鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種材料結合成一體的結構材料。混凝土主要是由水泥、砂、石和外加劑按照一定的用量比例攪拌成均勻的拌和物。混凝土澆築成型後是一種很好的人工石材,它和天然石料一樣,具有很高的抗壓強度,但其受拉性能極差,限製了它的使用範圍。鋼筋是一種強度很高的結構材料,作為抗壓使用時,由於受到截麵尺寸和形狀的影響,會產生壓曲效應(材料受壓時,未達到破壞強度而發生彎曲,失去穩定,不能承受壓力的現象),不能充分發揮其強度作用。為了充分發揮兩種材料各自的優勢,將兩種材料結合起來使用,即在構件的受壓部分用混凝土,在構件受拉部分放置鋼筋,利用鋼筋抗拉強度高的特點,讓其承擔構件工作時所受的拉力。鋼筋和混凝土性質雖然不同,但能共同工作,主要具備以下三個條件:
(1)鋼筋和混凝土兩種材料之間存在著較強的粘結力。當混凝土硬化後,領先粘結力將鋼筋緊緊地握裹在混凝土中,以至在外力作用下結構發生破壞,也不會出現分離。
(2)混凝土在硬化過程中產生收縮,體積縮小,混凝土將鋼筋壓緊,鋼筋與混凝土之間產生的摩阻力,防止鋼筋滑動。施工時,在鋼筋端部加彎鉤和采用螺紋鋼筋,增強了鋼筋與混凝土之間粘結力。
(3)鋼筋與混凝土有相近的溫度線性膨脹係數。鋼筋的溫度線性膨脹係數為0.000012,混凝土的溫度線性膨脹係數為0.00001~0.000014。這樣,當外界溫度變化產生熱脹冷縮時,不會凶兩種材料脹縮不一樣而產生溫度應力而破壞粘結力。
鋼筋混凝土結構工程按施工方法分為現澆鋼筋混凝土結構工程和裝配式鋼筋混凝土結構工程,本章重點介紹現澆鋼筋混凝土結構工程的施工。現澆鋼筋混凝土結構工程包括鋼筋工程、模板工程和混凝土工程,其施工工藝流程。由於施工過程多,所以在施工前要做好充分準備,在施工中應合理組織,各工種之間應密切配合。否則,將會影響施工進度和質量。
第一節模板工程
模板工程的施工工藝包括:模板的選材、選型、設計、製作、安裝、拆除和周轉等過程。模板工程是鋼筋混凝土工程的重要組成部分,特別是在現澆鋼筋混凝土結構施工中占主導地位,決定施工方法和施工機械的選擇,直接影響工期和造價。一般情況下,模板工程費用占結構工程費用的30%左右,勞動量占50%左右,工期約為總工期的1/2。
一、模板的作用、組成及基本要求
由水泥、石子、砂子、水及外加劑經過攪拌機攪拌出的混凝土具有一定的流動性,需要灌注在與構件形狀尺寸相同的模型內,經過凝結硬化,才能成為需要的結構構件。模板就是使鋼筋混凝土結構或構件成型的模型。
鋼筋混凝土結構或構件的模板由模板及支撐係統兩部分組成。
模板的形狀和尺寸要與結構構件相同,並應具有一定的強度和剛度,以保證在混凝土自重、施工荷載及混凝土側壓力的作用下,不破壞,不變形。
支撐係統是保證模板形狀、尺寸及其空間位置正確的支撐體係。根據不同的結構構件及其空間位置來選擇和設計不同的支撐係統。支撐係統既要保證模板的空間位置的準確性,又要承受模板、鋼筋、混凝土的自重及施工荷載。所以要求支撐係統具有足夠的強度、剛度和穩定性,在上述荷載作用下不沉陷,不變形,不破壞。
因此,在現澆鋼筋混凝土結構施工中,對模板和支撐係統的基本要求是:
(1)要保證結構和構件各部分的形狀、尺寸及相互位置的正確性;
(2)具有足夠的強度、剛度和穩定性;
(3)構造簡單,裝拆方便,能多次周轉使用;
(4)接縫嚴密,不得漏漿。
二、模板的分類
(1)模板按其所用的材料不同,可分為木模板、鋼模板、鋼木模板、膠合板模板、塑料模板、玻璃鋼模板等。目前,鋼模板應用廣泛。
(2)模板按其裝拆方法不同,可分為固定式、移動式和永久式。固定式是指一般常用的模板和支撐安裝完畢後位置不變動,待所澆築的混凝土達到規定的強度標準值後,方可拆除。移動式是指模板和支撐安裝完畢後,隨混凝土澆築而移動,直到混凝土結構全部澆築結束才一次拆除,如滑升模板、隧道模板。永久式是指模板在混凝土澆築以後與結構連成整體,不再拆除,常用的如疊合板。
(3)模板按規格形式不同,可分為定型模板(如小鋼模板)和非定型模板(如木模板等散裝模板)。
(4)按結構類型可分為基礎模板、柱模板、牆模板、梁和樓板模板、樓梯模板等。
三、現澆結構中常用模板的構造與安裝
1.基礎模板
基礎的特點是高度較小而體積較大,基礎模板一般利用地基或基槽(基坑)進行支撐。安裝階梯形基礎模板時,要保證上下模板不發生相對位移。如土質良好,基礎也可進行原槽澆築混凝土。基礎支模方法和構造。
2.柱模板
柱子的斷麵尺寸不大但比較高。因此,柱模板的構造和安裝主要考慮保證垂直度及抵抗新澆混凝土的側壓力,與此同時,也要便於澆築混凝土、清理垃圾與鋼筋綁紮等。為矩形柱模板,由平麵模板和柱箍組成,柱箍除使平麵模板保持柱的形狀外,還要承受由模板傳來的新澆混凝土的側壓力,因此柱箍的間距取決於側壓力的大小及模板的剛度。柱模板頂部開有與梁模板連接的缺口,底部開有清理孔,高度超過3m時應沿高度方向每隔2m左右開設混凝土灌築口,以防混凝土澆築時發生分層離析。安裝時應校正其相鄰兩個側麵的垂直度,檢查無誤後,即用斜撐釘牢固定。
3.梁模板
梁的跨度較大而寬度不大。梁底一般是架空的,混凝土對梁側模板有水平側壓力,對梁底模板有垂直壓力,因此梁模板及支架必須能承受這些荷載而不致發生超過規範允許的過大變形。
梁模板主要由底模、側模、夾木及其支架係統組成。為承受垂直荷載,在梁底模板下每隔一定間距(800~1200mm)用頂撐頂住。頂撐可以用圓木、方木或鋼管製成。頂撐底要加墊一對木楔塊以調整標高。為使頂撐傳下來的集中荷載均勻地傳給地麵,在頂撐底加鋪墊板。多層建築施工中,應使上、下層的頂撐在同一條豎向直線上。側模板用長板條加拚條製成,為承受混凝土的側壓力,底部用夾木固定,上部由斜撐和水平拉條固定。
單梁的側模板一般拆除的較早,凶此,側模板包在底模板的外麵。柱的模板與梁的側模板一樣,可較早拆除,梁的模板也不應伸到柱模板的開口內。同樣次梁模板也不應伸到主梁側板的開口內。
當梁跨度等於或大於4m時,模板應起拱,如設計無要求時,鋼模的起拱高度為全跨長度的(1~2)/1000,木模的起拱高度為(2~3)/1000。
4.樓板模板
樓板的特點是麵積大而厚度一般不大,因此橫向側壓力很小,樓板模板及支撐係統主要是承受混凝土的垂直荷載和施工荷載,保證模板不變形下垂。樓板模板是由底模和橫楞組成,橫楞下方由支柱承擔上部荷載。
梁與樓板支模,一般先支梁模板後支樓板的橫楞,再依次支設下麵的橫杠和支柱。在樓板與梁的連接處靠托木支撐,經立檔傳至梁下支柱。樓板底模板鋪在橫楞上。
5.牆體模板
牆體具有高度大而厚度小的特點,其模板主要承受混凝土的側壓力,因此,必須加強麵板剛度並設置足夠的支撐以確保模板不變形和不發生位移。
6.樓梯模板
樓梯模板要傾斜支設,且要能形成踏步是一種樓梯模板,安裝時,在樓梯間的牆上按設計標高畫出樓梯段、樓梯踏步及平台板、平台梁的位置。先立平台梁、平台板的模板,然後在樓梯基礎側板上釘托木,樓梯模板的斜楞釘在基礎梁和平台梁側板外的托木上。在斜楞上麵鋪釘樓梯底模。在樓梯段模板放線時要注意每層樓梯第一步和最後一個踏步的高度,常凶疏忽了樓地麵麵層的厚度不同,造成踏步高低不同的現象而影響使用。
四、模板設計計算
(一)模板設計
模板設計主要包括選型、選材、荷載計算、結構計算、繪製模板圖以及擬定製作、安裝、拆除方案等。各項設計內容的詳盡程度一般可根據擬建結構的形式和複雜程度及具體的施工條件確定。
(二)模板結構計算
1.荷載及荷載組合
(1)荷載。作用在模板上的荷載有:
1)模板及支撐自重。模板及支撐自重標準值。
2)新澆混凝土施加的豎向荷載,對普通混凝土,取24kN/m3,對其他混凝土可根據其實際表觀密度確定。
3)鋼筋施加的荷載。荷載值取決於結構構件的鋼筋用量,可根據工程圖紙確定。一般梁板結構每立方米鋼筋混凝土的鋼筋用量:樓板取1.1kN/m3,梁取1.5kN/m3。4)施工人員及施工設備施加的荷載有:
①計算模板及直接支承模板的小楞時,均布荷載為2.5kN/m2,另應以集中荷載2.5kN再進行驗算;比較兩者所得彎矩值取大者采用;
②計算直接支承小楞結構時,均布荷載1.5kN/m2;
③計算支架立柱及其他支承結構構件時,均布荷載4.0kN/m2。
5)振搗混凝土時產生的荷載。水平麵模板為2.0kN/m2,垂直麵模板,(作用範圍在新澆混凝土側壓力的有效高度之內)為4.0kN/m2。
6)新澆混凝土對模板側麵的壓力。采用內部振搗器時,可按下式計算,並取其較小值
F=0.22yct0β1β2v1/2(3-1)
F=ycH(3-2)
t0=200/(T+15)(3-2a)式中F——新澆混凝土對模板的最大側壓力,kN/m2;
γc——混凝土表觀密度,kN/m3;
t0——新澆混凝土的初凝時間,可按實測確定,當缺乏試驗資料時,可采用式(3-2a)計算(T為混凝土的溫度,℃),h;
u——混凝土的澆築速度,m/h;
H——混凝土側壓力計算位置處至新澆混凝土頂
麵的高度,m;
β1——外加劑影響係數,不摻外加劑時取1.0;摻緩凝劑時取1.2;
β2——混凝土坍落度影響修正係數,當坍落度小於30mm時,取0.85;
50~90mm時,取1.0;110~150mm時,取1.15。
混凝土側壓力計算分布圖。
7)傾倒混凝土時產生的荷載。
傾倒混凝土時對垂直模板產生的水平荷載標準值可按表3-2選取。表中荷載皆為標準值,進行模板設計時應將標準值換算成設計值。設計值為標準值乘以分項係數,分項係數。
荷載折減係數:
①對鋼模板及支架的設計,其荷載的設計值乘以0.85係數予以折減,其截麵的塑性發展係數取1.0;
②采用冷彎薄壁型鋼材,由於規範對鋼材允許應力值不予提高,因此荷載設計值折減係數為1.0;
③對木模板及其支架的設計,當木材含水率小於25%時,其荷載設計值折減係數為0.9;
④在風荷載作用下,驗算模板及其支架的穩定性時,其基本風壓值的折減係數為0.8。
(2)荷載組合
模板與支架計算的荷載組合。
2.模板結構設計的規定
(1)模板材料及材料的允許應力。模板及其支架所用的材料,鋼材應符合Q235鋼標準,木材應符合承重結構選材標準,其樹種可按當地的實際情況選用,材質不宜低於Ⅲ等材。
模板及支架屬臨時性結構,所用材料的設計強度在一定條件下可以提高。鋼材的設計強度可提高25%,但彎曲薄壁型鋼材料的設計強度值不予提高。木材當含水率小於25%時,設計強度值可提高15%。
(2)模板變形值的規定。為保證結構構件表麵的平整度,模板必須有足夠的剛度,驗算時其最大變形值不得超過下列規定:①對結構表麵外露的模板,為模板構件計算跨度的1/400;②對結構表麵隱蔽的模板,為模板構件計算跨度的1/250;③支架的壓縮變形值或彈性撓度,為相應的結構計算跨度的1/1000。
(3)模板設計中有關穩定性的規定。支架的立柱或桁架應保持穩定,並用撐拉杆件固定。
為防止模板及其支架在風荷載作用下傾倒,應從構造上采取有效措施,如在相互垂直的兩個方向加水平及斜拉杆、纜風繩、地錨等,當驗算模板及其支架在自重和風荷載作用下的抗傾倒穩定性時,風荷載按《建築結構荷載規範》(GB50009-2001)的規定采用,模板及其支架的抗傾倒係數不應小於1.15。