一、工程概况

武汉协和医院外科病房大楼，是一栋智能化超高层建筑，以640张病床、36间手术室为主的综合性外科病房大楼。位于解放大道1277^＃协和医院内。地下2层，地上32层，总建筑面积74117㎡，建筑高度144.7m。该工程为框架－剪力墙结构，造型新颖，主裙楼均呈圆弧形，整体呈橄榄状。建筑物平面中部设有四根劲性混凝土柱，其中两根支承位于主楼三—四层(11.770～16.470)的特大型转换梁（24m×1.1m×4.7m）。该转换梁是三根LKZ401（850×1100）的承力空中基础，LKZ401从标高16.470直达建筑物30层顶板118.570标高处。

劲性混凝土柱无粘结预应力转换大梁,系指建筑物竖向结构采用型钢混凝土柱,水平结构采用无粘结预应力框架深梁、大梁的新型结构。

二、施工重点及难点分析

劲性混凝土柱、转换梁施工，是保证三根LKZ401的施工质量和整个工程结构安全的关键。

1、劲性混凝土柱梁节点处理。劲性混凝土柱在建筑物中的平面位置见图一，其钢骨呈“十”字形，两根弧线型梁和折线型梁的钢筋需贯穿钢骨腹板、劲性混凝土柱箍贯穿钢骨牛腿。贯穿孔的数量多，孔型多，既有普通热轧钢筋孔，又有预应力筋孔。转换梁处，单层钢骨开孔达204个，所有这些贯穿孔的标高和轴线定位要准确，制孔精度要求高，如何保证转换大梁处梁柱节点施工质量是施工重点之一。

2、转换大梁模板及支撑系统设计。截面尺寸为1.1m×4.7m，跨度为3×8m，属大跨度梁。转换大梁自重大、施工荷载大，支撑体系设计需重视。

3、转换大梁混凝土（强度C60）施工。施工缝的留设、混凝土浇捣的密实度及其养护。

图一 劲性混凝土柱及预应力转换大梁平面位置图

 

三、劲性混凝土柱预应力转换大梁施工

1、劲性混凝土柱梁节点施工图深化设计

根据以上特点及要求，结合柱梁节点内各种钢筋的相对空间位置，运用CAD进行施工图深化设计，将柱梁节点交汇处所有柱筋、梁筋与钢骨的相对位置准确施放在图纸上，以保证钢骨上贯穿制孔标高、轴线的准确性。在此阶段，确定梁内钢骨牛腿几何尺寸，形成钢骨柱钢筋定位制孔图（见图二）。

2、劲性混凝土柱钢骨制作、运输、吊装、就位、空中焊接处理。

根据钢骨柱钢筋定位穿孔图确定钢结构各节点、构件分段细节，做好钢骨细部加工详图设计工作；构件在加工厂制作，制孔皆采用钻床制孔，严禁现场制孔；对需开的孔进行编号、核查，再制孔，制孔过程中孔壁保持与构件表面垂直；制孔完毕后孔周围的毛刺、飞边用砂轮打磨平整。

采用公路法进行运输。由专人全面负责钢结构的运输及协调指挥，并负责运输途中相关事宜的联系与处理，保障落实运输技术及安全防护措施。

构件吊装前对土建纵横轴线、标高、预埋件水平度等进行检查、复测、验收，并用红油漆标出明显、准确的标志；上下结构的钢骨对接，吊装就位后，必须立即将其固定，以便钢骨焊接；临时固定措施的可靠性是保证质量的关键。本工程采用螺栓、连接板将上下吊装耳板作临时连接。

钢骨重量大，最大达5.6t，经计算，吊装耳板采用20×140×330钢板，连接板采用16×80×700钢板。吊装耳板与钢骨四个方向翼板沿长度方向焊接，在耳板上开直径为26mm的三个圆孔，连接板上开直径为26mm的六个圆孔。耳板既可用于吊装耳板用，又可调节上部钢骨的底部标高，留出熔透焊焊缝尺寸，标高调节好后，装上连接板与螺栓，即可水平施焊。

3、转换大梁施工

3.1施工工艺流程

针对多工种施工交叉作业，制定了转换大梁施工顺序：复核梁底标高、校正轴线位置→搭设梁底模支架→底模就位→放底筋→搭大梁侧模架子→放大梁上部四层面筋（从下往上，分别锚入大梁底标高下40d）→放箍筋→放中间水平筋及无粘结预应力筋→上下开口箍单面搭接焊10d→绑吊筋→放25厚大理石垫块→大梁钢筋检查→大梁钢筋笼整体下降至设计标高→支吊模（在三层板面上1700高）→第一次混凝土浇筑并养护（大梁2500高处留设水平施工缝）→搭大梁顶部所在层的框架梁底模脚手架及支底模→绑大梁顶部所在层另一个方向的框架梁筋→插上部柱插筋（3根LKZ401，2根KZ11收截面、变主筋型号）→关大梁剩余侧模→浇第二次大梁混凝土→养护→拆模→无粘结预应力筋张拉。

3. 2转换梁模板及支撑体系的设计

1、模板及支撑体系的设计

由于本工程从一层板开始，由于预应力张拉的需要，逐层都留有许多后浇带与后浇板块，一层后浇带与后浇板块后浇部分在转换梁施工前早已施工完毕，且砼强度已达100%，考虑自重及其它荷载，夹层与二层板标高处由于后浇带而断开的梁底模均不能拆除。为了保证施工安全，转换层垂直荷载要能有效地传递到地下室顶板，即一层板，故转换大梁模板及支撑系统设计为关键问题所在。

转换梁对应部位的夹层与二层梁底底模及其支撑不拆除,要求架子立杆上下层对应,钢管底部加垫板。转换大梁模板均采用18厚九层板配制，支撑体系均用φ48×3.5钢管和可调撑托。经计算,梁底模板背枋采用100×150木枋@200。侧模用50×100木枋@300，两侧用φ48×3.5钢管@400夹紧，并用φ48×3.5短钢管@300横向设置于梁底板模板木枋底部，并在梁底板和梁两侧处与竖向立杆（Φ48×3.5钢管）通过扣件拧紧固定。立杆间距为0.5m×0.5m，横杆步距1.0m，每4m设置一道剪力撑。转换大梁的支撑通过横杆与满堂脚手架相连，底部设置扫地杆。另外由于梁的跨度大于4.0m，根据设计要求起拱1‰L，又因为梁高为4.7m，设置φ14@400×400对拉螺杆，模板拼缝处用双面的海绵胶粘贴密实。模板及支撑体系详见图三。

2、模板支撑计算

初选参数：立杆间距L=0.5×0.5m，步距h=1.0m，搭设高度H=3.4m

钢管截面特性：A=489mm²，W=5.08×103mm³，I=12.19×104，i=15.8mm,

Q235钢材设计值fc=0.205KN/mm²,弹性模量E=2.06×105N/mm²

⑴荷载计算

 

18厚九层板	200N∕m2
木枋50×100	25N∕m2
钢管Φ48×3.5	38.4N∕m
新浇混凝土	25KN∕m3
施工荷载	3KN∕m2
振捣荷载	垂直方向2KN∕m2 水平方向4KN∕m2
钢筋自重荷载	1.5kN/m3
砼倾倒时的水平荷载	6kN/m2
木枋150×100	75 N∕m2

 

计算简图

⑵ 底模验算

①抗弯强度验算，按简支梁计算，梁底钢管横楞间距300mm

m=1/8ql²  σ=m/w≤f_m 

   由w=1/6bh²    b=1100mm  h=18mm

        Q=1.2（q₁+q₂+q₃）+1.4q₄

=1.2[0.2×1.1×0.018+25×1.1×2.5+1.5×1.1×2.5]+1.4×2×1.1×2.5  =87.45+7.7=95.15kN/m

   则σ=1/8×95.15×300²/1100×18×1/6=15.37＜f_m=17n/mm²  符合

②挠度计算

w=5ql⁴/384EI≤[W]=l/150  I=1/12bh³  

w=5×95.15×300⁴/384×10×10³×1100×18³×1/12=1.87<300/150=2符合

⑶ 侧模计算

  浇筑温度T=25℃, 用内振捣器时，新浇筑的砼作用于模板的侧压力

  F₁=0.4+150/t+30K_SK_WR^{1/3              F}₂=2.5h

R=60m/r    K_W=1.2    K_S=0.85     

F₁=0.4+150/25+30×0.85×1.2×60^1/3=112.8kN/m

   F₂=2.5×1.7=42.5kN/m 

取两者较小值   F=42.5kN/m,       F=42.5×1.2=51kN/m

选用50×100的木枋做内椤水平方向布置，φ48×3.5的做外椤竖向布置，宽度为1m的区格，F作为均布荷载

M=1/8ql²=1/8×51×4.5²=129kN/m

由W=2×5.08×10³       σ=1290000/5080×2=127 kN/m

对拉螺栓的设置区格为400×400mm  

φ14的对拉螺栓允许拉力为17.8 kN/m

0.5×0.4×51＜17.8 kN/m