多层住宅结构外挑梁板施工技术研究
时间：2023-02-15 23:05:04 来源：千叶帆 本文已影响人
郑国磊，马黎明，张欣
（中建二局第二建筑工程有限公司，山东 青岛 266499)
随着社会发展，建筑设计理念的不断更新，多层住宅外立面呈现复杂化趋势，例如，住宅阳台间增加了悬挑梁，顶层增加了悬挑造型且顶板外悬挑外长度也不断加大。外立面复杂化提高使得施工时架体搭设的难度相应提高。当前诸多工法技术的研究多集中于多层建筑内部结构优化，对于外立面悬挑构件的研究较少，对于多层住宅结构外挑梁板施工及架体搭设技术的相关研究已经迫在眉睫。
某多层住宅建设项目总规划用地约193 331m2，规划总建筑面积约412 014.5m2，其中地上建筑面积347 802.5m2，地下建筑面积64 212m2，包括3 栋洋房、2 栋高层及连体车库。其中：洋房住宅为7层，高度为21.15m；
高层住宅为26层，高度为75.40m；
结构类型均为剪力墙结构。
对于多层结构外挑梁板，提高施工质量及施工便捷性，是关系结构是否安全可靠的关键。为此，本项目基于工程实际，在前期进行了大量工程调研及设计、施工方案论证会，优化外挑梁板施工流程、优化施工工艺、降低施工成本、提高施工质量，现将相关施工关键技术做简要介绍，以期为同类项目施工提供参考。
2.1 高支模支撑架体与外架复合施工技术
传统阳台间连系梁与屋面悬挑的结构板施工时需搭设高支模架体，且外围一般再搭设作为围护结构的外架架体，然而外架架体距离建筑物板边过远，结构拉结难度大，后期支撑架体拆除后，外架距离主体距离过远，对于装饰装修施工架体无任何作用，容易造成成本浪费。
为此，本项目经过缜密的脚手架搭设设计，从模板支撑和普通外架架体结合搭设角度，对施工脚手架与模板支撑体系进行改良。基于模板支撑架体与普通外架架体搭设施工构造不同的特点，除考虑模板支撑作用外，还根据常规外架增加外部拦腰杆、安全网、密目网、钢笆网，受力考虑材料、风力荷载等等，将支撑架体与外架合二为一，满足架体支撑的同时，也做到了结构围护，建立了高支模支撑架体与外架复合支撑体系。施工过程中严格遵守专家论证设计方案的搭设顺序及规范规定的有关构造要求和尺寸。经过本项目的实践，不断优化复合架体设计，从而获得更好的性能，形成了一套可用于多层住宅外挑梁板施工技术。
2.2 悬挑构件混凝土振捣技术
悬挑构件混凝土振捣质量是影响构件强度的关键工艺，相关研究发现“混凝土空隙率每提高1%，强度将降低6%左右[1]”，可见混凝土空隙率对结构安全的不利影响之高。科学的振捣工艺能够有效改善施工中空隙率过高的难题，提升构件强度。基于笔者工作经验及对相关项目混凝土振捣情况的调研，从“人”和“机”两方面明确了本项目悬挑构件混凝土振捣技术优化方案。
施工的关键在“人”。前期对相关施工人员进行了系统的技术培训，改善施工人员的振捣习惯，优化振捣棒的插点排列方式，采用“行列式”的振捣移动次序，振动半径约为振动棒半径的8～9 倍（40～45cm)，每次移动位置的距离不大于振动棒作用半径的1.5 倍。每次插入振捣时间为20s 左右，并以混凝土不再显著下沉，不出现气泡，开始泛浆时为准。振捣器的选择也是直接影响振捣效果的关键，结合悬挑构件的结构特性选择适合的振捣器是本项目前期重点关注的问题。通过分析低频振捣器与高频振捣器的作业性能差别，发现3 000rpm/min 的频率在混凝土中会衰减30%以上，而频率在15 000rpm/min 的振捣器可以更好地减小气泡体积并使之均匀分布，提高混凝土耐久性。以上措施保证了悬挑构件混凝土保护层厚度、振捣密实情况均达到较高水平。
2.3 混凝土养护技术
混凝土的养护质量直接影响构件强度与裂缝发展[2]，近年来越来越得到专家学者及施工人员重视。为提高悬挑构件混凝土的养护质量，增强结构整体性、降低裂缝增长趋势，本项目对常规的混凝土养护方式中，通过参数分析、试验研究等方式[3]确定了表面刷养护剂及覆盖薄膜养护法。
本项目6 号楼采用了矿物油乳液型养护剂进行养护，将其喷涂在混凝土表面，待水溶液蒸发到一定程度后逐渐形成一层无色、不透水的脂膜，可阻止混凝土或砂浆内的水分进一步蒸发，减少混凝土的收缩和龟裂。经本项目实践发现，表面刷养护剂养护的混凝土具有较好的保水性，其抗压、抗弯强度均超过传统养护混凝土；
经统计表面刷养护剂的混凝土收缩率降低了约40%。此外，表面刷养护剂方法施工操作更加简便，施工环境更加整洁。本项目7 号、8 号楼采用了覆盖薄膜养护法，即在混凝土表面覆盖一层吸热物体，搭设通光集热保温罩进行的混凝土养护，该养护法较自然养护可缩短养护周期约1/2 左右，且养护效果较好。
2.4 混凝土板裂缝控制技术
大量工程案例表明，过早拆除施工模板将导致构件产生大量裂缝进而引起悬挑构件强度不足的问题，而过晚拆模将增加材料周转负担，增加施工成本。因此，如何确定合适的拆模时间，控制裂缝的产生，提高悬挑构件强度是优化施工流程的重要环节。
为简化施工步骤，提高工作效率，本项目建立了“温度控制＋强度检测”的混凝土板裂缝控制方案。首先，在温度控制层面，选用水化热较低的水泥，并在不影响混凝土强度的情况下适当减少水泥用量，提高粉煤灰、矿渣等掺合料用量，以降低水泥水化热并改善混凝土和易性。在养护期间，随时检测混凝土表面温度，待混凝土表面温度与外界温度相差小于20℃时，配合强度结果确定拆模时间。其次，在强度检测层面，对于悬挑结构混凝土建立强度回弹检测台账，定时、定量对其进行强度回弹并及时分析数据结果，确保悬挑结构混凝土强度达标且温差适宜后再模板架体的拆除工作。
本工程项目改良得到的高支模支撑架体与外架复合施工技术已申请获得实用新型专利，该施工体系在项目实施过程中为本项目节约了大量经济成本，现将新老工艺费用对比如下。
3.1 传统外架施工方法
通过计算传统外架需用钢管量52 618m，各类扣件共计38 276个，主体施工至外架拆除时间6 个月记180天，钢管租赁费0.016 元/m/日，扣件0.011 元/个/日，钢管扣件根据搭设进度进场，自开工至搭设完成共计120日，租赁费按1/2 计算。
材料租赁费：（52618×0.016＋38276×0.011）×（120×0.5＋60）=151550.9 元；
搭设人工费22 元/m3，总建筑面积11954.78m3，合计22×11954.78=263005元；
传统外架搭设总费用=151550.9＋263005=414555.9元。
3.2 传统高支模支撑架体施工方法
通过计算传统高支模支撑架体需用钢管量68 827m，各类扣件共计53 765个，主体施工至架体拆除时间4 个月记120天，钢管租赁费0.016元/m/日，扣件0.011 元/个/日，钢管扣件根据搭设进度进场，自开工至搭设完成共计3 月记90日，租赁费按1/2 计算。
材料租赁费：（68827×0.016＋53765×0.011）×（90×0.5＋30）=126948.53元；
搭设人工费：钢管架搭设、拆卸、维修工人需10人，费用6000 人/月；
传统高支模支撑架体总费用=126948.53＋10×6000×4=366948.5 元。
3.3 高支模支撑架体与外架复合施工技术
根据高支模和外架复合架体施工方法，架体整体使用钢管量75 152m，各类扣件共计61 575个。主体施工至架体拆除时间6 个月记180天，钢管租赁费0.016 元/m/日，扣件0.011 元/个/日，钢管扣件根据搭设进度进场，自开工至搭设完成共计5 月记150日，租赁费按1/2 计算。
材料租赁费：（75152×0.016＋61575×0.011）×（150×0.5＋30）=197374.5元；
搭设人工费：钢管架搭设、拆卸、维修工人需10人，费用6000 人/月；
传统高支模支撑架体总费用=197374.5＋10×6000×6=557374.5 元。
与传统方法相比，本项目采用高支模支撑架体与外架复合施工技术约节约：
（1）＋（2）-（3）=414555.9＋366948.5-557374.5=224129.9 元。
本文对多层住宅结构外挑梁板的施工工艺提出了相应的优化方案，主要表现在以下方面。
1)通过对高支模支撑架体与外架复合施工技术的优化，将高支模支撑架体同常规外架结合，提高施工便捷性的同时大大降低了项目成本。
2)通过对悬挑构件混凝土振捣方案的优化，保证了振捣质量，提高了悬挑构件的成型质量。
3)择优选取混凝土养护方案，建立的“温度控制＋强度检测”的混凝土板裂缝控制方案，控制了混凝土开裂，减少了后期修补、维修的费用，提高混凝土的终凝强度。
本项目优化的施工技术可广泛应用于其他框剪结构多层住宅项目，能够减少施工材料损耗，缩短施工周期，提高施工效率。
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