北京某大型工程超高独立的柱核心筒施工方案.docx
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北京某大型工程超高独立的柱核心筒施工方案
超高独立柱、核心筒施工方案
1工程简述
本工程中入口大厅有部分混凝土结构柱及核心筒独立高度较高，给施工带来了一定的难度。
超高独立柱、核心筒概况见表1所示.
表1超高独立柱、核心筒概况
序号
位置
柱截面尺寸、核心筒
标高
净高
备注
1
A4区
JZ3、KZ25（1000×1000）
+3.225m～+26.8m
23m
JZ1、JZ3型钢混凝土柱
2
A5区
JZ1、KZ20（1000×1000）
+3.225m～+26.8m
23m
3
A6区
JZ3、KZ25（1000×1000）
+3.225m～+26.8m
23m
4
A5区
Core-2、3、5、10
+3.225m～+34.35m
31m
2工程重点及关键技术
本工程中超高独立柱、核心筒独立高度高、数量多增加了施工的难度。
超高独立柱、核心筒施工重点及关键技术见表2所示。
表2施工重点及关键技术
序号
施工重点
关键技术
备注
1
超高独立柱、核心筒施工时操作、围护架体的选用。
超高独立柱、核心筒独立高度较高，合理选择操作、围护架体是保证施工安全、经济的关键。
超高独立柱采用ADG模块式架体，超高独立核心筒采用外挂架作为施工操作和安全围护的架体。
2
独立柱、核心筒整体垂直度是施工控制的重点。
超高独立柱、核心筒独立高度较高。
独立柱净高23m，核心筒净高31m。
垂直度控制采用经纬仪以底部固定基准点进行分段整体测控。
3
混凝土接缝处观感质量是施工控制的重点。
超高独立柱、核心筒需分多段浇筑施工，周边无楼板，接缝多。
为有效保证独立柱子的接缝质量，上段柱支模时搭接下段浇筑完成混凝土柱不少于500mm并在接缝处增加一道加强柱箍，防止接缝处错台的出现。
3施工流程及安排
1平面施工
超高独立柱、核心筒施工时做为独立的施工区域组织施工。
超高独立柱施工时分段组织流水施工，每8根柱子为一组。
见图1所示：
A5区的独立核心筒有Core-2、Core-3、Core-5、Core-10共有4个。
Core-2与Core-3、Core-10与Core-5对称分布。
平面组织施工时核心筒分两段施工，每次施工2个核心筒，先施工Core-2和Core-10再施工Core-3和Core-5。
见图2所示：
2竖向施工
超高独立柱的竖向施工组织，综合考虑型钢安装、钢筋安装及混凝土的浇筑施工，柱模板采用定型钢模板。
独立柱分5段施工，分段高度分别为5m、4.5m、4.5m、4.5m、4.5m。
独立柱施工过程示意图见图3所示：
核心筒竖向施工组织考虑采用定型钢大模板，为了便于柱筋安装、型钢安装及混凝土的浇筑施工，核心筒墙体分8段施工，每段施工高度4m。
核心筒第一段墙体及上部墙体模板施工见图4、5所示：
核心筒墙体第一段混凝土浇筑并拆除墙体模板后，组装外挂架操作平台和内侧钢平台。
利用外挂架平台和内侧钢平台进行核心筒上部的墙体的钢筋安装、模板支设及墙体混凝土的浇筑施工。
外挂架操作平台及内侧钢平台采用塔吊单片逐段提升。
外挂架操作平台及内侧钢平台采用塔吊逐段提升。
核心筒逐段施工过程示意见图6所示：
4施工操作架体的选择及分析
1超高独立柱架体选择
本工程混凝土结构柱的独立净高有23m，基本成双排对称分布。
为了满足超高独立柱施工及安全的要求，对超高独立柱采用ADG模块式架体做为施工操作及安全防护的架体。
ADG模块式架体具用质轻、承载力高、应用灵活、稳定安全的特点。
柱子第一段施工时为了柱钢筋的安装、模板安装及混凝土浇筑施工的要求，搭设ADG模块式操作架做为施工操作架体。
见图7所示：
柱子第一段施工拆除柱模板后，柱操作架采用ADG模块操作架继续向上搭设两步架，到第二段柱施工的高度。
随着高度的增加，为了保证稳定性，各个独立的柱架分段连接成一个整体。
独立柱架体平面布置、架体立面、搭设及上人爬梯设置见图8、9、10、11所示：
2超高核心筒架体选择
本工程核心筒独立净高有31m。
对超高独立核心筒外侧采用外挂架及内侧采用钢平台做为超高独立核心筒的施工操作及安全防护的架体。
外挂架及内侧钢平台见图12、13所示：
1）外挂架架体基本结构单元为三角形平面桁架，附墙弦杆采用10﹟槽钢制作，上弦杆、下弦杆及腹杆采用Ф48×3.5制作，各杆件通过焊接连接成平面三角形桁架。
三角架宽1350mm，高2200mm，具体详见外挂架示意图14所示：
2）外挂架与外墙连接锚固采用Ф28T型螺栓连接，穿墙孔利用大钢模最上一排对拉螺栓穿墙孔。
3）外挂架架体构架方式：
结构单元三角架沿墙长单向组合，每段组合架体中不得少于3榀单元三角架，架体高度同外侧护栏高度6.0m，架体宽度为1.4m。
架体整体连接采用Ф48×3.5扣件式钢管连接。
几榀单元三角架在组合成整体架体后方可搭设操作平台，为加强架体整体性，架体分段处加设短钢管连接。
架体提升方式采用分段整体提升，以组合后单段架体、护栏及架体操作平台为单元整体提升，提升机械采用塔吊提升；提升周期为一层一提升。
4）为满足操作层全封闭安全要求，外挂架架体外侧设置安全护栏，护栏高度为6.0m，采用Ф48×3.5扣件式钢管搭设。
护栏立杆高度为6.0m，立杆纵距同单元外挂架间距，操作平台以上高度为4.0m，操作平台下悬2.0m，立杆通过十字扣件和旋转扣件与架体连成整体，护栏横杆步距不大于1.5m。
为加强护栏的整体性，架体的护栏增设剪刀撑，剪刀撑角度控制在45º～60º，剪刀撑的高度为6.0m，宽度同架体宽度，不同段架体之间相互独立，以方便组合后的单段架体独立提升。
外挂架防护示意图见图15所示：
3安全计算分析
1）独立柱操作架计算分析见表3所示：
表3操作架计算书
序号
验算过程
计算式
1
计算参数
1.操作架参数
本工程独立柱操作架搭设高度23m，立杆的纵距2.50m，立杆的横距3.00m，立杆的步距2.00m。
2.活荷载参数
施工均布活荷载标准值:
3.000kN/㎡；
3.风荷载参数
本工程地处北京，基本风压为0.39kN/㎡；风荷载高度变化系数μz为1.00，风荷载体型系数μs为0.55；操作架计算中考虑风荷载作用
4.静荷载参数
每米立杆承受的结构自重标准值（kN/㎡）:
0.1248；脚手板自重标准值（kN/㎡）:
0.350；栏杆挡脚板自重标准值（kN/m）:
0.140；安全设施与安全网（kN/㎡）:
0.005；脚手板铺设层数:
1；脚手板类别:
木脚手板；栏杆挡板类别:
栏杆、木脚手板挡板；每米脚手架钢管自重标准值（kN/㎡）:
0.038；
2
横杆
横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，按照横杆上面的脚手板和活荷载作为均布荷载计算横杆的最大弯矩和变形。
1.均布荷载值计算
横杆的自重标准值:
P1=0.038kN/m；
脚手板的荷载标准值:
P2=0.35×1.5/3=0.175kN/m；
活荷载标准值:
Q=3×1.5/3=1.5kN/m；
荷载的计算值:
q=1.2×0.038+1.2×0.175+1.4×1.5=2.356kN/m；
横杆计算简图
2.强度计算
最大弯矩考虑为简支梁均布荷载作用下的弯矩，
计算公式如下:
最大弯矩Mqmax=2.356×2.52/8=1.840kN.m；
最大应力计算值σ=Mqmax/W=83.483N/㎜2；
横杆的最大弯曲应力σ=83.483N/㎜2小于横杆的抗压强度设计值[f]=205N/㎜2，满足要求！
3.挠度计算:
最大挠度考虑为简支梁均布荷载作用下的挠度
荷载标准值q=0.038+0.175+1.5=1.713kN/m；
最大挠度V=5.0×1.713×25004/（384×2.06×105×121900）=1.842㎜；
横杆的最大挠度1.842㎜小于横杆的最大容许挠度1200/150=8与10㎜，满足要求！
3
操作架立杆荷载
作用于操作架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。
静荷载标准值包括以下内容：
（1）每米立杆承受的结构自重标准值（kN），为0.1248
NG1=[0.1248+（1.20×2/2）×0.038/1.80]×25.00=3.760；
（2）脚手板的自重标准值（kN/㎡）；采用木脚手板，标准值为0.35
NG2=0.35×4×1.5×（1.2+0.3）/2=1.575kN；
（3）栏杆与挡脚手板自重标准值（kN/m）；采用栏杆、木脚手板挡板，标准值为0.14
NG3=0.14×4×1.5/2=0.42kN；
（4）吊挂的安全设施荷载，包括安全网（kN/㎡）；0.005
NG4=0.005×1.5×25=0.188kN；
经计算得到，静荷载标准值
NG=NG1+NG2+NG3+NG4=5.942kN；
活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，内、外立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。
经计算得到，活荷载标准值
NQ=3×1.2×1.5×2/2=5.4kN；
风荷载标准值按照以下公式计算
其中Wo--基本风压（kN/㎡），按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用：
Wo=0.39kN/㎡；
Uz--风荷载高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用：
Uz=1；
Us--风荷载体型系数：
取值为0.552；
经计算得到，风荷载标准值
Wk=0.7×0.39×1×0.552=0.151kN/㎡；
不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式
N=1.2NG+1.4NQ=1.2×5.942+1.4×5.4=14.691kN；
考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为
N=1.2NG+0.85×1.4NQ=1.2×5.942+0.85×1.4×5.4=13.557kN；
风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW为
Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.850×1.4×0.151×1.5×1.82/10=0.087kN.m；
4
立杆的稳定性
不考虑风荷载时，立杆的稳定性计算公式为：
立杆的轴向压力设计值：
N=14.691kN；
计算立杆的截面回转半径：
i=1.58㎝；
计算长度附加系数k=1.155；当验算杆件长细比时，取块1.0；
计算长度系数μ=1.53；
计算长度,由公式lo=k×μ×h确定：
l0=3.181m；
长细比Lo/i=201；
轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比lo/i的计算结果查表得到：
φ=0.179；
立杆净截面面积：
A=4.89㎝2；
立杆净截面模量（抵抗矩）：
W=5.08㎝3；
钢管立杆抗压强度设计值：
[f]=205N/㎜2；
σ=14691/（0.179×489）=167.838N/㎜2；
立杆稳定性计算σ=167.838N/㎜2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/㎜2，满足要求！
考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式
立杆的轴心压力设计值：
N=13.557kN；
计算立杆的截面回转半径：
i=1.58㎝；
计算长度附加系数k=1.155；
计算长度系数μ=1.53；
计算长度,由公式l0=kuh确定：
l0=3.181m；
长细比:
L0/i=201；
轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比lo/i的结果查表得到：
φ=0.179
立杆净截面面积：
A=4.89㎝2；
立杆净截面模量（抵抗矩）：
W=5.08㎝3；
钢管立杆抗压强度设计值：
[f]=205N/㎜2；
σ=13557/（0.179×489）+87153.525/5080=172.038N/㎜2；
立杆稳定性计算σ=172.038N/㎜2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/㎜2，满足要求！
2）核心筒外挂架计算分析见表4所示：
表4外挂架计算书
序号
验算过程
计算式
1
计算标准荷载
外挂架宽度按1.4m计算，外挂架单元三角架最大间距按1.8m计算，挂钩螺栓采用ф28圆钢，架体连接杆件和护栏材料为ф48×3.5钢管。
荷载计算：
单元三角架承重按1.8m范围荷载计算
⑴模板自重：
以外模板高度4000mm计算，模板重量按1.0KN/m2计，荷载为：
4.0×1.8×1.0＝7.2KN
⑵操作人员荷载：
1.8m间距内最多允许3人同时操作，每人按0.75KN计，总计：
0.75×3＝2.25KN
⑶自重及工具荷载：
外挂架自重、脚手板、连接杆件、护栏钢管、零星材料等，最大重量按3KN/m2计，荷载为：
3.0×1.8×1.4＝7.6KN
2
计算简图
⑴模板自重考虑为主要分部在脚手架内侧荷载，将均布荷载简化为节点集中荷载：
F1＝4.0×1.8×1.0/2＝3.6KN
⑵操作人员及工具荷载视为在外挂架宽度方向均匀分布荷载，简化为节点集中荷载：
F2＝（2.25＋7.6）/3＝3.3KN
计算简图如下图所示：
即：
FA＝F1＋F2＝6.9KN，FB＝FA＝6.9KN,FC＝3.3KN
3
内力计算
按桁架进行计算各杆件内力值：
RAV＝FA+FB+FC＝17.1KN
RAH＝（FB×0.8+FC×1.4）/1.8＝5.63KN
RBH＝（FB×0.8+FC×1.4）/1.8＝5.63KN
N1＝FCtg40º＝2.77KN（拉杆）
N2＝N1＝2.77KN（拉杆）
N3＝RBH/tg40º＝6.71KN（拉杆）
N4＝RBH/sin40º=8.76KN（压杆）
N5＝FC/cos40º＝4.31KN（压杆）
N6＝FB＝6.9KN（压杆）
N7＝{（RAH-N2）2+（RAV-N3-FA）2}1/2
＝{（5.63-2.77）2+（17.1-6.71-6.9）2}1/2
＝（2.862+3.492）1/2＝4.51KN（拉杆）
4
截面验算
⑴杆件①②③⑦皆为拉杆，最大内力值N3＝6.71KN，允许应力乘以0.9的折减系数。
杆件为ф48×3.5钢管，A＝489mm2。
强度验算：
σ＝N/A＝6710N/489mm2＝13.72N/mm2
﹤0.9f＝0.9×215＝193.5Nmm2，强度满足要求。
⑵杆件④⑤⑥为压杆，N4＝8.76KN，N5＝4.31KN
该杆件在平面外的计算长度：
（查表回转半径I＝24.5mm）
L0＝L1×（0.75+0.25N5/N4）＝2280×（0.75+0.25×4.31/8.76）＝1990mm
杆件长细比：
λ＝L0/I＝1990/24.5＝81.22﹤[λ]＝150
强度验算：
由长细比查表得轴压稳定系数ψ＝0.719
σ＝N4/（ΨA）＝8760N/（0.719×489）mm2＝24.92N/mm2
﹤0.9f＝0.9×215＝193.5Nmm2
强度及稳定性满足要求。
⑶杆件⑧为零杆。
5
焊缝强度验算
按腹杆中内力最大的杆件N4＝8.76KN计算，焊缝厚度取4mm，故焊缝有效厚度hs＝0.7hf＝2.8mm，焊缝长度应为：
LW＝N/（hsffW）＝8760/（2.8×160）=19.55mm
焊缝实际长度为30mm,满足要求。
6
支座A外挂架螺栓计算
⑴挂钩螺栓采用ф28圆钢制作
受拉：
RAH＝5.63KN，A＝615mm2
σ＝RAH/A＝5630N/615mm2＝9.15N/mm2
﹤0.9f＝0.9×215＝193.5N/mm2
抗拉强度满足要求。
受剪：
τ＝RAV/A＝17100/615＝27.08N/mm2
﹤[τ]＝125N/mm2
抗剪强度满足要求。
⑵外挂架钩头采用4个M16×40螺栓通过挂板同10＃槽钢连接，螺栓受剪。
M16螺栓A＝201mm2
受剪：
τ＝RAV/（4A）＝17100/（4×201）＝21.27N/mm2
﹤[τ]＝125N/mm2
抗剪强度满足要求。
5施工控制要点
1垂直度控制
1）独立柱模板垂直度验收控制时应提高验收标准，垂直度不大于±2mm，减小分段累积偏差对独立柱整体垂直度的影响。
每次支模后对全高垂直度进行检查。
每次垂直度检查均以第一段柱支模的控制线为基准。
柱支模见图16所示：
2）模板垂直度检测：
在钢模板上、下用墨线弹出中心线，模板支设时采用经纬仪配备弯管目镜校核模板的垂直度，见图17所示：
3）在钢柱模上口增加一道加固支撑，加强控制钢柱模的垂直度和防止钢柱模扭偏。
2接缝质量控制
1）独立柱及独立核心筒均采用定型钢模板施工。
墙体钢模板4m高，柱钢模板5m高，钢模板图见图18、19、20，核心筒配模表见表5所示：
表5独立核心筒墙体、角模配模
序号
板号
长度（mm）
高度/长度（mm）
总数
备注
1
N61
550
4000
2
2
N62
600
4000
1
3
N63
600
4000
3
4
N64
650
4000
4
5
N65
700
4000
1
6
N66
790
4000
1
7
N67
800
4000
2
8
N68
1100
4000
4
9
N69
1200
4000
1
10
N71
1300
4000
2
11
N73
1400
4000
4
12
N74
1500
4000
16
13
N75
1800
4000
4
14
N76
2200
4000
4
15
N77
2300
4000
2
16
N78
2400
4000
2
17
N79
2450
4000
2
18
N80
2700
4000
2
19
N81
2800
4000
3
20
N82
3000
4000
11
21
N83
3100
4000
14
22
N84
3100
4000
2
23
N85
3100
4000
1
24
N87
4800
4000
2
25
J15
200
200
13
4000mm高
26
J17
200
240
26
4000mm高
27
J18
200
250
6
4000mm高
28
J19
230
200
1
4000mm高
29
YJ7
450
450
1
4000mm高
30
YJ8
800
800
4
4000mm高
31
YJ9
800
820
1
4000mm高
32
YJ10
800
840
7
4000mm高
33
YJ11
830
800
1
4000mm高
34
YJ12
850
800
1
4000mm高
2）独立柱、核心筒墙体混凝土浇筑时，每次高出浇筑控制标高30mm。
柱、墙模拆除后，在柱、墙面上均匀弹出浇筑高度位置线，用云石机在墨线上切一道5mm深的水平直缝，再用钎子将直缝以上的混凝土软弱层剔掉，露出石子后，用气泵清理干净，保证混凝土的接槎质量并有效保证独立柱接缝的平直。
柱头混凝土处理见图21所示：
3）为有效保证独立柱子的接缝质量，上段柱支模时搭接下段浇筑完成混凝土柱不少于200mm并在接缝处增加一道加强柱箍，防止接缝处错台的出现。
核心筒墙体模板上下段搭接不小于100mm。
利用下段已施工完混凝土墙体的大模板穿墙孔将墙体大模板与核心筒墙体夹紧固定。
柱模板搭接见图22所示：
4）在独立柱、核心筒墙体施工缝处继续浇筑混凝土时，已经浇筑混凝土的强度不小于1.2N／mm²。
在浇筑混凝土前，必须在施工缝处铺一层与混凝土同成分的减石子水泥砂浆，接浆厚度为3～5cm。
混凝土应细致捣实，使新旧混凝土紧密结合，保证接缝处的外观质量。
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