第九章设计与施工.

第九章土木工程设计与施工一、结构设计的基本理论结构设计的目标是使结构必须满足下列三方面功能要求：（1)安全性（2)适用性（3)耐久性第一节结构设计的基本理论和设计方法二、结构设计方法1.承载能力极限状态计算各类构件均应进行该种状态计算，并应满足以下表达式：RSS荷载效应设计值0结构重要性系数R结构抗力2.正常使用极限状态计算重要构件需进行计算，一般可不验算，但应满足构造要求，其表达式为：CSkkS荷载效应标准值CC正常使用极限状态限值第二节地基的处理和基础施工一、地基处理与加固1.换土地基当建筑物基础下的持力层比较软弱，不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换土地基来处理软弱地基。这时先将基础下一定范围内承载力低的软土层挖去，然后回填强度较大的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。实践证明：换土地基可以有效地处理某些荷载不大的建筑物地基问题，例如：一般的三、四层房屋、路堤、油罐和水闸等的地基。换土地基按其回填的材料可分为砂地基、碎（砂）石地基、灰土地基等。2.强夯地基强夯地基是用起重机械将重锤（一般8～30t）吊起从高处（一般6～30m）自由落下，给地基以冲击力和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性的一种有效的地基加固方法。该法具有效果好、速度快、节省材料、施工简便，但施工时噪声和振动大等特点。适用于碎石土、砂土、黏性土、湿陷性黄土及填土地基等的加固处理。3.重锤夯实地基重锤夯实是用起重机械将夯锤提升到一定高度后，利用自由下落时的冲击能来夯实基土表面，使其形成一层较为均匀的硬壳层，从而使地基得到加固。该法具有施工简便；费用较低，但布点较密，夯击遍数多，施工期相对较长，同时夯击能量小，孔隙水难以消散，加固深度有限，当土的含水量稍高，易夯成橡皮土，处理较困难等特点。适用于处理地下水位以上稍湿的黏性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土地基。但当夯击振动对邻近的建筑物、设备以及施工中的砌筑工程或浇筑混凝土等产生有害影响时，或地下水位高于有效夯实深度以及在有效深度内存在软黏土层时，不宜采用。4.砂桩地基砂桩地基是通过冲击和振动，把砂挤入土中成桩。此方法经济、简单且有效。这种桩适用于挤密松散砂土、素填土和杂填土等地基。对于饱和软黏土地基，由于其渗透性较小，抗剪强度较低，灵敏度又较大，要使砂桩本身挤密并使地基土密实往往较困难，相反地，却破坏了土的天然结构，使抗剪强度降低，因而对这类工程要慎重对待。5.水泥土搅拌桩地基水泥土搅拌桩地基是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有一定强度的优质地基。本法具有无振动、无噪声、无污染、无侧向挤压，对邻近建筑物影响很小，且施工期较短，造价低廉，效益显著等特点。适用于加固较深较厚的淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力不大于120kPa的黏性土地基，对超软土效果更为显著。6.注浆地基注浆地基是指利用化学溶液或胶结剂，通过压力灌注或搅拌混合等措施，而将土粒胶结起来的地基处理方法。此法具有设备工艺简单、加固效果好、可提高地基强度、消除土的湿陷性、降低压缩性等特点。适用于局部加固新建或已建的建（构）筑物基础、稳定边坡以及防渗帷幕等，也适用于湿陷性黄土地基，对于黏性土、素填土、地下水位以下的黄土地基，经试验有效时也可应用，但长期受酸性污水浸蚀的地基不宜采用。二、基础工程施工（一）浅基础1.条式基础条式基础包括柱下钢筋混凝土独立基础（图8-1)和墙下钢筋混凝土条形基础（图8-2)。这种基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩等荷载情况下使用。因高度不受台阶宽高比的限制，故适宜于需要“宽基浅埋”的场合下采用。图8-1柱下钢筋混凝土独立基础图8-2墙下钢筋混凝土条形基础2.杯形基础杯形基础常用作钢筋混凝土预制柱基础，基础中预留凹槽（即杯口），然后插入预制柱，临时固定后，即在四周空隙中灌细石混凝土。其形式有一般杯口基础、双杯口基础等（图8-3）。图8-3杯形基础3.筏式基础筏式基础由钢筋混凝土底板、梁等组成，适用于地基承载力较低而上部结构荷载很大的场合。其外形和构造上象倒置的钢筋混凝土楼盖，整体刚度较大，能有效将各柱子的沉降调整得较为均匀。筏式基础一般可分为梁板式和平板式两类（图8-4）。图8-4筏式基础4.箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板、外墙以及一定数量的内隔墙构成封闭的箱体（图8-5），基础中部可在内隔墙开门洞作地下室。图8-5箱形基础（二）深基础1.桩基础桩基础是一种常用的深基础形式，通常由桩顶承台（梁)将若干根桩联成一体，将上部结构传来的荷载传递给桩周土或传递给桩尖基岩。按桩传力方式不同，桩基础可分为端承桩和摩擦桩，如图8-6所示。图8-6桩基础示意图按施工方法不同，可分为预制桩和灌注桩。（1)预制桩预制桩是在工厂或施工现场制成的各种材料和形式的桩，用沉桩设备在桩设计位置将其打入、压入、振入、高压水冲入、旋入土中。（2)灌注桩灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土而成。与预制桩相比，灌注桩能适应各种地层，无需接桩，桩长、直径可变化自如，减少了桩制作、吊运。但其成孔工艺复杂，现场施工操作好坏直接影响成桩质量，施工后需较长的养护期方可承受荷载。2.沉井基础沉井多用于建筑物和构筑物的深基础、地下室、蓄水池、设备深基础、桥墩等工程。沉井主要由刃脚、井壁、隔墙或竖向框架、底板组成。3.地下连续墙现浇钢筋混凝土地下连续墙是在地面上用专门的挖槽设备，沿开挖工程周边已铺筑的导墙，在泥浆护壁的条件下，开挖一条窄长的深槽，在槽内放置钢筋笼，浇筑混凝土，筑成一道连续的地下墙体。地下连续墙是在地下工程和基础工程中广泛应用的一项新技术，可作为防渗墙、挡土墙、地下结构的边墙和建筑物的基础。地下连续墙的主要特点是：墙体刚度大，能够承受较大的土压力，开挖基坑时无须放坡，也无须用井点降水；施工时噪声低，振动小，对邻近的工程结构和地下设施影响较小，可在距离现有结构很近的地方施工，尤其适用于城市中密集建筑群或已建车间内的地下工程深基坑开挖；它适用于多种地质条件。但是，地下连续墙的施工技术比较复杂，施工过程中所产生的泥浆对地基和地下水有污染，需要对排出的废弃泥浆进行处理。第三节主体结构施工一、砌体工程施工1.砌筑材料砌筑工程所用材料主要是砖、石或砌块以及起粘接作用的砌筑砂浆。砌筑砂浆有水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆。为了节约水泥和改善砂浆性能，也可用适量的粉煤灰取代砂浆中的部分水泥和石灰膏，而制成粉煤灰水泥砂浆和粉煤灰水泥混合砂浆。2.脚手架砌筑用脚手架是砌筑过程中堆放材料和工人进行操作的临时性设施。按其所用材料分为木脚手架、竹脚手架与金属脚手架；按其搭设位置分为外脚手架和里脚手架两大类。常用外脚手按支固方式分为：落地式脚手架、悬挑脚手架、悬吊脚手架、附墙升降脚手架，如图8-7所示。常用的里脚手架形式多为移动式，用于室内装修等工程，如图8-8所示。图8-7外脚手架的基本形式图8-8移动式里脚手3.垂直运输设备砌筑工程中不仅要运输大量的砖（或砌块）、砂浆，而且还要运输脚手架、脚手板和各种预制构件。不仅有垂直运输，而且有地面和楼面的水平运输。其中垂直运输是影响砌筑工程施工速度的重要因素。二、钢筋混凝土工程施工钢筋混凝土结构工程施工包括钢筋、模板和混凝土等主要分项工程，其施工工艺过程如图8-11所示。图8-11钢筋混凝土工程施工工艺1.钢筋工程（1)钢筋的类型钢筋混凝土结构所用钢筋的种类较多。根据用途不同，分为普通钢筋和预应力钢筋。根据钢筋的生产工艺不同，钢筋分为热轧钢筋、热处理钢筋、冷加工钢筋等。根据钢筋的直径大小分有钢筋、钢丝和钢绞线三类。（2)钢筋验收钢筋进场前要进行验收，出厂钢筋应有出厂质量证明书或试验报告单。每捆（盘)钢筋均应有标牌。运至工地后应分别堆存，并按规定抽取试样对钢筋进行力学性能检验。（3)钢筋加工钢筋加工过程取决于结构设计要求和钢筋加工的成品种类。一般的加工施工过程有调直、除锈、剪切、镦头、弯曲、焊接、绑扎、安装等。如设计需要，钢筋在使用前还可能进行冷加工（主要是冷拉、冷拔)。在钢筋下料剪切前，要经过配料计算，有时还有钢筋代换工作。钢筋绑扎安装要求与模板施工相互配合协调。钢筋绑扎安装完毕，必须经过检查验收合格后，才能进行混凝土浇筑施工。（4)钢筋连接钢筋连接有三种常用的连接方法：绑扎连接、焊接连接和机械连接（挤压连接和锥螺纹套管连接)。除个别情况（如在不准出现明火的位置施工)应尽量采用焊接连接，以保证钢筋的连接质量、提高连接效率和节约钢材。2.模板工程模板是新浇混凝土成形用的模型工具。模板系统包括模板、支撑和紧固件。模板工程施工工艺一般包括模板的选材、选型、设计、制作、安装、拆除和修整。（1)组合钢模板（2)竹胶模板（3)大模板大模板是一种大尺寸的工具式定型模板，一般一块墙面用一、二块模板。其重量大，装拆均需要起重机配合进行，可提高机械化程度，减少用工量和缩短工期。大模板是我国剪力墙和筒体体系的高层建筑、桥墩等施工用得较多的一种模板，已形成工业化模板体系。大模板由面板、加劲肋、竖楞、支撑桁架、稳定机构及附件组成。大模板构造如图8-13所示。图8-13大模板构造示意图（4)滑升模板滑升模板是一种工具式模板，施工时在建筑物或构筑物底部，沿其墙、柱、梁等构件的周边，一次装设一米多高的模板，随着在模板内不断浇筑混凝土和不断向上绑扎钢筋的同时，利用一套提升设备，将模板装置不断向上提升，使混凝土连续成型，直到需要浇筑的高度为止。滑升模板最适于现场浇筑高耸的圆形、矩形、筒壁结构。如筒仓、贮煤塔、竖井等。近年来，滑升模板施工技术有了进一步的发展，不但适用浇筑高耸的变截载面结构，如烟囱、双曲线冷却塔，而且还应用于剪力墙、筒体结构等高层建筑的施工。滑升模板由模板系统、操作平台系统和液压系统三部分组成。滑升模板组成如图8-14所示。图8-14滑升模板组成示意图（5)台模台模是一种大型工具模板，主要用于浇筑平板式或带边梁的楼板，一般是一个房间一块台模，有时甚至更大。利用台模浇筑楼板可省去模板的装拆时间，能节约模板材料和降低劳动消耗，但一次性投资较大，且须大型起重机械配合施工。台模按支撑形式分为支腿式和无支腿式两类。3.混凝土工程（1)混凝土的制备混凝土的制备是指混凝土的配料和搅拌。（2)混凝土的运输混凝土的运输是指将混凝土从搅拌站送到浇筑点的过程。（3)混凝土的浇筑和捣实（4)混凝土的养护为了保证混凝土有适宜的硬化条件，使其强度不断增长，必须对混凝土进行养护。三、预应力施工1.先张法施工先张法施工工艺是先将预应力筋张拉到设计控制应力，用夹具临时固定在台座或钢模上，然后浇筑混凝土；待混凝土达到一定强度（一般不低于混凝土强度标准值的75%），放松预应力筋，预应力筋弹性回缩，借助于预应力筋与混凝土之间的粘结力对混凝土产生预压应力。先张法的工艺流程如图8-19所示。先张法多用于预制构件厂生产定型的中小型构件。图8-19预应力混凝土先张法生产示意图图2.后张法施工后张法施工工艺是先制作混凝土构件，并在预应力筋的位置预留出相应孔道，待混凝土强度达到设计规定的强度后，穿入预应力筋进行张拉，并利用锚具把预应力筋锚固在构件的端部，张拉力由锚具传给混凝土构件而使之产生预压应力，最后进行孔道灌浆。后张法的工艺流程如图8-20所示。后张法宜用于现场生产大型预应力构件、特种结构和构筑物，亦可作为一种预制构件的拼装手段。8-20预应力混凝土后张法生产示意图四、结构安装工程施工1.起重机械与吊具设备结构安装施工常用的起重机械有：桅杆式起重机、自行杆式起重机、塔式起重机等几大类。2.钢筋混凝土排架结构单层工业厂房结构吊装单层工业厂房的结构吊装，通常有两种方法：分件吊装法和综合