高層住宅裝配式預制樓梯施工工法

高層住宅裝配式預制樓梯施工工法1 序言為了有效處理建筑行業(yè)勞動力不足，提升工程效率縮短工期，提升建筑物質(zhì)量和性能，確保房地產(chǎn)企業(yè)愈加好可連續(xù)發(fā)展等問題，建筑工程產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)是行業(yè)未來趨勢。產(chǎn)業(yè)化工程突出特點就是裝配式施工，而怎樣提升裝配式建筑整體性，怎樣降低構(gòu)件加工、安裝難度，怎樣提升構(gòu)件安裝質(zhì)量，怎樣縮短裝配式工程吊裝時間使其滿足社會要求等問題成了影響產(chǎn)業(yè)化工程發(fā)展主要原因。傳統(tǒng)現(xiàn)澆樓梯，須經(jīng)過支模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序，在勞動力和工期上有不利影響。而且現(xiàn)澆樓梯施工質(zhì)量缺點較多，輕易出現(xiàn)漲模、漏漿等問題，混凝土在達成強度前人員往返走動，易對踏步棱角造成破壞。而裝配式預制樓梯在這些方面都能夠防止。本項目主要研究高層住宅中預制樓梯深化設計、模具制作、樓梯制作、運輸、安裝，包含樓梯構(gòu)件生產(chǎn)各種預埋件、預留孔洞規(guī)格、位置和數(shù)量，混凝土養(yǎng)護，現(xiàn)場怎樣安裝，成品怎樣保護等。2 工法特點2.1工序簡單、節(jié)約工期預制樓梯提前在加工廠預制而成，運至現(xiàn)場后直接安裝，降低了現(xiàn)澆樓梯現(xiàn)場支模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等時間，而且省去了后期踏步做法，大大降低了裝修工作量，節(jié)約工期。2.2質(zhì)量高、外觀美施工方便，構(gòu)件質(zhì)量輕易得到確保，踏步邊緣棱角分明、完整美觀，防滑條清楚漂亮，構(gòu)件尺寸幾乎無偏差。較現(xiàn)澆樓梯常出現(xiàn)漲模、漏漿、踏步缺棱掉角等質(zhì)量問題有了很大提升。2.3周轉(zhuǎn)多、成本低工廠化加工生產(chǎn)，人力需要少，材料周轉(zhuǎn)次數(shù)多，澆筑混凝土時浪費較少，而且省去后期踏步裝修成本。2.4節(jié)能環(huán)境保護工廠制作，澆筑混凝土時現(xiàn)場漏漿輕易回收利用，節(jié)能環(huán)境保護。3 適用范圍1、高層建筑標準層樓梯。2、對工期和質(zhì)量要求較高建筑工程。4 工藝原理裝配式預制樓梯采取工廠化制作，鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑及養(yǎng)護均在工廠進行。預制樓梯工廠化生產(chǎn)重點是深化設計和模板制作。預制樓梯深化設計必須符合現(xiàn)場樓梯間尺寸和位置，各種預留預埋及位置須經(jīng)過計算，確保安全準確。預制樓梯模板制作須與深化圖紙相對應，模板是確保樓梯尺寸、各類預留預埋位置和表觀質(zhì)量關鍵工藝所在。5 施工工藝流程及操作關鍵點5.1施工準備1、深化設計無誤并經(jīng)設計同意。2、預制樓梯構(gòu)件進場驗收，符合圖紙要求。3、安裝所需工具設備準備齊全并安全可靠。4、現(xiàn)澆梯梁強度達成設計要求。5、樓梯間尺寸復核完成，現(xiàn)場控制線放設完成。5.2工藝流程預制樓梯圖紙深化設計→構(gòu)件加工廠生產(chǎn)制作→構(gòu)件運輸→構(gòu)件進場驗收→現(xiàn)場安裝準備→控制線放設并復核→現(xiàn)澆梯梁處預埋鋼筋復核→現(xiàn)澆梯梁處灌漿料找平→預制樓梯起吊→預制樓梯就位調(diào)整→連接縫隙處灌漿→檢驗驗收→成品保護。5.3操作關鍵點5.3.1預制樓梯圖紙深化設計預制樓梯深化設計是施工前提，深化圖紙必須符合現(xiàn)場樓梯間尺寸和相對位置關系，各種預留預埋及位置須經(jīng)過計算，確保安全準確并經(jīng)設計院同意。圖5.3.1-1梯板平面布置圖圖5.3.1-2樓梯配筋與位置示意圖圖5.3.1-3樓梯各類預留預埋與踏步防滑條設計圖鋼筋綁扎預制樓梯在工廠進行鋼筋綁扎，并埋設各類預埋件，鋼筋規(guī)格、間距，預埋件種類需與圖紙相對應，并經(jīng)驗收合格。圖5.3.2鋼筋工廠綁扎5.3.3預制樓梯模板制作預制樓梯模板制作須與深化圖紙相對應，模板是確保樓梯尺寸、各類預留預埋位置和表觀質(zhì)量關鍵所在。圖5.3.3-1模板工廠安裝圖5.3.3-2各類預留預埋構(gòu)件5.3.4預制樓梯工廠養(yǎng)護預制樓梯在加工廠進行混凝土澆筑，澆筑完成后采取蒸汽恒溫養(yǎng)護，強度提升快，養(yǎng)護效果好。圖5.3.4預制樓梯蒸汽養(yǎng)護5.3.5預制樓梯運輸預制樓梯在運輸過程中極易受到損壞，為預防磕碰，采取專用車輛進行運輸。車輛載重20t，一次運輸4塊，并在車上安裝固定支架對構(gòu)件進行固定。圖5.3.5預制樓梯運輸示意圖5.3.6預制樓梯現(xiàn)場安裝預制樓梯進場驗收合格后，采取塔吊安裝就位。項目依照主體結(jié)構(gòu)施工進度采取每兩層安裝一次方法進行安裝，確保梯梁處混凝土強度達成要求。1、預制樓梯在吊裝前，將側(cè)面預埋吊環(huán)切除并抹平，在梯面平板預留吊裝孔處安裝萬向旋轉(zhuǎn)環(huán)。圖5.3.6-1萬向旋轉(zhuǎn)環(huán)與樓梯連接圖2、為防止預制樓梯吊裝就位時與樓梯間碰撞造成缺棱掉角等質(zhì)量缺點。項目制作了專用吊裝鋼梁，鋼梁長度5.44m，采取H250*125*6*9型鋼，上邊與下邊設置20圓鋼作為吊點，下邊吊點距離與樓梯上預埋吊點距離相等，確保預制樓梯在吊裝時鋼絲繩保持豎直，防止產(chǎn)生水平分力造成樓梯旋轉(zhuǎn)，同時也防止了樓梯就位時極易沖撞問題。圖5.3.6-2吊裝鋼梁示意圖圖5.3.6-3預制樓梯現(xiàn)場吊裝圖3、預制樓梯安裝就位，經(jīng)過細微調(diào)整，后采取C35級高強無收縮灌漿料將梯板與樓梯間兩側(cè)縫隙填實。5.4吊裝工具計算1、吊鉤螺桿部分截面驗算吊鉤螺桿部分可按受拉構(gòu)件由下式計算：σt=F/A1≤[σt]（5.4-1）式中：t──吊鉤螺桿部分拉應力；F──吊鉤所負擔起重力，取F=15000.00N；A1──螺桿扣除螺紋后凈截面面積；A1=πd12/4。其中：d1──螺桿扣除螺紋后螺桿直徑，取d1=20.00mm；[σt]──鋼材允許受拉應力。經(jīng)計算得：螺桿扣除螺紋后凈截面面積A1=3.14×20.002/4=314.16mm2；螺桿部分拉應力σt=15000.00/314.16=47.75N/mm2。因為吊鉤螺桿部分拉應力47.75N/mm2，小于允許受拉應力50.00N/mm2，所以滿足要求。2、吊鉤水平截面驗算水平截面受到偏心荷載作用，在截面內(nèi)側(cè)K點產(chǎn)生最大拉應力σc，可按下式計算：σc=F/A2+Mx/(γxWx)≤[σc]（5.4-2）式中：F──吊鉤所負擔起重力，取F=15000.00N；A2──驗算2-2截面截面積；A2≈h(b1+b2)/2。其中：h──截面高度，取h=58.00mm；b1，b2──分別為截面長邊和短邊寬度，取b1=30.00mm，b2=25.00mm；Mx──在2-2截面所產(chǎn)生彎矩；Mx=F(D/2+e1)。其中：D──吊鉤彎曲部分內(nèi)圓直徑，取D=35.00mm；e1──梯形截面重心到截面內(nèi)側(cè)長邊距離；e1=h(b1+2b2)/[3(b1+b2)]；λx──截面塑性發(fā)展系數(shù)，取λx=1.00；Wx──截面對x-x軸抵抗矩；Wx=Ix/e1。其中：Ix──水平梯形截面慣性矩；[σc]──鋼材允許受壓應力，取[σc]=70.00N/mm2；2-2截面截面積A2=58.00×(30.00+25.00)/2=1595.00mm2；解得：梯形截面重心到截面內(nèi)側(cè)長邊距離e1=28.12mm。在2-2截面所產(chǎn)生彎矩Mx=15000.00×(35.00/2+28.12)=684318.18N·mm；解得：水平梯形截面慣性矩Ix=445899.90mm4。截面對x-x軸抵抗矩Wx=445899.90/28.12=15856.35mm3；經(jīng)過計算得σc=15000.00/1595.00+684318.18/15856.35=52.56N/mm2。因為吊鉤2－2截面部分壓應力52.56N/mm2，小于允許受壓應力70.00N/mm2，所以滿足要求。3、吊鉤垂直截面驗算垂直截面應力計算與水平截面驗算相同：h──截面高度，取h=38.00mm；b1，b2──分別為截面長邊和短邊寬度，取b1=30.00mm，b2=25.00mm；3-3截面截面積A3=38.00×(30.00+25.00)/2=1045.00mm2；解得：梯形截面重心到截面內(nèi)側(cè)長邊距離e1=18.42mm。在3-3截面所產(chǎn)生彎矩Mx=15000.00×(35.00/2+18.42)=538863.64N·mm；解得：水平梯形截面慣性矩Ix=125401.92mm4。截面對x-x軸抵抗矩Wx=125401.92/18.42=6806.35mm3；經(jīng)過計算得σc=15000.00/1045.00+538863.64/6806.35=93.52N/mm2。垂直截面剪應力τ按下式計算：τ=F/(2A3)（5.4-3）式中：F──吊鉤所負擔起重力，取F=15000.00N；A3──3-3截面豎截面面積，取A3=1045.00mm2。經(jīng)過計算得τ=15000.00/(2×1045.00)=7.18N/mm2。依照強度強度理論公式按下式驗算：σ=(σc2+3τ2)1/2≤[σ]（5.4-4）經(jīng)過計算得σ=(93.522+3×7.182)1/2=94.35N/mm2。因為吊鉤3－3截面部分壓應力94.35N/mm2，小于鋼材允許綜合應力140.00N/mm2，所以滿足要求。4、圓形吊環(huán)計算圓環(huán)彎曲應力σ0按下式驗算：（5.4-5）式中：P──作用于圓環(huán)上荷載，取P=15000.00N；R0──環(huán)中心圓半徑，取R0=35.00mm；d──圓環(huán)截面圓直徑，取d=20.00mm；[σ0]──圓環(huán)允許應力，取[σ0]=300.00N/mm2。經(jīng)過計算得σ0=3.24×15000.00×35.00/20.003=212.63N/mm2。因為圓環(huán)彎曲應力212.63N/mm2，小于圓環(huán)允許應力300.00N/mm2，所以滿足要求。5、整體吊環(huán)計算1）在橫桿中點截面彎矩M1和拉力P1按下式驗算：M1≈Pl/6+P1x（5.4-6）其中：P1=Ptg(α/2)/2。式中：P──作用于整體吊環(huán)上荷截P=15000.00N；l──橫桿跨度，取l=100.00mm；x──轉(zhuǎn)角處到橫桿中線距離，取x=40.00mm；α──吊環(huán)兩斜桿間夾角，取α=15.00度。經(jīng)過計算得P1=15000.00×tg(15.00/2)/2=987.39N；M1=15000.00×100.00/6+987.39×40.00=289495.75N·mm。2）在吊環(huán)轉(zhuǎn)角處截面中(A點)彎矩M2按下式計算：M2=Pl/13（5.4-7）經(jīng)過計算得M2=15000.00×100.00/13=115384.62N·mm。3）在斜桿中拉力P2按下式計算：P2=P/(2cos(α/2))（5.4-8）經(jīng)過計算得P2=15000.00/(2×cos(15.00/2))=7564.72N。4）橫桿中點截面最大拉應力σ1按下式計算：σ1=M1/W+P1/F1≤[σ]（5.4-9）式中：F1──橫桿中點截面面積F1=1000.00mm2；W──橫桿中點抗彎截面抵抗矩W=2500.00mm3。經(jīng)過計算得到σ1=289495.75/2500.00+987.39/1000.00=116.79N/mm2。因為橫桿中點截面最大拉應力116.79N/mm2，小于允許應拉力300.00N/mm2，所以滿足要求。5）斜桿中點截面拉應力σ2按下式計算：σ2=P2/F2≤[σ]（5.4-10）式中：F2──斜桿中點截面面積F2=300.00mm2；經(jīng)過計算得到σ2=7564.72/300.00=25.22N/mm2。因為斜桿中點截面拉應力25.22N/mm2，小于允許應拉力300.00N/mm2，所以滿足要求。6、繩卡計算1）馬鞍式，抱合式繩卡數(shù)量可按下式計算：n1=1.667P/(2T)（5.4-11）其中：n1──馬鞍式，抱合式繩卡需用數(shù)量；P──鋼絲繩上所受綜共計算荷載，取P=25.00N；T──栓緊繩卡螺帽時，螺栓所受力，取T=24.50N。經(jīng)計算得n1=1.667×25.00/(2×24.50)=1個。2）騎馬式繩卡數(shù)量可按下式計算：n2=2.5P/T（5.4-12）其中：n2──騎馬式繩卡需用數(shù)量。經(jīng)計算得n2=2.5×25.00/24.50=3個。7、鋼絲繩吊裝構(gòu)件采取6×19、直徑17.0mm，鋼絲強度極限為1400N/mm2鋼絲繩作起重繩。1）鋼絲繩允許拉力計算：鋼絲繩允許拉力可按下式計算：[Fg]=aFg/K（5.4-13）其中：[Fg]──鋼絲繩允許拉力；Fg──鋼絲繩鋼絲破斷拉力總和，取Fg=151.50kN；α──考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，α=0.85；K──鋼絲繩使用安全系數(shù)，取K=5.50。經(jīng)計算得[Fg]=151.50×0.85/5.50=23.41kN。2）鋼絲繩沖擊荷載計算：鋼絲繩沖擊荷載可按下式計算:Fs=Q(1+(1+2EAh/QL)1/2)（5.4-14）其中：Fs──沖擊荷載；Q──靜荷載，取Q=15.00kN；E──鋼絲繩彈性模量，取E=78400.00N/mm2；A──鋼絲繩截面面積，取A=103.28mm2；h──鋼絲繩落下高度，取h=250.00mm；L──鋼絲繩懸掛長度，取L=5000.00mm。經(jīng)計算得Fs=15000.00×(1+(1+2×78400.00×103.28×250.00/15000.00/5000.00)×1/2)=126223.77N≈126Kn，所以滿足要求。8、卡環(huán)吊裝構(gòu)件采取卡環(huán)銷子直徑為21mm，查表得卡環(huán)允許荷載為：FK=17150N>15000N，所以滿足要求。9、繩卡采取馬鞍式繩卡固定鋼絲繩夾接，用直徑15.8mm螺栓緊固，查表得螺栓上所受力為15.19kN。所需繩卡數(shù)量n1=1.667P/2T=1.667×15/2×15.19=0.823，用1個繩卡滿足要求。鋼絲繩允許拉力可按下式計算：[Fg]=aFg/K（5.4-15）其中：[Fg]──鋼絲繩允許拉力；Fg──鋼絲繩鋼絲破斷拉力總和，取Fg=151.50kN；α──考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，α=0.85；K──鋼絲繩使用安全系數(shù)，取K=9.00；經(jīng)計算得[Fg]=151.50×0.85/9.00=14.31kN。鋼絲繩在承受拉伸和彎曲時復合應力按下式計算：σ=F/A+d0E0/D（5.4-16）其中：σ──鋼絲繩承受拉伸和彎曲復合應力；F──鋼絲繩承受綜共計算荷載，取F=151.50kN；A──鋼絲繩鋼絲截面面積總和，取A=111.53mm2；d0──單根鋼絲直徑(mm)，取d0=0.20mm；D──滑輪或卷筒槽底直徑，取D=50.00mm；E0──鋼絲繩彈性模量，取E0=78400.00N/mm2。經(jīng)計算得σ=151500.00/111.53+0.20×78400.00/50.00=314.96N/mm2。鋼絲繩沖擊荷載可按下式計算：Fs=Q(1+(1+2EAh/QL)1/2)（5.4-17）其中：Fs──沖擊荷載；Q──靜荷載，取Q=15.00kN；E──鋼絲繩彈性模量，取E=78400.00N/mm2；A──鋼絲繩截面面積，取A=111.53mm2；h──鋼絲繩落下高度，取h=250.00mm；L──鋼絲繩懸掛長度，取L=5000.00mm。經(jīng)計算得Fs=15000.00×(1+(1+2×78400.00×111.53×250.00/15000.00/5000.00)×1/2)=130502.94N≈131kN。10、萬向旋轉(zhuǎn)環(huán)圖5.4萬向旋轉(zhuǎn)環(huán)萬向旋轉(zhuǎn)環(huán)承受拉力為6.3t，滿足要求。11、垂直起重機械采取TC7035塔吊作為垂直起重機械，吊裝點30m處起吊重量為5.33t，能夠滿足吊裝需要。6 材料與設備本工法采取主要材料設備見下表。表6主要材料設備序號分類設備名稱規(guī)格單位數(shù)量備注1加工廠龍門吊10t臺12鋼模板套2自制3預埋螺桿M24個84振搗棒Ф30個25鍋爐臺16蒸汽養(yǎng)護室6m×3m×2m個27貨運汽車20t輛18施工現(xiàn)場塔吊TC7035臺19萬向旋轉(zhuǎn)環(huán)M24個410吊裝鋼梁個1自制11手動葫蘆5t個212撬棍個113灌漿料C35袋27 質(zhì)量控制7.1執(zhí)行標準1、《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50010-2、《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1-3、《預制混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢驗標準》DB11／T968-4、《住宅預制混凝土梯段工業(yè)標準》JG3002.1-19925、《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點結(jié)構(gòu)》15G310-17.2現(xiàn)場質(zhì)量控制方法方法現(xiàn)場安裝時發(fā)覺，當采取四根鋼絲繩吊裝時，樓梯構(gòu)件傾斜角度不變，但因為樓梯間存在允許誤差，造成樓梯就位困難，而且就位時樓梯上下晃動較大，和梯梁沖擊力較大，極易造成缺棱掉角現(xiàn)象。后改為兩根手動葫蘆和兩根鋼絲繩后，就位時能夠拽動手動葫蘆對傾斜角度進行微調(diào)，而且減小了上下晃動，防止缺棱掉角現(xiàn)象發(fā)生。圖7.2-1采取手動葫蘆就位保護為預防人員走動對預制樓梯造成破壞，在樓梯就位驗收合格后，及時采取現(xiàn)場廢棄模板對預制樓梯進行全封閉保護，而且為預防保護模板脫落，在兩側(cè)釘上斜拉條，確保牢靠可靠。圖7.2-2預制樓梯成品保護8 安全方法1、因為預制樓梯吊裝為新工藝，吊裝時要對操作人員進行培訓，培訓內(nèi)容主要有鋼梁、吊環(huán)制作，吊裝時平衡性掌握，吊裝定位及吊裝安全注意事項等，待操作人員熟悉整個吊裝工序流程后，才能進行吊裝，而且初始吊裝時，要進行吊裝演練。2、工人進場必須進行有針對性安全教育，天天吊裝前必須進行安全交底。3、吊裝前必須檢驗吊具、鋼梁、葫蘆、鋼絲繩等起重用具性能是否完好。4、正確使用安全帶、安全帽等安全工具。5、在吊裝區(qū)域、安裝區(qū)域設置暫時圍欄、警示標志，工人不得禁止在吊裝范圍下方穿越。6、操作結(jié)束時一定要收拾現(xiàn)場、整理整理、尤其在結(jié)束后要對工具進行清點。7、構(gòu)件起重作業(yè)時，必須由起