉降缝)。
《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.10条第1款,防震缝最小宽度应符合下列要求:
框架结构房屋,高度不超过15m的部分可取70mm;超过15m的部分,6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m、2m,宜加宽20mm;
框架-剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的70%采用,剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的50%采用,但二者均不宜小于70mm。
第4.3.11条:
抗震设计时,伸缩缝、沉降缝的宽度均应符合本规程第4.3.10条防震缝最小宽度的要求。
现根据实际施工过程中遇到的一些变形缝施工做法,来探讨和分析施工做法,以达到解决相似工程变形缝处模板施工的问题。
2、变形缝施工实例的方案选择与施工:
变形缝施工实例:
某大学学生公寓,框架-剪力墙结构,地下1层、地上7层,建筑高度23m,变形缝宽度100mm;
某高层住宅楼,剪力墙结构,地下1层、地上22层,建筑高度62m,变形缝宽度350mm;
某住宅小区,剪力墙结构,一幢地下1层、地上11层(地下室无变形缝),建筑高度34m,变形缝宽度180mm。
2.1第一例变形缝施工
该工程为四合院式联体建筑,变形缝共有四道,其中两道为剪力墙与框架间的变形缝,两道为剪力墙间的变形缝。
框架与剪力墙间的变形缝采取,先施工剪力墙部分,后施工框架部分,这样仅留下墙与梁、柱间的模板问题,柱与已施工完的墙体间采用聚苯板作模板,上部梁侧与剪力墙间模板采用竹胶合板、木枋50*100和木楔进行支设(见附图一)。
柱与墙间也可采用竹胶合板、木枋与木楔等支设。
变形缝处剪力墙间模板支设,采取先施工完一侧剪力墙,待拆模后再进行另一侧剪力墙的施工。
由于两墙间距离仅为100,因此采取在钢筋绑扎完后,在缝间用100厚高密度聚苯乙烯板(容重应不小于27kg/m3)作为墙体一侧模板,另一侧采取撑拉结合的方法支设模板。
该类型变形缝两侧剪力墙应先施工一侧结构混凝土,待先施工一侧模板拆除后再施工另一侧。
不可采取两侧模板支设完,缝内填塞聚苯后同时浇筑结构混凝土。
因为,在混凝土浇筑过程中先灌混凝土的一侧会将聚苯板挤向另一侧,造成另一侧钢筋无保护层。
2.2第二例变形缝
2.2.1模板设计方案
由于变形缝较宽为350,相对来说,模板及模板背楞及支撑支设空间足够,但也无法进行模板拆除。
如果采用聚苯板作模板,会造成极大的浪费。
变形缝处剪力墙总长为14.5m,墙体中部设计开设了一个结构洞口,由于剪力墙较长,如果为一块整体模板,则模板的自重过大无法进行模板的安装及拆除吊运。
如果采取两块模板拼接,则模板间的接缝控制是关键。
施工前,对该部分模板初定两个施工方案:
方案一:
采用竹胶合板作模板、木枋(50×100)作为竖向背楞,槽钢为主龙骨(水平设置),竹胶合板与木楞背间采用35mm的平头螺钉,竹胶合板上的螺钉孔通过电钻钻孔成型,并在钉帽处稍作扩孔,以确保螺钉帽稍低于模板面,在螺钉拧完后,用石膏腻子将钉帽的凹槽抹平。
竹胶合板与每根木枋背楞间螺钉的间距为@700且至少为四个。
木枋背楞的间距为@300,侧向布置(即小面与模板背面接触),木枋背楞与槽钢主龙骨间采取间隔用“Г”形卡钉固定,按@600的间距布置。
槽钢的布置间距,距模板底部100设一道,其上间隔400设第二道,向上600设第三道,再向上700设第四道,最上900设第五道,共设五道。
方案二:
采用大钢模板,面板采用6mm厚钢板,小楞采用8#槽钢,背楞采用12#槽钢。
对于大钢模板,如模板刚度满足要求,则强度肯定满足要求,因此对于模板的强度计算可忽略。
小楞设置间距按400mm横向设置。
主楞采用12#槽钢,竖向布置间距按1.5m设置,选用28mm直径的对拉螺栓(A=615.7mm2),对拉螺栓的一端设置插销片孔,用于固定插销片,插销片为5mm厚、90高、40~60宽的梯形截面。
在主楞上下设置三道对拉螺栓,第一道于墙底约0.3m处,第二道在距墙底1.2m处,第三道距墙顶0.3m处。
方案三:
采用高密度聚苯乙烯泡沫塑料作为变形缝的模板,另一侧采用传统模板,采取内支撑的方法固定,模板与聚苯板间采用预制混凝土垫块控制墙体厚度,采用密度为30kg/m3的聚苯板。
2.2.2模板侧压力计算:
⑴振捣混凝土时产生的侧压力:
按下两式计算,取较小值。
F=0.22γct0β1β2V1/2
F=γcH
其中:
γc――混凝土的重力密度(KN/m3);
t0――新浇混凝土的初凝时间(h);(按3.5h计算)
V――混凝土的浇筑速度(m/h);(按3m/h计算)
H――混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的高度(m);
β1――外加剂修正系数,不掺外加剂时取1.0,掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2;
β2――混凝土坍落度影响修正系数,当坍落度小于30mm时取0.85,50~90时取1.0,110~150时取1.15;
F=0.22×24×3.5×1.2×1.15×31/2=44.2(KN/m2)
F=24×3.0=72(KN/m2)
模板最下部混凝土的侧压力为44.2KN/m2。
⑵如果按剪力墙最大长度为8.0m计算:
底部主背楞支承0.5m高,采用[12槽钢,复核其抗弯强度、弯曲挠度。
12#槽钢的有关参数如下:
Wx=57.7cm3,I=346.3cm4,E=2.06×105N/mm2,f=215N/mm2。
P=44.2×0.5×8.0=176.8(KN)
按槽钢两端支座计算,则每侧支座受力剪切为88.4KN,支座处剪切应力为:
τ=V/A=88.4×103/1536=57.55N/mm2 这样支座处对拉螺栓的最小净截面: A=V/f=88.4×103/215=411.2mm2。 拟选用直径为28mm的对拉螺栓(A=615.7mm2),对拉螺栓的净截面满足强度要求。 槽钢承受的最大弯矩为: Mmax=ql2/125=44.2×0.5×82/125=11.32KN.M 最大截面应力: fmax=Mmax/Wx=11.32×106/(57.7×103) =196.2(N/mm2) ①按剪力墙两端固定拉结螺栓(跨距8.0m),则按简支梁计算: 最大挠度ωmax=5ql4/(384EI) =5×(44.2×0.5)×80004/(384×2.06×105×346.3×104) =1652(mm) ②按主楞固定螺栓间距为2.0m,按三跨连续梁计算: 其最大挠度ωmax=0.677ql4/(100EI) =0.677×(44.2×0.5)×20004/(100×2.06×105×346.3×104) =3.36(mm) 次楞的最大挠度ωmax=0.677ql4/(100EI) =0.677×(44.2×0.3)×4004/[100×900×(50×1003/12)] =0.6(mm) 胶合板的最大挠度(按10mm宽板带计算)ωmax=0.677ql4/(100EI) =0.677×(44.2×0.01)×2504/[100×8.0×103×(10×123/12)] =1.0(mm)(实际胶合板为双向支承,其挠度远小于该值) 以[12槽钢为主背楞(跨距2.0m),50×100方木楞(间距300),12厚竹胶合板的总挠度为4.96mm满足刚度要求。 采取剪力墙拉结固定主楞时,由于支承主楞的受弯挠度过大,无法保证剪力墙的平整度,而要满足主楞挠度符合规范要求,必须使主楞间距减小或主楞拉结螺栓间距减小。 而减小主楞间距无法满足挠度的要求,最合理的是减小拉结螺栓的间距(即主楞计算跨度)。 根据上述情况,通过设计变更,在剪力墙中部开设结构洞口,通过结构洞口两侧设置主楞拉结螺栓,从而减小了主楞的计算跨度。 为了满足模板总挠度不大于5mm,这样如果高度按0.5m计算,主楞的计算跨度就必须小于2.0m。 对于这样小的跨距,剪力墙的墙肢长度过小无法满足设计要求,而墙肢较长时无法进行对拉螺栓的拆装,这样该方案不可取。 在设计不允许在较长剪力墙中部设置较多的结构洞口的情况下,这样就得改变模板支撑设计模式,就必须保证模板背楞的最下部的主背楞拉结螺栓的间距小于2.0m,而由于变形缝间距过小无法进行螺栓的安装及拆除,那么对拉螺栓如何安装固定和拆除就是一个关键问题。 ⑶主背楞的间距按1.5m竖向设置(采用大钢模板) 这样主背楞的承受力为P=F*L*h=44.2×1.5×1.2=79.56(KN),则墙体底部,中间部位对拉螺栓的受力为79.56KN。 ①模板的总变形量计算: 则主楞12#槽钢墙底部的最大挠度: ωmax=0.677ql4/(100EI) =0.677×(44.2×1.5)×12004/(100×2.06×105×346.3×104) =1.3(mm) 次楞8#槽钢墙底部的最大挠度: ωmax=0.677ql4/(100EI) =0.677×(44.2×0.4)×15004/(100×2.06×105×101.3×104) =2.9(mm) 6mm厚钢板在墙底部的最大挠度(按单向板10mm宽板带计算): ωmax=0.677ql4/(100EI) =0.677×(44.2×0.01)×4004/[100×2.06×105×(10×63)/12] =0.5(mm)(实际钢板为双向支承,其挠度远小于该值)。 这样,总变形量f=1.3+2.9+0.5=4.7(mm)<5mm满足要求。 ②支座处对拉螺栓的最小净截面: A=V/f=79.56×103/215=370.0mm2。 对拉螺栓的小头截面积为615.7mm2,扣除固定插销孔的截面(A1=6×28=168mm2),这样对拉螺栓的净截面为447.7mm2满足要求。 ③插销片的抗剪切应力为: τ=V/A=79.56×103/(40×28)=71.0N/mm2 τ=71.0N/mm2 2.2.3模板施工方案的选用 在双侧剪力墙墙肢均较长的情况下,无法采用墙两端固定模板主背楞,因此只能采取工具式对拉螺栓的方法固定模板主背楞,对拉螺栓采用直径为28mm在穿墙螺栓,外设φ32PVC套管,螺栓小头端部开设插销片孔,用于插固定螺栓的插销片。 拟采取拉环式插销片,对拉螺栓插孔位置设置插孔引导槽,插销片采取固定支架,通过引导定位架和拉杆进行固定和拆除。 详见附图二。 2.2.3.1模板材料的选用比较 ⑴方案一: 以[12槽钢为主背楞(跨距2.0m),50×100方木楞(间距300),12厚竹胶合板,如果层高按3.0m计算,主背楞采取横向设置,最下一道距墙底100mm,第二道距墙底500mm,第三道距墙底1100mm,第四道距墙底1800mm,第五道距墙底2700mm。 ⑵方案二: 采用大钢模板,面板采用6mm厚钢板,小楞采用8#槽钢,背楞采用12#槽钢。 小楞设置间距按400mm横向设置。 主楞采用12#槽钢,竖向布置间距按1.5m设置,选用28mm直径的对拉螺栓(A=615.7mm2),对拉螺栓的一端设置插销片孔,用于固定插销片,插销片为5mm厚、90高、40~60宽的梯形截面。 在主楞上下设置三道对拉螺栓,第一道于墙底约0.3m处,第二道在距墙底1.2m处,第三道距墙顶0.3m处。 ⑶方案三: 变形缝模板采用高密度(30kg/m3)聚苯乙烯泡沫板,按350宽变形缝全高设置,另一侧模板按方案一设置,采取内侧撑拉结合。 2.2.3.2三种方案经济技术分析: ⑴方案一: 竹胶合板模板按6次周转计算,木枋楞及[12槽钢背楞按全程使用,墙长按14.5m、高3.0m,按22层双面模板计算成本(见下表)。 材料名称 单面数量 总量 单价 合价 加工费 备注 [12槽钢 72.5m 145 36.18 5246.1 20 3.0元/kg 50×100木枋 147m 294 9.5 2793 320 1850元/m3 12厚竹胶板 43.5㎡ 348 38 13224 穿墙螺栓 45套 45 48 2160 φ32PVC管 13.5m 297 3.67 1089.99 自攻螺钉、 卡钉 200个 125个 2000 1250 0.027 0.52 704 4*35螺钉 其它材料 50 人工费 44 30 1320 制作 机械费 43.5㎡ 348 0.792 275.62 合计成本 27202.71 木枋的残值 294*0.05*0.1 600 882 600元/m3 穿墙螺栓残值 45 10 450 [12残值 145*12.06 1.0 1748.7 残值小计 总成本合计 24122.01 ⑵方案二: 大钢模板按全高使用计算,按22层计算成本。 材料名称 单板用量 总量 单价 合价 加工费 备注 [12 45m 90 36.18 3256.2 1740 3.0元/kg [8 116m 232 24.12 5595.84 3.0元/kg -6钢板 43.5㎡ 87 21.0 1827 3.5元/kg 穿墙螺栓 36套 36 48 1728 φ32PVC管 10.8m 237.6 3.67 871.99 J422焊条 114.8 3.50 401.8 其它材料 50 人工费 660 机械费 700 施工成本小计 [12残值 90*12.06 1.0 1085.4 [8残值 232*8.07 1.0 1872.24 -6钢板残值 87*6 1.0 522 螺栓残值 36 10 360 残值小计 总成本合计 12991.19 ⑶方案三: 按22层全高,变形缝内填满聚苯板计算成本。 材料名称 单层用量 总量 单价 合价 加工费 备注 [12 72.5m 72.5 36.18 2623.05 870 3.0元/kg 50×100木枋 147m 147 9.5 1396.5 1850元/m3 12厚竹胶板 43.5㎡ 174 38 6612 自攻螺钉 卡钉 200个 125个 1000 625 0.027 0.52 352 4*35螺钉 聚苯板 15.225m3 334.95 420.0 140697 30kg/m3 其它费用 50 人工费 20 30 600 机械费 174 0.792 137.81 施工成本小计 153338.36 [12残值 72.5*12.06 1.0 874.35 木枋的残值 147*0.005 600 441 残值小计 总成本合计 152023.01 根据以上三个方案的经济分析及比较,方案一的总成本为24122.01元,方案二的总成本为12991.19元,方案三的总成本为152023.01元。 采用第三种方案的成本过高,只能适于施工缝层数小于三层、变形缝宽小于100mm的情况,第一种方案适用于层高小于12层(竹胶合板模板按6次周转使用)的情况,对于变形缝高度超过12层的宜采用大钢模板比较经济合理。 2.3第三例变形缝 2.3.1模板的设置 根据第二例变形缝的经济分析比较,对于建筑物高度小于12层(或者说周转次数不小于6次的情况下)宜采用竹胶板模板,这样比较经济合理。 但是由于变形缝宽度仅为180mm,次楞及主背楞应平卧放置,这样才能保证穿墙螺栓固定插销片的穿插及拉出,因此就必须加密次楞及[12槽钢主背楞的间距。 ⑴方案一: 用[12槽钢作为主背楞、50*100木枋作次楞、12厚竹胶合板为模板面。 主背楞竖向设置,按@1.0m平卧布置,次楞按水平@300平卧布置,穿墙螺栓设置于主楞上竖向间距为: 最下一道距墙底为0.2m、第二道距墙底0.8m、第三道距墙底1.6m、第四道距墙顶0.3m(按3.0m墙高算)。 ⑵方案二: 用[12槽钢作为主背楞、[8槽钢作次楞、12厚竹胶合板为模板面。 主背楞竖向设置,按@1.2m侧卧布置,次楞按水平@340侧卧布置,穿墙螺栓设置于主楞上竖向间距(按3.0m墙高计算)为: 最下一道距墙底为0.2m、第二道距墙底1.2m、第三道距墙顶0.4m(距墙底为2.6m)。 2.3.2模板刚度的计算复核 ⑴按三跨连续梁计算: ①主楞按螺栓间距0.8m平卧计算: 最大挠度ωmax=0.677ql4/(100EI) =0.677×(44.2×1.0)×8004/(100×2.06×105×37.4×104) =1.59(mm) ②主楞按螺栓间距1.2m侧卧计算: 最大挠度ωmax=0.677ql4/(100EI) =0.677×(44.2×1.2)×12004/(100×2.06×105×346.3×104) =1.04(mm) ⑵次楞的最大挠度: ①按木枋楞计算: ωmax=0.677ql4/(100EI) =0.677×(44.2×0.3)×10004/[100×900×(100×503/12)] =95(mm)(远远超出范围,不可用) ②按[8槽钢侧卧计算: ωmax=0.677ql4/(100EI) =0.677×(44.2×0.3)×12004/(100×2.06×105×101.3×104) =0.89(mm) ⑶胶合板的最大挠度(按10mm宽板带计算)ωmax=0.677ql4/(100EI) =0.677×(44.2×0.01)×3004/[100×6.0×103×(10×123/12)] =2.8(mm)(实际胶合板为双向支承,其挠度远小于该值) 根据以上计算,采用[12槽钢、[8槽钢次楞侧卧的最大挠度为4.73mm,符合要求。 2.3.3模板的加工制作 主、次楞均采用槽钢侧卧布置,主楞按墙全高设置,次楞按主楞间隔与主楞间采用焊接连接,竹胶板与次楞间采用平头自攻螺丝(4*35)固定。 施工时按照主楞竖向设置,按@1.2m侧卧布置,次楞按水平@340侧卧布置,先将主次采用电焊连接好,再进行次楞与竹胶合板间的连接。 由于槽钢无法采用螺丝钉固定,因此在[8槽钢内侧按螺丝固定的距离设置连接木块,采用50*50*100的木块作为槽钢与竹胶合板间的连接块,自攻螺丝的固定间距不宜大于700mm,具体间距应根据布置尺寸弹线确定。 采用4mm电钻根据弹线,先在竹胶合板上及槽钢上钻出螺丝孔,钻孔深度宜刚穿过槽钢为度。 在胶合板面螺丝平头处略作扩孔,然后用螺丝刀将自攻螺丝拧紧,应将螺丝头至少拧至与胶合板面平。 在螺丝全部拧紧后,对螺丝头处用石膏腻子将其与模板面修抹平整,对模板接缝也可采用石膏腻子刮抹平整,然后用细木砂纸打磨光滑。 对拉螺栓(直径28mm)的布置如下: 距墙底0.2m设置一道,第二道距墙底为1.2m,第三道距墙底2.6m(即距板顶下0.4m)。 在模板制作好后,根据穿墙螺栓的布置距离,在模板上开设穿墙螺栓孔(槽钢主楞上可预先进行开孔,并在开孔侧增加焊接一块100长的[12槽钢加强块),穿墙螺栓的孔的直径宜为34mm(采用φ32的PVC套管)。 由于剪力墙较长,为了能在塔吊的额定起吊的范围内、又方便施工,根据模板的自重(墙长按12m计算,每块模板的重量约为: 1.8t),(每块模板自重G=11×3.0×12.06+10×12×8.04+12×3.0×0.012×103=1794.8 kg)。 应在模板的上端设置吊环,以便于模板的安装和拆除。 吊环采用φ16钢筋,其抗拉强度为215N/mm2,吊环所受拉力为: σ=N/A=14150/(3.14×82)=70(N/mm2)<215N/mm2。 为了模板吊运的平衡,在模板顶端设置双吊环,吊环与主背楞[12槽钢焊接,吊环位于模板的1/3宽度位置。 2.3.4模板的安装、拆除 在剪力墙钢筋绑扎前,应对墙侧混凝土顶面进行检查,发现侧面有凹凸不平的应采取修理处理(剔凿或修补),减少合模后产生漏浆的几率。 在施工剪力墙钢筋绑扎完毕后,先吊装变形缝侧的模板(模板底部侧面宜粘贴海绵条),吊装时应采用拉钩(通过穿墙螺栓孔),将模板紧靠控制边线位置后缓慢放下,在模板降至墙底侧的模板托架上(预留短钢筋头)后,将模板顶部与对侧剪力墙作临时撑拉。 钢筋验收合格后,先在钢筋网架上绑扎墙厚控制垫块,再吊装内侧模板并定位,然后将两模板扶直,通过模板上的穿墙螺栓孔,穿PVC套管和穿墙螺栓,PVC套管的长度应大于墙体厚度约60mm左右。 为了确保穿墙螺栓的位置的正确一致,在进行楼面混凝土浇筑时,在变形缝侧设置的短钢筋头托架的标高必须控制好(根据内外侧模板的高度和留孔位置确定)。 穿墙螺栓穿过后,应根据墙厚及模板厚度,调整好穿墙螺栓的插销孔方向和外伸长度,以保证外模板侧的拉销式钢板插销片能顺利插入插销孔内。 固定螺栓的插销片插好后,进行模板内侧穿墙螺栓的紧固。 在所有螺栓紧固好后,调整内侧模板的垂直度,合格后方可进行模板报验。 (模板支设、插销片安装见附图二) 模板在安装使用前必须涂刷脱模剂,并且在模板拆除吊出后及时对模板面进行清理。 吊运出的模板宜放置于固定支架上,以防止模板变形或倾倒,支架必须搭设牢固。 3、低层结构变形缝的施工方法 3.1高层与裙房间的变形缝 3.1.1变形缝宽≤100mm时模板的施工方法: 先行施工一侧剪力墙,待拆模后进行另一侧剪力墙的钢筋施工,然后在变形内填塞与缝同厚的聚苯板(容重不应小于27kg/m3),再进行后施工侧的内侧模板,内侧模板采取拉撑结合(以撑为主)的方法进行支设。 在混凝土浇筑施工时,应防止泵送混凝土直接冲击聚苯板,应采用导槽作为混凝土浇筑的下料口。 3.1.2地下室沉降变形缝(且缝较宽时)的模板施工方法: 先行施工一侧剪力墙(宜先行施工高层一侧,这样高层一侧聚苯乙烯保温板可与剪力墙整体浇筑),另一侧等先行施工一侧模板拆除后,采取砌砖墙作为隔离模板,高层一侧剪力墙外侧设置一道30~50厚聚苯乙烯泡沫板(应选用高密度聚苯板),一方面作为保温层用,另一方面起到隔离作用。 施工做法见附图三 3.1.3变形缝(伸缩缝、沉降缝)较宽时的模板施工方法: 如果设计不允许变形缝内用砖模时,可采取如下方法施工: 在变形缝两端用模板封闭,变形缝中间填塞砂子或粘土,后浇部分采取分离式模板,模板之间采用预制混凝土控制块控制墙体厚度,预制混凝土块的间距按@1000布置,后浇部分模板采取内撑法进行支撑。 (施工方法见附图四) 施工步骤为,在对侧剪力墙模板拆除后,且后浇侧剪力墙钢筋验收合格后,安装靠变形缝一侧墙体外模板,外模板采取预先拼接成整体后吊放到位,墙体底部应设置墙体定位筋,以控制模板位置,然后在剪力墙钢筋上绑扎墙体厚度控制块,在绑扎控制块时应对缝侧模板采取临时撑垫,并对
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