关于大跨度现浇钢筋混凝土梁起拱的探讨

刘逸文, 张文宇, 周 亮, 周嗣牧, 王 盖

(中国华西企业股份有限公司第十二建筑工程公司, 四川成都 610081)

0 引言

随着建筑行业的蓬勃发展,现代建筑已不再仅仅局限于满足使用功能的要求,而更进一步追求新颖的造型、宽敞明亮的空间以及开阔的视野,因此,在确保工程质量和安全前提下,对结构设计的要求也逐渐提高。为此,设计通常采用大跨度现浇钢筋混凝土结构的形式。本文就某综合楼建设项目大跨度现浇混凝土梁体的起拱进行简要介绍,对其起拱高度、起拱方式以及起拱效果进行分析,以提高大跨度钢筋混凝土结构施工中的安全和质量控制能力,供类似工程参考。

1 工程概况

大渡河流域上段生产管理中心营地建设工程地处四川省阿坝州金川县。工程占地面积约4 000 m2,设计建筑面积总计23 301.74 m2(其中新增建筑面积19 198.40 m2,保留改造已有办公楼面积4 103.34 m2,包含办公、公寓(宿舍)、文化活动及其他相关配套建筑。

该项目拟建地上建筑为1栋综合楼,包括1座3层、1座4层裙房和1座16层塔楼。16层塔楼最大建筑高度59.65 m,采用框剪的结构形式,剪力墙二级、框架抗震等级三级;3层裙房最大建筑高度14.10 m,采用框架结构形式,框架抗震等级三级,有局部地下室;4层裙房最大建筑高度17.35 m,采用框架结构形式,框架抗震等级三级。裙房区域结构设计采用了大跨度梁的形式来满足空间造型,框架梁的最大跨度达到26.80 m,应根据设计和规范要求进行起拱。

2 起拱原理

通常来说,起拱从原理上可分为两大类,即施工起拱与设计起拱。

2.1 施工起拱

在钢筋、混凝土的自重以及施工荷载等作用下,模板及支撑系统可能存在一定量的沉陷或变形,为了消除此部分变形,施工时将模板按照要求进行一定的起拱,此类称为施工起拱。模板拆除后,施工起拱值在理想情况下应被抵消,梁体成水平状态。

2.2 设计起拱

钢筋混凝土受弯构件的最大挠度应满足规范要求,而大跨度受弯构件挠度计算值容易偏大,其刚度不易控制,通常采用增大构件截面高度或增加含钢量等方法加以控制,但这些方式对大跨度构件来说影响其使用空间且经济上也不合理,因此,借助模板起拱进行补偿设计来满足结构设计规范的挠度极限值是较为有效的方式之一,此类称为设计起拱。

3 起拱值

关于起拱取值,规范相关规定有:

GB50010-2010《混凝土结构设计规范》中3.4.3条规定:如果构件制作时预先起拱,且使用上也允许,则验算挠度时,可将计算所得挠度值减去起拱值[1]。

GB50666-2011《混凝土结构工程施工规范》中4.4.6规定:对跨度不小于4 m的梁、板,其模板施工起拱高度宜为梁、板跨度的1/1000～3/1000。起拱不得减少构件的截面高度[2]。

关于起拱值的选取,有些设计在图纸中虽描述了起拱,但未明确该起拱值是为了补偿结构设计中的最大挠度值还是施工时应考虑的模板起拱,亦或是两者结合,导致施工方取值错误,可能由此造成起拱高度不够,结构出现明显下挠,甚至产生裂缝,影响结构的外观及使用功能,更有甚者会对结构安全性产生影响。也有可能造成起拱高度过大,结构完成面超过设计值,表面平整度误差过大,影响后续装饰装修等工序。而起拱时,钢筋也同样有一定起拱度,若起拱值过大,钢筋无法恢复原状,将一定程度影响其抗拉性能的发挥。

故在施工前,施工方与设计方应及时沟通,明确图纸中关于起拱的描述,是仅仅在结构设计中对挠度控制需要的起拱高度还是也包括验收规范规定的施工时应考虑的起拱高度[3],这是保证后续起拱施工质量的前提。

本工程设计总说明中对于起拱的描述:“当板短向跨度不小于3 m时,模板应按短向跨度的2‰～3‰起拱;当梁净跨大于5 m时,模板应按跨度的2‰～3‰起拱,跨高比大者取大值;悬挑梁当L≥2 m时,起拱3‰。”对于大跨度悬挑梁(跨度不小于7.5 m),设计在梁图中标注梁端起拱45 mm。通过与设计人员沟通,图纸中的起拱参数已包括补偿结构下挠的起拱值以及验收规范规定的施工时应考虑的起拱高度,不需要再次叠加起拱值。

4 起拱方式

关于现浇梁起拱方式的问题,已经有总结许多的施工经验,主要分为几种。

4.1 减拱法

该种方式仅仅在梁底部进行起拱,而梁顶保持水平,如果混凝土浇筑完成后,起拱值大部分未被完全抵消,这会使梁截面高度有所削弱,梁的强度和刚度均有所降低,致使跨中承载能力降低,此时跨中截面的承载力应进行验算,如图1所示。

图1 减拱法示意

4.2 增拱法

该种方式,在保证梁截面高度不变,梁顶随梁底部同时起拱,这样不会降低梁的强度和刚度,如图2所示。

图2 增拱法示意

根据经验,采用减拱法无论钢筋是否同样起拱,都会减小梁跨中的有效截面高度,致使梁体强度和刚度降低。而增拱法则不会减小有效截面高度,也不会导致强度和刚度的降低,但若是钢筋不同时起拱的话,箍筋的尺寸是逐渐变化的,这给施工带来诸多不便,而钢筋同时起拱可以有效避免这种问题。钢筋同时起拱的增拱法,在不降低设计承载力的基础上,更加利于施工,是目前最合理的起拱方式之一。因此对于大跨度结构,应采用钢筋同时起拱的增拱法。

5 施工控制

就大渡河流域上段生产管理中心营地建设工程而言,跨度不小于8m的梁体起拱,采用圆曲线矢高法计算大跨度梁体的起拱值,以跨中为中心,两侧对称均匀弧线形起拱,根据模板支撑方案将梁下立杆定位,其顶端对应各点即为弧线上各点。以跨中至梁边立杆为弦,可以得出弦中点矢高(1/4跨中立杆标高),然后依次加密弧上各点,最后连接成完整的弧线,这样可以得出梁下相应立杆顶的标高。

现场利用高精度水准仪加红外线配合的方式进行测量,双向校核大跨度梁起拱高度。使用中轴线法,先确定中轴线梁底支架立杆标高。按柱子上弹好的标高控制线铺好底模,根据计算出的各支架立杆标高,通过旋转调节立杆的可调托座外露丝杆长度,调整底模高度,使用测量仪器校核跨中两侧立杆标高,校核无误后,分别向中轴线梁两侧引测模板支架立杆标高,每道梁均要校核跨中两侧对称立杆标高。最后沿次梁方向,校核同一排支架立杆的标高,提高测量精度。双向校核,形成网格测量,确保各主梁各起拱高度一致。

6 效果分析

当结构设计无需起拱来补偿使用荷载下的挠度值时,最理想状态是拆模后梁体产生的下挠正好与施工起拱值抵消。

本项目模板采用木胶合板，支撑材料采用承插型盘扣式脚手架，在按照设计要求起拱后，在达到规范要求强度下，拆除模板，现场技术人员采用水准仪随机对大跨度梁标高进行测量。测量结果显示，拆除模板后，梁顶的标高不是全部刚刚好恢复至水平状态，而存在部分向下产生挠度，部分向上残留拱度，但是误差值不大，起拱总体上达到了设想效果。

出现上述结果的原因有很多,本工程可能的原因见表1。

表1 缺陷原因与防治措施

7 结束语

结合上述分析可知，对大跨度现浇钢筋混凝土梁体，相较于其他提高刚度和强度的方法，起拱是更加经济有效的措施，可达到减小结构梁高，降低层高，利用空间，节约工程造价之目的[4]。在确定起拱高度的时候，应正确理解设计和规范对于起拱值的界定，及时与设计者沟通，合理取值。

起拱所采用的方式不能削弱削弱梁截面高度,不得影响梁体的承载能力,建议以钢筋同时起拱的增拱法为宜。