Y型柱与悬挑大斜梁的施工方法 技术领域
本发明属于大型建筑物梁柱施工方法，尤其是具有悬挑大斜梁的建筑物梁柱的施工方法。
背景技术
随着时代的进步，大型建筑的设计越来越新奇，设计中大量采用各种最新的科研成果，创新之举层出不穷。大型体育场馆的设计中多采用悬挑式大斜梁，这种设计中的大斜梁标高可近四十米，悬挑部分长近十米，它使体育场馆挺拔，壮丽，雄姿勃发。同时，这些新颖的设计也为体育场馆的施工带来了种种的难题，对建筑施工行业提出了严峻地挑战。巨大的悬挑梁在施工过程中，混凝土自重产生的轴向压力和水平推力都是巨大的，靠常规方法的模板和其它支撑体系来抗衡，难度极大，安全系数不高，而且成本高昂。
发明内容
针对现有技术中的难题，本发明的目的是提供一种Y型柱与悬挑大斜梁的施工方法，它既能保证施工安全，又能保证工程质量，还能极大地节约建设资金。
本发明的目的是这样实现的：Y型柱与悬挑大斜梁的施工方法，包括常规的扎制钢筋，支设模板，模板外设置支撑体系，浇注混凝土，脱模，混凝土养护等工序，其特别之处在于：所述的混凝土浇注采用了一种分段联合施工的方法，即将Y型柱与悬挑大斜梁由地面向上分为数段依次进行混凝土浇注，每段与其相邻接的楼板、梁、柱及其它的混凝土结构联合在一起同时浇注施工，使它们互相连接为一体，共同抵抗大斜梁自重产生的轴向压力和水平推力；所述的模板外支撑体系是采用碗扣式多功能脚手架和普通扣件脚手架配合组成的联合脚手架体系，通过对大斜梁自重和水平推力的计算来设置脚手架的疏密程度，保证每根立杆的允许应力大于其应承载的竖向传递荷载；在联合脚手架体系搭建好后，先进行加荷试验，依据试验结果对沉降或位移进行调整后再进行混凝土浇注。
本发明的混凝土浇注采用的分段联合施工方法的分段及联合的方式如下(如附图1中带圆圈数字所示)：
第一段、由地面至二层楼梁底5-10mm高度内的Y型柱立柱、边柱及楼层梁柱；
第二段、由第一段上表面至二层楼板面高度内的Y型柱立柱、边柱及二屋楼板；
第三段、由第二段上表面至四层梁下5-10mm高度内的Y型柱立柱、边柱及一层看台的梁、柱、楼板；
第四段、由第三段上表面至第四层楼板面高度内的Y型柱立柱和第四层梁及楼板、边柱和第三层楼立柱及楼板；
第五段、由第四段上表面至大斜梁的下段；
第六段、由第四段上表面至Y型柱分叉上20-25mm；
第七段、由第六段上表面至大斜梁底面高度内的Y型柱向内分叉；
第八段、大斜梁中间段；
第九段、由第六段上表面至大斜梁底面高度内的Y型柱向外分叉；
第十段、大斜梁上段。
施工方法所述的第七段和第九段可以同时施工，第四段中的边柱和第三层楼立柱及楼板的施工可以和第三段同时进行。
所述的联合脚手架体系中，Y型柱分叉以内即末悬挑部分的大斜梁支撑采用普通扣件式钢管脚手架；Y型柱悬挑大斜梁投影区域的模板支撑采用腕扣式多功能脚手架，水平杆采用双钢管、双扣件固定；从二层平台往上至梁板底设置环向和径向轴线支撑，环向支撑每跨设置3-5道，从分叉往上加设2-4道水平支撑，垂直支撑上部与斜梁支撑横杆箍紧，下部与脚手架水平杆箍紧；每2-6跨设置一个剪力撑。
本发明的施工方法是从最新设计的Y型柱和悬挑大斜梁的具体工程的实施中创造出来的，分段联合施工的方法是依据对构件的受力情况科学计算、分析后创造出来的方法，Y型立柱、边跨柱与相关的楼板、楼板梁、楼层柱及其它的混凝土结构同时施工使Y型立柱、边跨柱与楼层等连成一体，解决了大斜梁自重对立柱和边柱的轴向压力和水平推力的难题，大斜梁分为三段施工，确保了施工的绝对安全可靠。悬挑部分的施工脚手架采用了最新研制出的腕扣式多功能脚手架，这种脚手架搭设方便，固定牢固，不易变形，而且，在Y型分叉之上部位进行了加密设置，保证了大斜梁的施工质量和安全可靠；在大斜梁的未悬挑部分采用普通的钢管脚手架与腕扣式脚手架相配合使用，节约了工程开支。大斜梁施工之前进行的加荷试验，及时解决了支撑体系的微小下沉和位移，保证了大斜梁的定位准确，为下道工序创造了有利条件。
【附图说明】
附图1是Y型柱与悬挑大斜梁施工分段情况示意图；
附图2是Y型柱与大斜梁支撑体系示意图；
附图3是附图2的1-1剖面示意图；
附图4是环向、径向支撑示意图。
附图中标记分述如下：1——Y型柱立柱；2——边立柱；3——大斜梁下段；4——大斜梁中段；5——大斜梁上段；6——分叉处；7——内分叉；8——外分叉；9——施工缝；10——四层楼梁；11——二层楼板；12——三层楼板；13——四层楼板；14——一层看台；15——一层看台立柱；16——通长脚手架；17——双扣件；18——剪力撑(每四跨设置一个)；19——双立杆；20——环向支撑位置；21——径向支撑位置；22——架子搭设处；23——楼层梁柱。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。某体育场工程为全国第三大规模的工程，其工程采用Y型柱、阶梯式大斜梁作为主要结构支承系统。附图1-4所示，Y型柱垂直段高13.7m，斜叉处标高分别为20.5m和27.9m，柱截面最大处为1000×5618mm，56根混凝土柱通过阶梯式斜梁支承全部看台和上部结构，大斜梁轴向长40m，为变截面梁，其最大截面为1200×2840mm，大斜梁的标高最低点为12.70m，最高点为37.03m，倾角为33.13度，悬挑长度为8.68m。
此Y型柱和阶梯式大斜梁的施工的第一个难点是：如何抵挡混凝土施工过程中混凝土自重对大斜梁下端部产生的轴向压力和水平推力(即对边跨柱的弯距)。实际计算得到：混凝土自重产生的轴向力F＝1.2×2.84×2500×40×sinα＝186724kg≈1867KN；对边跨柱上部的水平剪切力为N＝F×cosα＝1561KN。对此，本发明的发明人依据“穿高跟鞋”的原理，提出了分段施工的方法，分段施工的顺序如附图1中带圆圈的数字顺序所示；各段的柱、梁与混凝土楼板、楼板梁、楼层柱等同时施工，使它们连为一体，共同抵抗大斜梁混凝土施工时产生的水平推力。当前一段混凝土达到一定强度后(即足以抵抗大斜梁混凝土施工时产生的水平推力时)，再施工其上部段的混凝土，可确保大斜梁混凝土施工的绝对安全可靠。大斜梁又分为上中下三段来施工，按这种方法施工，在第8段施工时(大斜梁中端)，其产生的水平推力减少为：N＝1.2×2.84×2500×19×sinα×cosα＝74148kg≈742KN。根据设计值，混凝土浇注龄期为3天时，边跨柱上部的抗剪力约为F＝1000×1600×1.677＝2683KN；抗剪力F＞水平推力N，结构安全。
此Y型柱和阶梯式大斜梁的施工的第二个难点是：如何平衡大斜梁上部，即悬挑部分在混凝土施工过程中产生的水平推力。本发明的发明人采取的方法是：用φ48×3.5脚手管搭设满堂红脚手架，立杆间距和横杆排距分两种情况搭设；其一是在该工段产生倾覆力最大的位置——悬挑大斜梁投影区域内的模板采用最新科研成果的腕扣式多功能脚手架，其支撑间距：框架梁及环梁为300×600梁宽方向为300，梁长方向为600)，立杆步距在Y型柱分叉以下为1800，分叉以上为900。其水平杆与已浇的混凝土柱连接采用双钢管，双扣件固定。为保证架体的整体稳定，在纵横轴线从二层平台往上至梁板底设置环向和径向垂直支撑，环向支撑每跨设置四道，钢管间距为φ48×3.5@1500×1500，同时从分叉往上设置三道水平支撑，钢管间距为φ48×3.5@3000×3000，垂直支撑上部与斜梁支撑横杆箍紧，下部与脚手架水平杆箍紧。其二是Y型柱分叉以内未悬挑部分的大斜梁的支撑采用普通钢管脚手架。
对以上方案验算如下：
斜挑大梁自重(取较大断面梁段)：q＝1.2×2.84×2500＝8.52t/m
折算成水平投影荷载为：q1＝q/cos33.13°＝10.19t/m
模板自重(以30kg/m2计)折算成水平投影荷载为：
q2＝(1.2+2.84×2)×0.03/cosα＝0.24t/m
脚手架的搭设为：立杆间距0.3m，排距0.6m，步距1.8m，取1m×2m为单元进行计算，立杆高取25.0m，则：
q3＝[(25.2×7+2.5×7+15×0.6)×3.84+7×16×1.5]/0.6＝1.58t/m
施工活荷载取q4＝300kg/m
脚手架中每根立杆的竖向传递荷载：
N1＝1/7[1.2(q1+q2+q3)+1.4q4]×0.6＝1.27t
立杆验算：u取1.25，L＝uL0＝1.25×180＝225cm，r＝1.58cm，
f＝205N/mm2；查表得φ＝0.337
每根立杆的允许应力为：
[N]＝φAf＝0.337×489×205＝33782N＝3.35T＞N1，满足要求
在施工大斜梁前进行加荷试验，一则消除初始形变，二则检查是否有位移。用相当于混凝土、模板重量的成捆钢筋，分批加载进行预压，检查结果，未发现位移情况，仅有0.5～1.3cm的沉降，调整后进行正式浇注。拆模后检查未发现明显沉降。
本实施例显示，以上方案保证了施工安全，保证了工程质量，达到了清水混凝土的要求，混凝土大斜梁未发生位移，挠度也在允许范围内，构件表面清晰、美观、棱角方正。
本发明的方法适用于类似的具有悬挑大斜梁与Y型立柱的大型场地结构的施工。