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【摘要】明挖顺作法施工结构时高支模方案直接决定着支架的安全和经济，合理的支架方案，既能满足承载力和支架稳定需要，又能节约脚手架的投入，降低工程成本。本文以广深港客运专线ZH-4标福田站为例，对明挖顺作法高支模方案进行设计。
【关键词】福田站明挖顺法高支模方案设计
1.工程概况
1.1 建筑概况
福田站为地下三层单跨～三层四跨现浇劲性钢筋混凝土框架结构，部分大跨度梁采用型钢混凝土，立柱采用圆形钢管混凝土柱和方形钢筋混凝土柱。施工段一、施工段五采用明挖顺作法施工，建筑总高度为28.607m。
1.2 高支模结构概况
本工程模板结构详见表1，按照《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》（建质[2009] 254号）规定，均属高大模板支撑系统。
1.3 高支模方案选择原则
1) 高支模方案设计力求做到结构要安全可靠，造价要经济合理。
2) 选用材料时，力求做到常见通用、可周转利用及便于保养维修。
3) 结构选型时，力求做到受力明确，构造措施到位，搭拆方便，便于检查验收。
4) 符合《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008)等现行规范的要求。
根据以上原则，结合本工程的实际情况，采用满堂扣件式钢管脚手架。
2．高支模方案设计及构造要求
2.1 高支模方案设计
板下支撑立杆间距取800mm×600mm，梁下支撑立杆间距取800mm×300mm，立杆用φ48×3.5mm钢管，步距1200mm。板底次楞间距为400mm，梁底次楞间距为267mm。侧墙模板：采用组合钢模板，内龙骨（竖向）采用100×100mm方木，间距800mm；外龙骨（横向）采用双钢管（48×3.5mm）或100×100mm方木，间距600mm，采用φ14对拉螺杆和水平横杆支顶交叉布置。
本工程地下三层，中板厚250mm，承载力不能满足顶板施工荷载需要，故支架设计时，取顶板荷载验算，三层支架全部按此布置，且顶板未达到规范要求强度时，支架不能拆除。
2.2 模板支架材料
1) 工程模板：
① 梁、板底模采用胶合板，其顺纹抗拉强度ft≥25N/mm2,顺纹抗剪强度fv≥17N/mm2,弹性模量E=8.0*103N/mm2。或者采用与侧墙相同的组合钢模。
② 梁侧模及内衬墙模板采用组合钢模，外形尺寸600×1500×54mm，面板为4mm厚Q235钢板，长度方向设1道背楞，宽度方向设5道背楞，间距300mm，背楞采用5mm厚Q235钢板，高50mm，弹性模量E=2.06×105N/mm2。
2) 模板背楞及纵向方木：采用10×10cm南方松方木。
3) 钢管
采用φ48*3.5mm，截面积A=489mm2,回转半径i=15.8mm,弹性模量E=2.06×105N/mm2。
梁侧模φ48*3.5钢管背楞（双根），截面积A=2*489=978mm2,截面抵抗矩W=5080*2=10160mm3，截面惯性矩I=121900*2=243800mm4,弹性模量E=2.06*105N/mm2。
2.3 构造要求
构造要求必须满足《建筑施工模板安全技术规范》和《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》。
3．结构受力验算
3.1 验算说明
根据支架和方木支撑密度区别，分主梁底模、板底模和墙侧模三个验算单元。主梁和板底模验算方法相同，本文仅以主梁底模为例。验算采用三跨连续梁结构，取三跨中的最大弯矩截面和支座最大剪力为代表值以增加其安全系数，计算参数见《建筑施工模板安全技术规范》附录C 1-2表。
3.2 支架验算荷载
3.2.1 计算荷载
G1K模板自重
底模板重量0.50KN/m2
G2K梁板重量
顶横梁均布荷载q=2.5*24=60KN/m2，顶板均布荷载q=1.2*24=28.8KN/m2
G3K钢筋自重标准值
梁3.1KN/m2，板1.5KN/m2
G4K新浇混凝土对侧模的压力
F=0.22γC×200×β1×β2×V1/2/(T+15)=0.22×26×200×1.2×1.15×1.51/2/45=42.97KN/m2①
γc——砼容重26KN/m3 T——砼入模温度30℃
β1——外加剂影响修正系数，当使用具有缓凝作用的外加剂时为1.2
β2——坍落度影响修正系数，取1.15
V——浇灌升高速度，按浇筑速度60m3/h计算，取1.5m/h
F=γC×H=26×5.65=146.9 KN/m2 ②
取①②中较小值F=42.97 KN/m2
Q1K施工人员和施工材料、机具行走、运输或堆放的荷载
计算模板和次楞时2.5KN/m2，计算主楞时1.5KN/m2
Q2K砼澆筑产生的荷载标准值：水平模板2KN/m2，侧向模板4KN/m2。
3.2.2 荷载组合
当计算顶板底模支撑体系时：
强度：q1=1.2（G1K+G2K）+G3K+1.4Q1K
挠度：q2=1.2（G1K+G2K）+G3K
永久性荷载分项系数G2K取1.2，其余取1,可变荷载分项系数取1.4。
主体结构模板支架计算模型及相关参数见表2。
3.3 顶横梁支架系统验算
3.3.1底模验算
底模采用厚20mm木胶合板，其容许应力按A-3木材，查《建筑施工模板安全技术规范》得：[σw]=25.0Mpa，[τ]=1.9Mpa，E=8000Mpa。q1=79.2KN/m2，q2=75.7KN/m2
①抗弯强度验算
l=0.3m
Mmax= q1l2* KM =79.2*0.32*0.08=0.570KN.m
W=1.0*0.022/6=6.67*10-5m3
σw=Mmax/W
=0.570/（6.67*10-5）=8549KPa=8.549MPa〈 [σw]=25.0MPa, 满足要求。
②抗剪强度验算
Qmax=0.6q1l =0.6*79.2*0.3=14.256KN/m
τ=14.256/0.018=792KPa =0.792MPa<[τ]=1.9MPa, 满足要求。
③刚度验算
I=bh3/12=1.0*0.023/12=6.67*10-7m4
fmax=KW*q2l4/100EI = 0.677*75.7*0.34/（100*8*106*6.67*10-7）
=0.00078m 3.3.2次楞方木验算
验算跨度l=0.3m，次楞采用10*10cm方木，查《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）得：[σw]=15.0Mpa，[τ]=2.1Mpa，E=10*103MPa
①抗弯强度验算
q1=79.2KN/m2 q2=75.7N/m2l=0.3m
W=bh2/6=0.1*0.12/6=1.666*10-4m3
Mmax=q*0.3*l2*KM =79.2*0.3*0.32*0.08=0.171KN•m
σw=0.171/（1.666*10-4）=1027KPa=1.027MPa<[σw]=15.0MPa, 满足要求。
②抗剪强度验算
Qmax=0.6q1*0.30*l=0.6*79.2*0.3*0.8=11.4KN
τ=11.4/（0.1*0.1）=1140KPa<[τ]=2.1MPa,满足要求。
③刚度验算
I=bh3/12=0.1*0.13/12=8.333*10-6m4
fmax=KWq2*0.3l4/(100EI)=0.677*75.7*0.3*0.84/(100*10*106*8.333*10-6)
=0.00076m 3.3.3主楞方木验算
主楞用与次楞相同的方木。
①抗弯强度验算
q1=77.8KN/m2 q2=75.7N/m2l=0.8m
F1=77.8*0.3*0.267=7.002KN
F2=75.7*0.3*0.267=6.064KN
Mmax= KM3F1l=0.244*7.002*0.8=1.367KN.m
W=bh2/6=0.10*0.102/6=1.666*10-4m3
σw=Mmax/W=1.367/（1.666*10-4）=8205KPa<[σw]=15.0MPa, 满足要求。
②抗剪强度验算
Qmax= KVF1=1.267*7.002=8.872KN
τ=8.872/（0.1*0.1）=887Kpa=0.887MPa<[τ]=2.1MPa,满足要求。
③刚度验算
I=bh3/12=0.10*0.103/12=0.0000083m4
fmax= KW2*F2l3/100EI =1.883*6.064*0.83/(100*10*106*8.3*10-6)
=0.00070m 3.3.4钢管支架验算
梁底支撑立柱间距800*300mm，支架立柱采用φ48×3.5mm钢管，截面积A=489mm2，回转半径i=15.8mm，弹性模量E=2.06×105N/mm2，质量0.0384kN/m，立杆优先选用定制的定长杆，不足时，采用直插对接扣件接长，保证轴心受压，不需验算扣件抗滑。
由λ=l0/i＝(h+2a)/i=(1200+2×300)/15.8＝113，查得ø＝0.496
立柱承受压力为79.2*0.3*0.8＝19.008KN＜489*0.205*0.496＝49.72KN, 满足要求。
综上，该支架支撑体系满足规范及设计要求。
3.4 侧墙模板支架系统验算
3.4.1支架模板系统设计
①侧墙模板使用面板4mm厚600mm×1500mm组合钢模板；竖向带木使用10cm×10cm方木，间距80cm。支架采用满堂支架水平杆与拉杆相结合的方式。
②梁侧模：采用对拉杆固定，底排距梁底0.3m，两排拉杆间距0.5m×1.0m。
③侧模采用组合钢模，具有较高的强度及刚度，参照底模验算，不再详述。
3.4.2侧墙支架系统验算
（1）新浇砼作用于模板的最大侧压力
F=42.97KN/m2 （见3.2.1计算荷载）
（2）侧墙模板竖向带木验算：
计算跨度l=0.6m，横梁采用10×10cm方木，性能同上。考虑安全因素，侧模受力取砼作用于模板的最大侧压力42.97KN/m2。
①抗弯强度验算
q=F×l0=42.97×0.8=34.376KN/m
l=0.6m
W=bh2/6=0.1×0.12/6=1.666×10-4m3
Mmax= ql2/8 =34.376×0.62/8=1.55KN.m
σw=1.55/（1.666×10-4）=9303.7KPa=9.3037MPa<[σw]=15.0MPa, 滿足要求。
②抗剪强度验算
Qmax= ql/2 =0.5×34.376×0.6=10.3128KN
τ=10.3128×0.000125/（0.1×8.333×10-6）=1.55MPa<[τ]=2.1MPa, 满足要求。
③刚度验算
I=bh3/12=0.1×0.13/12=8.333×10-6m4
fmax=KWql4/(100EI)=0.677×34.376×0.64/(100×10×106×8.333×10-6)
=0.00036m （3）支架稳定性检算
取最下面一步计算，考虑安全因素，取新浇砼作用于模板的最大侧压力为均布荷载。
支架轴力：N=1.2 NGK=1.2×42.97×1.2×0.8=49.50144（KN/根）
由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(60+2×30)/1.58=75.9，查得φ=0.744
N/(φ×A)=49501.44/(0.744×489)=136.06MPa≤[f]=205Mpa，满足要求。
综上，该支架体系满足规范及设计要求。
4) 侧墙模板拉杆强度验算:
P=F×S=42.97×0.8×0.6＝20.63KN
D=SQRT(20630/210/3.14)*2=11.2mm <14mm
拉杆选用M14以上满足要求。
4.结语
广深港客运专线ZH-4标福田站是我国第一座地下火车站，也是国内最大的地下车站。主体结构采用明挖顺作和盖挖逆作法施工，明挖顺作法施工段里程长，建筑面积大，高支模数量非常大。采用该高支模方案施工，主体结构已完成90%，高支模强度、刚度和稳定性均满足要求，既保证了施工安全和内实外美，又节约大量支架投入，降低工程成本。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
【关键词】福田站明挖顺法高支模方案设计
1.工程概况
1.1 建筑概况
福田站为地下三层单跨～三层四跨现浇劲性钢筋混凝土框架结构，部分大跨度梁采用型钢混凝土，立柱采用圆形钢管混凝土柱和方形钢筋混凝土柱。施工段一、施工段五采用明挖顺作法施工，建筑总高度为28.607m。
1.2 高支模结构概况
本工程模板结构详见表1，按照《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》（建质[2009] 254号）规定，均属高大模板支撑系统。
1.3 高支模方案选择原则
1) 高支模方案设计力求做到结构要安全可靠，造价要经济合理。
2) 选用材料时，力求做到常见通用、可周转利用及便于保养维修。
3) 结构选型时，力求做到受力明确，构造措施到位，搭拆方便，便于检查验收。
4) 符合《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008)等现行规范的要求。
根据以上原则，结合本工程的实际情况，采用满堂扣件式钢管脚手架。
2．高支模方案设计及构造要求
2.1 高支模方案设计
板下支撑立杆间距取800mm×600mm，梁下支撑立杆间距取800mm×300mm，立杆用φ48×3.5mm钢管，步距1200mm。板底次楞间距为400mm，梁底次楞间距为267mm。侧墙模板：采用组合钢模板，内龙骨（竖向）采用100×100mm方木，间距800mm；外龙骨（横向）采用双钢管（48×3.5mm）或100×100mm方木，间距600mm，采用φ14对拉螺杆和水平横杆支顶交叉布置。
本工程地下三层，中板厚250mm，承载力不能满足顶板施工荷载需要，故支架设计时，取顶板荷载验算，三层支架全部按此布置，且顶板未达到规范要求强度时，支架不能拆除。
2.2 模板支架材料
1) 工程模板：
① 梁、板底模采用胶合板，其顺纹抗拉强度ft≥25N/mm2,顺纹抗剪强度fv≥17N/mm2,弹性模量E=8.0*103N/mm2。或者采用与侧墙相同的组合钢模。
② 梁侧模及内衬墙模板采用组合钢模，外形尺寸600×1500×54mm，面板为4mm厚Q235钢板，长度方向设1道背楞，宽度方向设5道背楞，间距300mm，背楞采用5mm厚Q235钢板，高50mm，弹性模量E=2.06×105N/mm2。
2) 模板背楞及纵向方木：采用10×10cm南方松方木。
3) 钢管
采用φ48*3.5mm，截面积A=489mm2,回转半径i=15.8mm,弹性模量E=2.06×105N/mm2。
梁侧模φ48*3.5钢管背楞（双根），截面积A=2*489=978mm2,截面抵抗矩W=5080*2=10160mm3，截面惯性矩I=121900*2=243800mm4,弹性模量E=2.06*105N/mm2。
2.3 构造要求
构造要求必须满足《建筑施工模板安全技术规范》和《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》。
3．结构受力验算
3.1 验算说明
根据支架和方木支撑密度区别，分主梁底模、板底模和墙侧模三个验算单元。主梁和板底模验算方法相同，本文仅以主梁底模为例。验算采用三跨连续梁结构，取三跨中的最大弯矩截面和支座最大剪力为代表值以增加其安全系数，计算参数见《建筑施工模板安全技术规范》附录C 1-2表。
3.2 支架验算荷载
3.2.1 计算荷载
G1K模板自重
底模板重量0.50KN/m2
G2K梁板重量
顶横梁均布荷载q=2.5*24=60KN/m2，顶板均布荷载q=1.2*24=28.8KN/m2
G3K钢筋自重标准值
梁3.1KN/m2，板1.5KN/m2
G4K新浇混凝土对侧模的压力
F=0.22γC×200×β1×β2×V1/2/(T+15)=0.22×26×200×1.2×1.15×1.51/2/45=42.97KN/m2①
γc——砼容重26KN/m3 T——砼入模温度30℃
β1——外加剂影响修正系数，当使用具有缓凝作用的外加剂时为1.2
β2——坍落度影响修正系数，取1.15
V——浇灌升高速度，按浇筑速度60m3/h计算，取1.5m/h
F=γC×H=26×5.65=146.9 KN/m2 ②
取①②中较小值F=42.97 KN/m2
Q1K施工人员和施工材料、机具行走、运输或堆放的荷载
计算模板和次楞时2.5KN/m2，计算主楞时1.5KN/m2
Q2K砼澆筑产生的荷载标准值：水平模板2KN/m2，侧向模板4KN/m2。
3.2.2 荷载组合
当计算顶板底模支撑体系时：
强度：q1=1.2（G1K+G2K）+G3K+1.4Q1K
挠度：q2=1.2（G1K+G2K）+G3K
永久性荷载分项系数G2K取1.2，其余取1,可变荷载分项系数取1.4。
主体结构模板支架计算模型及相关参数见表2。
3.3 顶横梁支架系统验算
3.3.1底模验算
底模采用厚20mm木胶合板，其容许应力按A-3木材，查《建筑施工模板安全技术规范》得：[σw]=25.0Mpa，[τ]=1.9Mpa，E=8000Mpa。q1=79.2KN/m2，q2=75.7KN/m2
①抗弯强度验算
l=0.3m
Mmax= q1l2* KM =79.2*0.32*0.08=0.570KN.m
W=1.0*0.022/6=6.67*10-5m3
σw=Mmax/W
=0.570/（6.67*10-5）=8549KPa=8.549MPa〈 [σw]=25.0MPa, 满足要求。
②抗剪强度验算
Qmax=0.6q1l =0.6*79.2*0.3=14.256KN/m
τ=14.256/0.018=792KPa =0.792MPa<[τ]=1.9MPa, 满足要求。
③刚度验算
I=bh3/12=1.0*0.023/12=6.67*10-7m4
fmax=KW*q2l4/100EI = 0.677*75.7*0.34/（100*8*106*6.67*10-7）
=0.00078m
验算跨度l=0.3m，次楞采用10*10cm方木，查《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）得：[σw]=15.0Mpa，[τ]=2.1Mpa，E=10*103MPa
①抗弯强度验算
q1=79.2KN/m2 q2=75.7N/m2l=0.3m
W=bh2/6=0.1*0.12/6=1.666*10-4m3
Mmax=q*0.3*l2*KM =79.2*0.3*0.32*0.08=0.171KN•m
σw=0.171/（1.666*10-4）=1027KPa=1.027MPa<[σw]=15.0MPa, 满足要求。
②抗剪强度验算
Qmax=0.6q1*0.30*l=0.6*79.2*0.3*0.8=11.4KN
τ=11.4/（0.1*0.1）=1140KPa<[τ]=2.1MPa,满足要求。
③刚度验算
I=bh3/12=0.1*0.13/12=8.333*10-6m4
fmax=KWq2*0.3l4/(100EI)=0.677*75.7*0.3*0.84/(100*10*106*8.333*10-6)
=0.00076m
主楞用与次楞相同的方木。
①抗弯强度验算
q1=77.8KN/m2 q2=75.7N/m2l=0.8m
F1=77.8*0.3*0.267=7.002KN
F2=75.7*0.3*0.267=6.064KN
Mmax= KM3F1l=0.244*7.002*0.8=1.367KN.m
W=bh2/6=0.10*0.102/6=1.666*10-4m3
σw=Mmax/W=1.367/（1.666*10-4）=8205KPa<[σw]=15.0MPa, 满足要求。
②抗剪强度验算
Qmax= KVF1=1.267*7.002=8.872KN
τ=8.872/（0.1*0.1）=887Kpa=0.887MPa<[τ]=2.1MPa,满足要求。
③刚度验算
I=bh3/12=0.10*0.103/12=0.0000083m4
fmax= KW2*F2l3/100EI =1.883*6.064*0.83/(100*10*106*8.3*10-6)
=0.00070m
梁底支撑立柱间距800*300mm，支架立柱采用φ48×3.5mm钢管，截面积A=489mm2，回转半径i=15.8mm，弹性模量E=2.06×105N/mm2，质量0.0384kN/m，立杆优先选用定制的定长杆，不足时，采用直插对接扣件接长，保证轴心受压，不需验算扣件抗滑。
由λ=l0/i＝(h+2a)/i=(1200+2×300)/15.8＝113，查得ø＝0.496
立柱承受压力为79.2*0.3*0.8＝19.008KN＜489*0.205*0.496＝49.72KN, 满足要求。
综上，该支架支撑体系满足规范及设计要求。
3.4 侧墙模板支架系统验算
3.4.1支架模板系统设计
①侧墙模板使用面板4mm厚600mm×1500mm组合钢模板；竖向带木使用10cm×10cm方木，间距80cm。支架采用满堂支架水平杆与拉杆相结合的方式。
②梁侧模：采用对拉杆固定，底排距梁底0.3m，两排拉杆间距0.5m×1.0m。
③侧模采用组合钢模，具有较高的强度及刚度，参照底模验算，不再详述。
3.4.2侧墙支架系统验算
（1）新浇砼作用于模板的最大侧压力
F=42.97KN/m2 （见3.2.1计算荷载）
（2）侧墙模板竖向带木验算：
计算跨度l=0.6m，横梁采用10×10cm方木，性能同上。考虑安全因素，侧模受力取砼作用于模板的最大侧压力42.97KN/m2。
①抗弯强度验算
q=F×l0=42.97×0.8=34.376KN/m
l=0.6m
W=bh2/6=0.1×0.12/6=1.666×10-4m3
Mmax= ql2/8 =34.376×0.62/8=1.55KN.m
σw=1.55/（1.666×10-4）=9303.7KPa=9.3037MPa<[σw]=15.0MPa, 滿足要求。
②抗剪强度验算
Qmax= ql/2 =0.5×34.376×0.6=10.3128KN
τ=10.3128×0.000125/（0.1×8.333×10-6）=1.55MPa<[τ]=2.1MPa, 满足要求。
③刚度验算
I=bh3/12=0.1×0.13/12=8.333×10-6m4
fmax=KWql4/(100EI)=0.677×34.376×0.64/(100×10×106×8.333×10-6)
=0.00036m
取最下面一步计算，考虑安全因素，取新浇砼作用于模板的最大侧压力为均布荷载。
支架轴力：N=1.2 NGK=1.2×42.97×1.2×0.8=49.50144（KN/根）
由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(60+2×30)/1.58=75.9，查得φ=0.744
N/(φ×A)=49501.44/(0.744×489)=136.06MPa≤[f]=205Mpa，满足要求。
综上，该支架体系满足规范及设计要求。
4) 侧墙模板拉杆强度验算:
P=F×S=42.97×0.8×0.6＝20.63KN
D=SQRT(20630/210/3.14)*2=11.2mm <14mm
拉杆选用M14以上满足要求。
4.结语
广深港客运专线ZH-4标福田站是我国第一座地下火车站，也是国内最大的地下车站。主体结构采用明挖顺作和盖挖逆作法施工，明挖顺作法施工段里程长，建筑面积大，高支模数量非常大。采用该高支模方案施工，主体结构已完成90%，高支模强度、刚度和稳定性均满足要求，既保证了施工安全和内实外美，又节约大量支架投入，降低工程成本。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。