CN112502714B - 一种装配式竖井筒体结构及设计施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装配式竖井筒体结构及设计施工方法，每层装配式结构从搭接插筋开始，然后绑扎密肋柱钢筋，绑扎下部环向梁钢筋，将双壁板标准构件吊装就位，依次装配成环形成当前层竖井筒体，绑扎上部环向梁钢筋，上层密肋柱位置预留插筋，浇筑环向竖向内腔梁柱混凝土，安装三角桁架脚手架。相较传统地下深竖井筒体结构设计施工方法，本装配式竖井筒体结构，主要构配件实现工厂工业化预制，标准化程度高，加工精确和生产效率高，产品质量易于保证，预制构件既代替了传统模板，而且装配结构无工作面限制，是绿色建造方式，施工方便快捷工效高，各工序搭接平顺，施工现场无复杂交错支撑及脚手架系统，保证安全文明施工。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程竖井筒体结构设计施工技术领域，具体为一种装配式竖井筒体结构及设计施工方法。
背景技术
随着我国社会与经济的发展，城市地上可利用空间日趋紧张，房屋结构拆迁、地表浅层管线迁改成本大幅上升，开发利用地下空间，缓解交通拥挤、减少城市大气污染、改善城市生态环境越来越成为社会共识。地铁、地下综合管廊、地下污水输运隧道等地下建筑结构工程成为新一轮基础设施投资建设热点。筒体结构刚度大、整体性、挡水防渗性好，受力合理，在这类地下结构中普遍使用。
现有传统地下深井结构（50m左右）施工工序多，地下空间狭窄，工作面受限，模板支撑体系施工困难，工作效率低，施工周期长，模板刚度控制困难，混凝土浇筑成型质量难以保证，而且模板拆除工程量大。对于地下深竖井筒体结构，施工脚手架系统复杂，施工安全隐患大。
发明内容
为了克服现有技术中地下深井结构施工工序多、工作效率低、脚手架系统搭建复杂以及施工安全隐患大等技术缺陷，本发明提供了一种装配式竖井筒体结构及设计施工方法，解决了上述技术问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种装配式竖井筒体结构，该竖井筒体采用多个双壁板标准构件拼装而成，每个双壁板标准构件在上、下、左、右四个方向均通过角部预埋连接件与相邻方向的双壁板标准构件借助搭钢板焊接，完成环向以及上下层的固定连接，进而形成竖井筒体结构。
单个双壁板标准构件为外模板壁、内模板壁和三根内外壁连系梁构成的“哑玲状”结构，单个所述的内外壁连系梁上部预埋有吊点，中间位置预留有方孔，内模板壁和外模板壁的内部均配有水平环向分布钢筋和竖向分布钢筋，水平环向分布钢筋和竖向分布钢筋交叉焊接在一起，并呈网状结构分布，分布钢筋与混凝土共同承担浇筑混凝土时的流动混凝土侧压力和振捣等施工荷载。
双壁板标准构件在垂直方向拼装完成后，经过混凝土浇筑形成环向后绕梁，环向后绕梁内部设置有环向梁受压纵筋、环向梁受拉纵筋、环向梁抗剪箍筋和环向受力分布腰筋，环向梁受压纵筋分布在上一层内外壁连系梁的底部，环向梁受拉纵筋分布在下一层内外壁连系梁的顶部，环向梁抗剪箍筋沿竖井筒体的竖向分布，环向受力分布腰筋沿竖井筒体的环向分布。
双壁板标准构件在环向方向拼装完成后，经过混凝土浇筑形成竖向后绕梁，竖向后绕梁内部设置有竖向柱内侧纵筋、竖向柱外侧纵筋、竖向柱抗剪箍筋和竖向柱构造用腰筋，竖向柱内侧纵筋沿竖井筒体的竖向方向分布在内模板壁的外侧，竖向柱外侧纵筋沿竖井筒体的竖向方向分布在外模板壁的内侧，竖向柱抗剪箍筋沿竖井筒体的径向方向分布，左右两端分别与竖向柱内侧纵筋和竖向柱外侧纵筋焊接在一起，竖向柱构造用腰筋沿竖井筒体的环向分布。
外模板壁的外侧安装有三角桁架脚手架，包括斜撑、上弦梁板、安全栏杆、扶壁预埋件和楼梯，扶壁预埋件预埋在外模板壁上，斜撑、上弦梁板固定安装在扶壁预埋件上，斜撑包括内侧斜撑和外侧斜撑，对上弦梁板形成斜向支撑，相邻上弦梁板的中间位置安装有楼梯，作为作业人员的行走通道，上弦梁板的外侧还安装有安全栏杆。
本发明一种装配式竖井筒体结构的前期设计，包括装配预制构件分块尺寸优化，双壁板标准构件形成的预制装配式模板体系，环向密肋梁竖向密肋柱受力体系，以及三角桁架脚手架体系等受力构件设计，竖井筒体可以成受力均匀合理的圆筒，也可以设计成矩形筒，视工艺与结构要求综合确定，采用如下步骤进行设计：
S1：结合竖井筒体结构设计工况，建立筒体结构三维板壳单元有限元计算模型，计算筒体结构每延米弯矩、剪力和轴力分布；
S2：根据施工实际条件，将竖井筒体结构竖向分段环向分节，设计由若干短深梁连接的内外双壁板预制标准构件尺寸，壁板配水平及竖向分布筋，壁板配筋和厚度满足吊装、流动混凝土侧压力和振捣等施工荷载工况下的强度、刚度、裂缝和混凝土保护层厚度控制要求；
S3：将步骤S2所设计的双壁板标准构件装配成单层筒体环；
S4：单层内外双壁板预制标准构件间内腔一次性浇筑混凝土，内腔混凝土构成环向竖向井形密肋梁柱受力体系；
S5：利用步骤S1所求筒壁竖向每延米弯矩、剪力和轴力，乘以密肋柱间距，作为相应密肋柱的内力，完成竖向密肋柱抗剪箍筋、拉压弯纵向受力钢筋设计计算；
S6：利用步骤S1所求筒壁环向每延米弯矩、剪力和轴力，乘以环梁间距，作为相应环梁的内力，完成环向密肋梁抗剪箍筋、拉压弯纵向受力钢筋设计计算。
本发明一种装配式竖井筒体结构在后期施工过程中，双壁板标准构件间竖向连接缝应错缝，内腔混凝土施工缝与双壁板标准构件水平缝也要求错缝，保证筒体结构整体性，达到更好的止水与防水效果，整个施工方法包括以下施工步骤：
S1：在工厂预制双壁板标准构件，施工筒体结构底板，在密肋柱位置预留插筋；
S2：搭接插筋，绑扎密肋柱钢筋，绑扎下部环向梁钢筋；
S3：借助双壁板标准构件上的吊点将第一层双壁板标准构件吊装就位，并依次装配成环，形成首层竖井筒体；
S4：绑扎上部环向梁钢筋，并在第二层密肋柱位置预留插筋，浇筑环向竖向内腔梁柱混凝土；
S5：安装三角桁架脚手架，搭接插筋，绑扎密肋柱钢筋，绑扎下部环向梁钢筋；
S6：上下层双壁板标准构件错缝吊装就位，依次装配成环形成单层竖井筒体；
S7：绑扎上部环向梁钢筋，上层密肋柱位置预留插筋，浇筑环向竖向内腔梁柱混凝土；
S8：重复上述步骤S5-S7，施工上层竖井筒体，直至竖井筒体装配完成。
上述的一种装配式竖井筒体结构的施工方法，所述双壁板标准构件在预制时已经预埋好预埋连接件，竖环向双壁板标准构件间通过预埋连接件搭钢板焊接连接。
上述的一种装配式竖井筒体结构的施工方法，所述步骤S3中，首层双壁板标准构件整体较薄时，采取辅助支撑架施工措施，保证双壁板标准构件的侧向稳定性，在完成浇筑混凝土且混凝土达到安全强度后，辅助支撑架拆除。
上述的一种装配式竖井筒体结构的施工方法，所述步骤S7中，浇筑环向竖向梁柱混凝土时，每层内腔浇筑的钢筋混凝土高度应低于对应层侧壁板顶部高度。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，可以达到以下有益效果：
1、本发明一种装配式竖井筒体结构，主要构配件实现工厂工业化预制，不仅代替了传统模板，同时具备强度高、刚度大的优点，加工精确和生产效率高，双壁板标准构件的标准化程度高，产品质量易于保证；
2、本发明所述的施工方法，在满足厚混凝土墙施工要求的前提下，省去了模板的施工过程，从而缩减了施工工期，节省模板摊销损耗费用，同时装配结构无工作面限制，各工序搭接平顺，施工现场无复杂交错支撑及脚手架系统，保证安全文明施工。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明，其中：
图1为本发明所述双壁板标准构件的俯视平面图；
图2为本发明所述双壁板标准构件的剖面图；
图3为本发明所述双壁板标准构件上、下、左、右方向上的拼装示意图；
图4为本发明所述双壁板标准构件在垂直方向经过混凝土浇筑形成的环向后浇梁受力体系的示意图；
图5为本发明所述环向后浇梁配筋示意图；
图6为本发明所述双壁板标准构件在环向方向经过混凝土浇筑形成的竖向后绕梁受力体系的示意图；
图7为本发明所述竖向后浇梁配筋示意图；
图8为本发明所述三角桁架脚手架的安装示意图；
图9为本发明所述双壁板标准构件在上、下、左、右四个方向拼装状态的结构示意图；
图10为本发明所述双壁板标准构件上、下两层拼装成环状态的结构示意图；
图中：1-外模板壁，2-内模板壁，3-内外壁连系梁，4-吊点，5-方孔，6-水平环向分布钢筋，7-竖向分布钢筋，8-环向后浇梁，9-竖向后浇梁，10-双壁板标准构件角部预埋连接件，11-环向梁受压纵筋，12-环向梁受拉纵筋，13-环向梁抗剪箍筋，14-环向受力分布腰筋，15-竖向柱内侧纵筋，16-竖向柱外侧纵筋，17-竖向柱抗剪箍筋，18-竖向柱构造用腰筋，19-内侧斜撑，20-外侧斜撑，21-上弦梁板，22-安全栏杆，23-扶壁预埋件，24-楼梯。
具体实施方式
该竖井筒体采用多个双壁板标准构件拼装而成，如图1和图2所示，为本发明所述双壁板标准构件的俯视平面图和剖视图，单个双壁板标准构件为外模板壁1、内模板壁2和三根内外壁连系梁3构成的“哑玲状”结构，单个所述的内外壁连系梁3上部预埋有吊点4，中间位置预留有方孔5，内模板壁2和外模板壁1的内部均配有水平环向分布钢筋6和竖向分布钢筋7，水平环向分布钢筋6和竖向分布钢筋7交叉焊接在一起，并呈网状结构分布。
每个双壁板标准构件在上、下、左、右四个方向均通过角部预埋连接件10与相邻方向的双壁板标准构件借助搭钢板焊接，完成环向以及上下层的固定连接，进而形成竖井筒体结构，其拼装结构如图3所示。
双壁板标准构件在垂直方向拼装完成后，经过混凝土浇筑形成环向后绕梁8，如图4所示，为环向后绕梁8内腔受力体系的示意图，环向后绕梁8内部设置有环向梁受压纵筋11、环向梁受拉纵筋12、环向梁抗剪箍筋13和环向受力分布腰筋14，如图5所示，为环向后浇梁8配筋示意图，环向梁受压纵筋11分布在上一层内外壁连系梁3的底部，环向梁受拉纵筋12分布在下一层内外壁连系梁3的顶部，环向梁抗剪箍筋13沿竖井筒体的竖向分布，环向受力分布腰筋14沿竖井筒体的环向分布。
双壁板标准构件在环向方向拼装完成后，经过混凝土浇筑形成竖向后绕梁9，如图6所示，为竖向后绕梁9内腔受力体系的示意图，竖向后绕梁9内部设置有竖向柱内侧纵筋15、竖向柱外侧纵筋16、竖向柱抗剪箍筋17和竖向柱构造用腰筋18，如图7所示，为竖向后绕梁9配筋示意图，竖向柱内侧纵筋15沿竖井筒体的竖向方向分布在内模板壁2的外侧，竖向柱外侧纵筋16沿竖井筒体的竖向方向分布在外模板壁1的内侧，竖向柱抗剪箍筋17沿竖井筒体的径向方向分布，左右两端分别与竖向柱内侧纵筋15和竖向柱外侧纵筋16焊接在一起，竖向柱构造用腰筋18沿竖井筒体的环向分布。
如图8所示，为本发明所述三角桁架脚手架的安装示意图，包括斜撑、上弦梁板21、安全栏杆22、扶壁预埋件23和楼梯24，扶壁预埋件23预埋在外模板壁1上，斜撑、上弦梁板21固定安装在扶壁预埋件23上，斜撑包括内侧斜撑19和外侧斜撑20，对上弦梁板21形成斜向支撑，相邻上弦梁板21的中间位置安装有楼梯24，作为作业人员的行走通道，上弦梁板21的外侧还安装有安全栏杆22。
如图9所示，为本发明所述双壁板标准构件在上、下、左、右四个方向拼装状态的结构示意图，图10是上下两层双壁板标准构件拼装成环状态立体示意图，外模板壁1和内模板壁2在施工工况下主要起侧模板作用，在工作工况下类似于建筑结构的楼板，将筒体外侧力或筒体内侧力分配给图中内腔部位后浇的环向后绕梁8与竖向后绕梁9，传力体系整体性好，冗余度高。
本发明一种装配式竖井筒体结构的前期设计，包括装配预制构件分块尺寸优化，双壁板标准构件形成的预制装配式模板体系，环向密肋梁竖向密肋柱受力体系，以及三角桁架脚手架体系等受力构件设计，竖井筒体可以成受力均匀合理的圆筒，也可以设计成矩形筒，视工艺与结构要求综合确定，采用如下步骤进行设计：
步骤一：结合竖井筒体结构设计工况，建立筒体结构三维板壳单元有限元计算模型，计算筒体结构每延米弯矩、剪力和轴力分布；
步骤二：根据施工实际条件，将竖井筒体结构竖向分段、环向分节，设计由若干短深梁连接的内外双壁板预制标准构件尺寸，壁板配水平环向分布钢筋6和竖向分布钢筋7，壁板配筋和厚度满足吊装、流动混凝土侧压力和振捣施工荷载工况下的强度、刚度、裂缝和混凝土保护层厚度控制要求；
步骤三：将步骤二所设计的双壁板标准构件装配成单层筒体环；
步骤四：单层内外双壁板预制标准构件间内腔一次性浇筑混凝土，内腔混凝土构成环向竖向井形密肋梁柱受力体系；
步骤五：利用步骤一所求筒壁竖向每延米弯矩、剪力和轴力，乘以密肋柱间距，作为相应密肋柱的内力，完成竖向密肋柱抗剪箍筋、拉压弯纵向受力钢筋设计计算；
步骤六：利用步骤一所求筒壁环向每延米弯矩、剪力和轴力，乘以环梁间距，作为相应环梁的内力，完成环向密肋梁抗剪箍筋、拉压弯纵向受力钢筋设计计算。
本发明一种装配式竖井筒体结构在后期施工过程中，双壁板标准构件间竖向连接缝应错缝，内腔混凝土施工缝与双壁板标准构件水平缝也要求错缝，保证筒体结构整体性，达到更好的止水与防水效果，整个施工方法包括以下施工步骤：
步骤一：在工厂预制双壁板标准构件，施工筒体结构底板，在密肋柱位置预留插筋；
步骤二：搭接插筋，绑扎密肋柱钢筋，绑扎下部环向梁钢筋；
步骤三：借助双壁板标准构件上的吊点4将第一层双壁板标准构件吊装就位，并依次装配成环，形成首层竖井筒体，当首层双壁板标准构件整体较薄时，采取辅助支撑架施工措施，保证双壁板标准构件的侧向稳定性，在完成浇筑混凝土且混凝土达到安全强度后，辅助支撑架拆除；
步骤四：绑扎上部环向梁钢筋，并在第二层密肋柱位置预留插筋，浇筑环向竖向内腔梁柱混凝土；
步骤五：安装三角桁架脚手架，搭接插筋，绑扎密肋柱钢筋，绑扎下部环向梁钢筋；
步骤六：上下层双壁板标准构件错缝吊装就位，依次装配成环形成单层竖井筒体；
步骤七：绑扎上部环向梁钢筋，上层密肋柱位置预留插筋，浇筑环向竖向内腔梁柱混凝土，每层内腔浇筑的钢筋混凝土高度应低于对应层侧壁板顶部高度；
步骤八：重复上述步骤五至步骤七，施工上层竖井筒体，直至竖井筒体装配完成。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种装配式竖井筒体结构，其特征在于，该竖井筒体采用多个双壁板标准构件拼装而成，每个双壁板标准构件在上、下、左、右四个方向均通过角部预埋连接件（10）与相邻方向的双壁板标准构件借助搭钢板焊接，完成环向以及上下层的固定连接，进而形成竖井筒体结构；
单个双壁板标准构件为外模板壁（1）、内模板壁（2）和三根内外壁连系梁（3）构成的“哑玲状”结构，单个所述的内外壁连系梁（3）上部预埋有吊点（4），中间位置预留有方孔（5），内模板壁（2）和外模板壁（1）的内部均配有水平环向分布钢筋（6）和竖向分布钢筋（7），所述水平环向分布钢筋（6）和竖向分布钢筋（7）交叉焊接在一起，并呈网状结构分布；
所述双壁板标准构件在垂直方向拼装完成后，经过混凝土浇筑形成环向后绕梁（8），所述环向后绕梁（8）内部设置有环向梁受压纵筋（11）、环向梁受拉纵筋（12）、环向梁抗剪箍筋（13）和环向受力分布腰筋（14），所述环向梁受压纵筋（11）分布在上一层内外壁连系梁（3）的底部，所述环向梁受拉纵筋（12）分布在下一层内外壁连系梁（3）的顶部，所述环向梁抗剪箍筋（13）沿竖井筒体的竖向分布，所述环向受力分布腰筋（14）沿竖井筒体的环向分布；
所述双壁板标准构件在环向方向拼装完成后，经过混凝土浇筑形成竖向后绕梁（9），所述竖向后绕梁（9）内部设置有竖向柱内侧纵筋（15）、竖向柱外侧纵筋（16）、竖向柱抗剪箍筋（17）和竖向柱构造用腰筋（18），所述竖向柱内侧纵筋（15）沿竖井筒体的竖向方向分布在内模板壁（2）的外侧，所述竖向柱外侧纵筋（16）沿竖井筒体的竖向方向分布在外模板壁（1）的内侧，所述竖向柱抗剪箍筋（17）沿竖井筒体的径向方向分布，左右两端分别与竖向柱内侧纵筋（15）和竖向柱外侧纵筋（16）焊接在一起，所述竖向柱构造用腰筋（18）沿竖井筒体的环向分布；
所述外模板壁（1）的外侧安装有三角桁架脚手架，包括斜撑、上弦梁板（21）、安全栏杆（22）、扶壁预埋件（23）和楼梯（24），所述扶壁预埋件（23）预埋在外模板壁（1）上，所述斜撑、上弦梁板（21）固定安装在扶壁预埋件（23）上，所述斜撑包括内侧斜撑（19）和外侧斜撑（20），对上弦梁板（21）形成斜向支撑，相邻上弦梁板（21）的中间位置安装有楼梯（24），作为作业人员的行走通道，所述上弦梁板（21）的外侧还安装有安全栏杆（22）。
2.一种如权利要求1所述的装配式竖井筒体结构的设计方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤：
S1：结合竖井筒体结构设计工况，建立筒体结构三维板壳单元有限元计算模型，计算筒体结构每延米弯矩、剪力和轴力分布；
S2：根据施工实际条件，将竖井筒体结构竖向分段、环向分节，设计由若干短深梁连接的内外双壁板标准构件尺寸，壁板配水平环向分布钢筋（6）和竖向分布钢筋（7），壁板配筋和厚度满足吊装、流动混凝土侧压力和振捣施工荷载工况下的强度、刚度、裂缝和混凝土保护层厚度控制要求；
S3：将步骤S2所设计的双壁板标准构件装配成单层筒体环；
S4：单层内外双壁板预制标准构件间内腔一次性浇筑混凝土，内腔混凝土构成环向竖向井形密肋梁柱受力体系；
S5：利用步骤S1所求筒壁竖向每延米弯矩、剪力和轴力，乘以密肋柱间距，作为相应密肋柱的内力，完成竖向密肋柱抗剪箍筋、拉压弯纵向受力钢筋设计计算；
S6：利用步骤S1所求筒壁环向每延米弯矩、剪力和轴力，乘以环梁间距，作为相应环梁的内力，完成环向密肋梁抗剪箍筋、拉压弯纵向受力钢筋设计计算。
3.一种如权利要求1所述的装配式竖井筒体结构的施工方法，其特征在于，该施工方法包括以下步骤：
S1：在工厂预制双壁板标准构件，施工筒体结构底板，在密肋柱位置预留插筋；
S2：搭接插筋，绑扎密肋柱钢筋，绑扎下部环向梁钢筋；
S3：借助双壁板标准构件上的吊点（4）将第一层双壁板标准构件吊装就位，并依次装配成环，形成首层竖井筒体；
S4：绑扎上部环向梁钢筋，并在第二层密肋柱位置预留插筋，浇筑环向竖向内腔梁柱混凝土；
S5：安装三角桁架脚手架，搭接插筋，绑扎密肋柱钢筋，绑扎下部环向梁钢筋；
S6：上下层双壁板标准构件错缝吊装就位，依次装配成环形成单层竖井筒体；
S7：绑扎上部环向梁钢筋，上层密肋柱位置预留插筋，浇筑环向竖向内腔梁柱混凝土；
S8：重复上述步骤S5-S7，施工上层竖井筒体，直至竖井筒体装配完成。
4.根据权利要求3所述的一种装配式竖井筒体结构的施工方法，其特征在于，所述双壁板标准构件在预制时已经预埋好预埋连接件（10），竖环向双壁板标准构件间通过预埋连接件（10）搭钢板焊接连接。
5.根据权利要求3所述的一种装配式竖井筒体结构的施工方法，其特征在于，所述步骤S3中，首层双壁板标准构件整体较薄时，采取辅助支撑架施工措施，保证双壁板标准构件的侧向稳定性，在完成浇筑混凝土且混凝土达到安全强度后，辅助支撑架拆除。
6.根据权利要求3所述的一种装配式竖井筒体结构的施工方法，其特征在于，所述步骤S7中，浇筑环向竖向梁柱混凝土时，每层内腔浇筑的钢筋混凝土高度应低于对应层侧壁板顶部高度。
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