简支转连续超高大跨非标钢筋桁架楼承板施工技术*

吴 智，何昌杰，吕基平，陈方杰，李 璐

(1.中建五局第三建设有限公司，湖南 长沙 410004; 2.中国建筑第五工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

1 工程概况

长沙湘江欢乐城冰雪世界项目为一个依托百米深矿坑建造的钢-混凝土组合结构。其主体结构包括3部分：立于坑底的大截面钢筋混凝土柱及剪力墙竖向支撑；中部主功能区的16.000m标高平台(离坑底最深处达60m，采用大截面钢筋混凝土箱形梁及工字梁)；平台上部由钢柱及空间网格结构形成钢结构屋盖，其上为水乐园。本文重点介绍空间网格屋盖钢筋桁架楼承板的施工技术。

屋盖由南北径向主桁架、东西向次桁架相互贯通形成网格体系，环桁架收边，共3部分(见图1)。其中主桁架采用组合桁架体系，贯穿屋盖结构；次桁架采用单片桁架体系；环桁架为三角桁架体系，环抱屋盖结构。主桁架和次桁架主要由箱形截面组成，环桁架由圆管截面和箱形截面组成。

图1 屋盖空间网格钢结构整体三维示意

本工程屋盖平台与16.000m标高平台高差为35m，屋盖平台面积约29 000m2，板厚250mm,次梁间距5 800～ 6 000mm。采用目前国内最大跨TD9-220型钢筋桁架楼承板，板宽为600mm(见图2)，每延米质量为20kg/m2，经计算，单跨楼承板最大无支撑净跨为 5 200mm，无法满足现有楼承板自承跨度施工要求；若按多跨连续板设置能满足本工程跨度需求，但按单块多跨楼承板设置其质量过大无法搬运，且楼承板过长易在加工及运输过程中产生过大变形，损伤楼承板，因此若以单块单跨楼承板进行铺设，无论是从楼承板本身保护还是从工人操作便捷性方面考虑都是合理选择。但单跨楼承板净跨大于 5 200mm，在浇筑混凝土时需对楼承板设置临时支撑或采取加强措施保证其跨中挠度满足施工要求。为此对于钢筋桁架楼承板跨度超出其常规最大承载跨度的问题，通过多种钢筋桁架楼承板加固施工方案比选，确定采用施工简单、经济合理、安全可靠的超高大跨非标钢筋桁架楼承板施工技术。

图2 钢筋桁架模板大样

2 钢筋桁架楼承板加固施工方案对比

2.1 楼承板跨中搭支撑架形式

当施工区域内简支跨度大于其最大承载跨度时，可通过在跨中设置脚手架支撑来减小其跨距(见图3)。具体施工流程为：材料转运至现场→弹线、定位→摆放扫地杆和立杆并扣紧→安装横杆并扣紧→设置斜撑杆→重复上述步骤安装2层及以上脚手架→安装顶托、支撑楼承板→绑扎防护及布置挡脚板。

图3 满堂架支撑示意

本方案优点为：脚手架搭设工艺简单，不需要动火动焊；有利于楼层下部支架、管道、线路安装及涂料施工。但冰雪世界项目屋盖平台距离下部16.000m标高平台高度为35m，脚手架搭设区域面积29 000m2。 其缺点在于：脚手架支撑体系措施量大，搭设费时、费力，不利于保证楼板的施工进度；搭设脚手架支撑占用大量空间，会影响屋盖桁架钢结构在平台上的拼装，且预计会产生900万元以上的措施费用，经济性较差。

2.2 钢梁两侧三角架支撑形式

依据楼承板设计跨度不超过5.2m的原则，通过在次梁两侧设置三角架支撑来减小大跨距楼承板的实际受力跨距(见图4)，从而使得施工满足要求。

图4 三角架支撑示意

1)支撑构件采用∟70×5，主要包括加强角钢、悬挑角钢、斜撑角钢、水平连接角钢。

2)加强角钢的内角贴合焊接于钢桁架(或钢梁)上，悬挑角钢焊接于加强角钢上，斜撑角钢与悬挑角钢外伸端焊接，并呈45°向下支承于钢桁架(或钢梁)上。

3)相邻三角架间距为600mm，悬挑端采用水平连接角钢，不仅增加承载力，而且加强三角架之间的整体性。

具体施工流程为：材料转运至屋盖平台→焊接加强角钢→焊接悬挑角钢→焊接斜撑角钢→焊接水平连接角钢→铺筑楼承板。

三角架支撑的优点在于：承载力大，能满足较大的荷载需求；总体成本较低，施工可操作性强。但其缺点在于：安装及焊接等高空作业较多，存在较大风险，需加强安全措施；在主体结构上施焊，需征求设计单位的同意；角钢数量及焊接数量多，施工速度慢，不利于本工程施工进度的开展。本方案预计产生750万元以上的措施费用，成本较大。

2.3 梁面立柱拉结加固形式

立柱拉结加固的主要措施如下：

1)采用高度为2m的I16立柱，将其单排竖立焊接在钢桁架(或钢梁)中部，纵向间距600mm。

2)采用长约2.4m的φ16钢丝绳拉结楼承板上的钢筋，与钢筋连接端采用挂钩和M16-00型花篮螺栓进行调节，挂钩在浇筑时直接埋入混凝土中，外露部分后期切割。

3)每个立柱两侧各布置3根钢丝绳，拉杆端头的挂钩间距为200mm。

4)为加强立柱的稳定性，在立柱高1m处采用∟50×3设置横向连系(见图5)。

图5 立柱拉结加固示意

主要施工流程为：材料转运至屋盖平台→弹线、定位→竖立钢柱并焊接底部→焊接钢柱顶部连接钢板→穿挂钢丝绳→穿挂花篮螺栓和挂钩→挂钩与楼承板钢筋连接→调节花篮螺栓控制楼承板高度。

本方案通过钢丝绳将楼承板跨中部分荷载转移至立柱上，直接由钢桁架(或钢梁)来承担，有效减少了施工时楼承板跨中的位移。但钢丝绳及挂钩等在平面上布置多，可能对混凝土的浇筑及振捣产生一定影响；并且挂钩与楼承板钢筋拉结，在混凝土落差较大或堆载过高时，可能会将钢筋与钢板的焊接点拉开，导致钢板脱落。通过计算，本方案预计产生700万元以上的措施费用，成本较高。

2.4 楼承板简支跨转为连续跨加固形式

通过将钢筋桁架楼承板设计为连续跨布设，在其支座处产生负弯矩，从而减小跨中的弯矩与挠度。但考虑到楼承板由人工铺设，直接布置多跨楼承板质量过大无法施工，因此仅能以单跨楼承板进行铺设，再通过短钢筋与桁架楼承板上下弦钢筋焊接将简支跨转为连续跨，从而解决楼承板跨中挠度大、容易下挠失稳的难题。在支座处增加附加钢筋解决支座负弯矩带来的板面开裂难题(见图6)。

图6 简支跨转连续跨钢筋楼承板示意

本方案既能保证超长钢筋桁架楼承板工人安装的可操作性和高工效性，又能保证钢筋桁架楼承板下部免支撑情况下施工荷载加载时作业人员的安全，有效控制钢筋桁架楼承板跨中挠度及梁板交界处的开裂，能很好满足本项目现场施工要求。且本方案的措施费用控制在200万元以内。

4种方案的适用性对比如表1所示。楼承板简支跨转为连续跨加固形式远远优于前3个方案，且经济合理，施工作业环境安全。

表1 加固施工方案对比

3 钢筋桁架楼承板简支跨转为连续跨施工工艺

为解决长沙湘江欢乐城冰雪世界项目中屋盖钢筋桁架楼承板板跨过大的问题，通过使用短钢筋将相邻简支跨钢筋桁架楼承板主筋进行焊接，使其转换为连续跨钢筋桁架楼承板，有效控制了钢筋桁架楼承板的跨中挠度，有效保证了施工作业面及作业人员安全。具体施工步骤如下。

3.1 钢筋桁架楼承板铺设

楼承板铺设前，按图纸所示的起始位置测出铺板时的基准线。对准基准线，安装第1块板，并依次安装其他板。楼承板连接采用扣合方式，板与板之间的接缝应连接紧密，保证浇筑混凝土时不漏浆，同时注意排板方向要一致。跨间收尾处若板宽不足600mm，可将钢筋桁架楼承板的镀锌钢板沿钢筋桁架长度方向切割，切割后板上至少有1榀或2榀钢筋桁架，不得将钢筋桁架切断，防止楼承板镀锌钢板与腹杆钢筋脱离，钢筋桁架楼承板垂直于钢梁处，板端部搁置钢梁上的搭接长度≥100mm。

3.2 板端竖向加强筋与钢梁焊接

待所有钢筋桁架楼承板铺设完毕后，使用电焊机将钢筋桁架楼承板的板端竖向加强筋焊接于钢梁上部，使钢筋桁架楼承板传力到钢梁上，增强钢筋桁架刚度，临时固定钢筋桁架楼承板，焊缝高度为6mm。

3.3 栓钉焊接固定

栓钉穿透钢筋桁架楼承板镀锌钢板焊接在钢梁上，栓钉焊接前应对瓷环进行烘焙；栓钉焊接根部焊脚应均匀，焊脚立面局部未融合或不足360°应进行修补；栓钉焊接完成后进行弯曲试验，焊缝和热影响区不得有肉眼可见的裂纹。

3.4 短钢筋将两相邻简支跨主筋相连焊接

钢筋桁架楼承板栓钉焊接固定后，在相邻简支跨楼承板之间使用与楼承板桁架上弦钢筋、下弦钢筋等直径、同等材质的短钢筋搭接焊接，搭接焊长度10d(d为钢筋直径)，使简支跨楼承板连接成连续跨形成整体板块，支座处产生负弯矩增强楼承板受力，跨中挠度变形小。

3.5 布结构板通长钢筋

待钢筋桁架楼承板铺设一定面积连接固定之后，按照设计图纸要求开始绑扎结构板垂直桁架方向通长钢筋，平行桁架方向通长钢筋采用绑扎搭接，形成双层双向楼承板结构，以防止钢筋桁架侧向失稳。

3.6 布板支座附加钢筋

板支座附加钢筋底筋与通长钢筋底筋一起绑扎。附加钢筋面筋在通长钢筋面筋绑扎完成后开始布设，与垂直于钢梁方向通长钢筋面筋隔一布一，采用扎丝绑扎。确保支座两侧的钢筋桁架楼承板形成整体受力，防止钢筋桁架楼承板简支跨转为连续跨后支座处负弯矩带来板面开裂。

3.7 检查验收

待所有楼板钢筋及制作钢筋绑扎完成后形成如图6所示结构，针对各构(配)件进行检查，对位置、加固方式、紧固方式等进行检查验收。钢筋桁架楼承板验收合格后再进行楼板混凝土浇筑，在浇筑混凝土时，不得直接对准楼承板进行冲击，应从支座处进行铺放然后向四周摊开。

4 钢筋桁架楼承板施工阶段验算

4.1 单跨简支板模型施工阶段验算

当直接布置钢筋桁架楼承板不采取相应加固措施时，可通过单跨简支板的计算模型对其进行挠度验算。以最短跨5.8m跨度的钢筋桁架楼承板为例进行验算。

5.8m单跨简支板参数为：计算跨度L0为 5 800mm，楼板厚度h为250mm，计算宽度b为200mm，钢筋弹性模量Es为 200 000MPa，混凝土容重γ为25kN/m3，截面惯性矩I0为4 260 700mm4。

根据CECS 273∶2010《组合楼板设计与施工规范》计算如下。

施工阶段桁架挠度：

工况1：f1=25.072mm

工况2：f2=24.596mm

施工结束后：f=25.072mm

挠度最大值：

根据《组合楼板设计与施工规范》，挠度限值取fmax与20mm中较小值，即挠度限值为20mm。最大挠度25.072mm，大于挠度限值，不满足规范要求。

4.2 多跨连续板模型施工阶段验算

通过短钢筋与桁架楼承板上下弦钢筋焊接将简支跨转为连续跨，在支座处产生负弯矩，减小跨中弯矩与挠度，从而解决单跨简支情况下挠度过大的问题。以下为本项目最大跨6m跨度连续板模型验算过程(计算跨度L0=6 000mm)。

施工阶段桁架挠度：

工况1：f1=11.489mm

工况2：f2=11.802mm

施工结束后：f=11.802mm

挠度最大值：

挠度限值取fmax与20mm中较小值，即挠度限值为20mm。f1，f2,f均小于20mm，所以挠度满足规范要求。

5 结语

简支跨转连续跨钢筋桁架楼承板施工技术成功应用于长沙湘江欢乐城冰雪世界项目，克服了非标超重钢筋桁架楼承板采用人工搬运施工难以就位难题；解决了非标超长钢筋桁架楼承板简支跨跨中挠度过大难题。该技术施工方便，操作简单，安全可靠，提高效率，降低材耗，缩短工期，为超高大跨非标现浇混凝土钢筋桁架楼承板免支撑施工提供了现实案例。