论文部分内容阅读
摘要：针对某高校科研实验大楼超高大跨度高大模板施工现场的难点，提出超高大跨度结构高大模板支撑的搭设方案，通过对模板支撑钢管支架系统的受力计算及立杆稳定性验算，进一步完善支撑系统构造措施，保证支撑系统的承载能力、确保整体稳定性、防止失稳和坍塌事故发生。对该工程高大模板方案编制、受力计算及施工措施等方面进行具体探讨。
关键词：超高大跨度；高大模板；支撑系统；整体稳定；施工技术
1、工程概况
某高校科研实验楼为框架剪力墙复杂结构，平面为扁“回”字型，立面为“门”字型建筑，地下一层，地上十五层，一层层高4.5m，二层及以上各层层高均为3.6m，总高度60m，总建筑面积43721㎡。建筑效果如图1所示。该建筑“门”字型洞口顶部为十层楼面，楼面标高36.85米，位于6轴至9轴交A轴至C轴及F轴至H轴的南、北两大施工区域，如图2十层平面图阴影部分所示。在进行两大区域的施工时需采用高大模板支撑施工技术。两大施工区域楼面长25.2米，宽14.2米，两大区域
间距为20.2米。楼板为250㎜厚的现浇BDF管空心楼板，空心率为20%。B轴、C轴、F轴、G轴均有一跨度为25.2米的纵向型钢混凝土主梁，截面尺寸为700mm×1500㎜；次梁截面为300mm×700㎜。
广西科学研究与技术开发计划项目，合同号：桂科攻11107021-3；柳州市科学研究与技术开发计划项目，合同号2011J020103
2 主要施工难点
难点1：层高高，跨度大，模板支撑系统
要求高：1.5米高型钢梁中间24.3米净跨度范围内层高36.85米，空心混凝土楼板厚250mm，在该跨度下搭设的支架高达35米，属高大模板支撑体系，且型钢梁上配主筋为40根直径为32㎜三级钢，腰筋8根直径为20㎜二级钢，箍筋为12@100/200及10@400，各种施工荷载大，对模板钢管支撑架的稳定性和承载力提出了很高的技术要求。
难点2：由于该高大满堂架需支撑在人防地下室顶板，夹层顶板及二层楼面上，而非直接支撑在地基上，因此需对人防地下室顶板，夹层顶板及二层楼面采取有效的底层支撑措施以保证架体的稳定。
3支撑系统构造措施
3.1 梁、板支撑布置
确定采用Φ48×3.5㎜钢管满堂支架，楼板、梁侧立杆双向间距均为800㎜，700×1500㎜型钢砼梁的梁底在梁宽中部350㎜处设立杆，立杆沿梁长度方向间距400㎜，沿梁宽三立杆间距650㎜。所有水平纵横拉结钢管步距1500㎜，从底部扫地杆到顶部扫天杆，每步水平纵横拉结钢管不能缺杆，扣件必须拧紧。立杆顶部及底部伸出的长度不大于200㎜。立杆的构造符合JGJ130-2001规定的要求。为防止扣件滑移，在板底、梁底支承木枋搁栅的大横杆与立杆连接采用双扣件拧紧固定，700×1500梁底中部立杆与大横杆连接采用3扣件拧紧固定。立杆连接采用接头扣，不允许采用搭接方式连接。另外，整个架体在每层接与相邻已捣完毕的剪力墙门洞及边梁进行拉结。现场支架见图3。
3.2剪刀撑设置
满堂支架四周与中间每隔四排支架立杆设置一道纵向剪立撑，由底至顶连续设置。顶部、底部和中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔两步设置一道水平剪刀撑。剪刀撑与满堂支模架同步搭设，角度为450。剪刀撑的构造符合JGJ130-2001规定的要求。
3.3 梁、板模板及支撑、拉结件的设置
梁底模、梁侧模及板底模均采用18mm厚高强胶合板模板拼装而成。搁栅方条均采用60*80mm方条，250mm厚空心楼板底搁栅方条间距300mm，300*700梁底搁栅方条间距350mm，700*1500梁底搁栅方条间距250mm；侧模中部设三道M12对拉螺栓，间距双向500mm，双钢管Φ48×3.5㎜做压杆，3型扣件。
3.4安全防护
顶层下一步及中间18米处满铺固定脚手板，两层脚手板之间设满堂兜底网，外围挂设安全网。作业人员从两侧已浇捣完成的楼层进入作业区，禁止上下攀登架子。正确穿戴使用安全防护用品，持证上岗，禁止无证操作。
4 高大模板支撑钢管支架系统的计算
鉴于混凝土荷载和配筋量较大，考虑荷载最大的部位对架体的最不利因素，本文仅以700mm*1500mm的框架大梁进行模板支架复核性计算及对立杆进行稳定性验算。其支撑立杆的横距（跨度方向）L=0.4米，立杆步距H=1.5米，梁底增加一道承重立杆。
4.1框架大梁模板及支架计算
荷载标准值：
梁截面积：A=1.05m2
梁模板自重标准值：gk1=0.53KN/m
新浇砼自重标准值：gk2=25.2KN/m
钢筋自重标准值：gk3=4KN/m
型钢骨架自重标准值：gk4=4.64KN/m
振捣砼荷载标准值：qK=1.4KN/m
线荷载设计值：
强度计算：G5=44.84KN/m
挠度计算：G6=42.79KN/m
1）梁底模板计算
按三跨连续梁计算，木枋搁栅间距250mm.
最大弯矩：M5=0.117G5L52=0.328KN/m
板截面矩：W5=700×182/6=37800mm3
σ=M5/W5=8.67KN/mm2 强度满足要求。
挠度计算：
F=0.677×G6L54/100EI=0.37mm<250/500=0.5mm
满足要求。
2）梁底木枋搁栅计算
梁底沿梁宽度方向设三根立杆，即梁两侧边及梁底宽度中部各设一根立杆，立杆沿梁跨度方向间距为400mm，梁大横杆檩条间距L27=650mm，木枋搁栅按二跨连续梁计算。 板传给搁栅荷载：（转换成均布荷载）
G7=（0.617+0.583）G5L5/0.7=19.22KN/m
按一端简支，一端固定单跨梁计算：
支座弯矩：MB==0.63KN.m
RB=5.88KN
跨中弯矩：M中=0.28KN.m
取大值：M7=0.63KN.m
搁栅应力：
σ7=M7/W7=9.84KN/mm2 满足要求。
梁底搁栅抗剪力：RB=5.88KN
满足要求。
4.2立杆稳定性验算
1）梁排架上部立杆稳定性验算：
取立杆伸出长度b=300mm
计算长度：L0=步高+2b=1500+2×300=2100mm
长细比：λ=L0/i=2400/15.8=133<〔λ〕=210
满足要求。查表得：ф=0.381
稳定性验算：σ=G9/фA=121.2N/mm2 满足要求。
2）梁排架梁底中部立杆底部第一步立杆稳定性验算
梁传来荷载：G9=22.58KN
钢管架结构自重：步高取1.5米，立杆横距0.65米，纵距0.4米
钢管立杆：36.85m×38.4N/m=1415.04N
钢管水平件：（36.85÷1.5）层×（0.65+0.4）m×38.4N/m=1008N
剪力撑钢管：9m×38.4N/m=345.6N
直角扣件：53个×13.2N/个=699.6N
旋转扣件：13个×14.6N/个=188.5N
对接扣件：7个×18.4N/个=128.8N
合计：qk1==3785.54N
脚手板铺三层：
qk2=0.65×0.4×350N/㎡×3=91N
施工活荷载：
gK=0.65×0.4×3000N/㎡=780N
梁底中部第一步立杆的轴向力设计值：
N=G9+1.2×（qk1+ qk2）+1.4×qk=28323N
无密目网风荷载计算：
基本风压W0=0.35KN/m2
查表得架子挡风系数：
us=1.3ф=1.3×0.089=0.116
风压高度变化系数：
查GB50009-2001规范 UZ=1.13
无密目网风荷载为：
WK=0.7UZUSW0=0.032KN/m2
由风荷载设计值产生的立杆弯矩为：
计算长度：L0=步高+2b=1500+2×300=2100mm
长细比：λ=L0/i=2100/15.8=133<〔λ〕=210
满足要求。查表得：ф=0.381
稳定性验算：
满足要求。
3）梁排架梁底两侧立杆底部第一步立杆稳定性验算
经计算板横杆扣件传来集中力 G41=4.62KN
梁横杆扣件传来集中力
G91=（0.617+0.583）×RA/L5×0.8=3.23KN
扣件传来荷载合计：qK=4.62+4.03=7.85KN
架体自重及活荷载取以上计算值，则底部第一步立杆的轴向力设计值：
N=qK+1.2×qK1+1.4×gk=13594N
风荷载产生弯矩：MW=0.013KN.m
立杆稳定性计算：
满足要求。
5 整体稳定加强搭设措施
经过对楼板及框架大梁下的排架立杆进行稳定定性验算，得出该高大模板支架体系是可靠及安全的。但该科研大楼中庭除二层楼面相连外，二层以上结构层中庭部分南、北两面均无结构连接，因此该高大支架系统在搭设完成后实际分成了两个单一的支架体系。尽管经理论验算已满足受力及稳定性要求，但架体高度已达到35米以上，考虑到施工期间风载、施工振动荷载等的各种不确定危险因素，为保证整个大楼南面、北面的架体稳定，使两个架体形成统一整体，并保证整个支架结构与东西两侧已施工完成的混凝土结构主体连接牢固，经相关专家现场讨论，在原搭设方案基础上采取以下三方面的加强处理措施：一、在两个架体之间搭设连接钢管架，将两座高大支架形成“工”字型结构。连接钢管架搭设方案如下：架体宽度7.2米，长度20.2米。立杆横距0.9米，纵距1.5米，步高1.5米剪刀撑按原方案要求设置。增加的连接钢管架与高大支架同步搭设，总高度与高大支架相同。二、南北两个结构层以下的架体能连接到东西两侧的均抱墙抱柱。三、南面，背面两个架体从二层结构层以上每隔一结构层用Ф12的钢丝绳采用十字交叉与东西两侧的剪力墙或框架柱连接。
6 结语
该科研实验楼高大模板施工的完成，保证了该项目施工的顺利进行。目前，该楼楼面结构成型好，强度达到设计要求，表面未发现有害裂缝，安全性能和使用功能得到了保证。主体结构验收中，相关各方均对高大模板施工质量表示肯定。由于该项目的高大模板支撑体系目前在区内工程项目中及少见，且该项目的施工取得很大成功，多次接受市住建局组织的结构大检查，区内的建筑专业人士也多次到现场观摩，取得了良好的社会效益。
作者简介：
蒙东刚：二级建造师，广西柳州市东环路268号545006。
关键词：超高大跨度；高大模板；支撑系统；整体稳定；施工技术
1、工程概况
某高校科研实验楼为框架剪力墙复杂结构，平面为扁“回”字型，立面为“门”字型建筑，地下一层，地上十五层，一层层高4.5m，二层及以上各层层高均为3.6m，总高度60m，总建筑面积43721㎡。建筑效果如图1所示。该建筑“门”字型洞口顶部为十层楼面，楼面标高36.85米，位于6轴至9轴交A轴至C轴及F轴至H轴的南、北两大施工区域，如图2十层平面图阴影部分所示。在进行两大区域的施工时需采用高大模板支撑施工技术。两大施工区域楼面长25.2米，宽14.2米，两大区域
间距为20.2米。楼板为250㎜厚的现浇BDF管空心楼板，空心率为20%。B轴、C轴、F轴、G轴均有一跨度为25.2米的纵向型钢混凝土主梁，截面尺寸为700mm×1500㎜；次梁截面为300mm×700㎜。
广西科学研究与技术开发计划项目，合同号：桂科攻11107021-3；柳州市科学研究与技术开发计划项目，合同号2011J020103
2 主要施工难点
难点1：层高高，跨度大，模板支撑系统
要求高：1.5米高型钢梁中间24.3米净跨度范围内层高36.85米，空心混凝土楼板厚250mm，在该跨度下搭设的支架高达35米，属高大模板支撑体系，且型钢梁上配主筋为40根直径为32㎜三级钢，腰筋8根直径为20㎜二级钢，箍筋为12@100/200及10@400，各种施工荷载大，对模板钢管支撑架的稳定性和承载力提出了很高的技术要求。
难点2：由于该高大满堂架需支撑在人防地下室顶板，夹层顶板及二层楼面上，而非直接支撑在地基上，因此需对人防地下室顶板，夹层顶板及二层楼面采取有效的底层支撑措施以保证架体的稳定。
3支撑系统构造措施
3.1 梁、板支撑布置
确定采用Φ48×3.5㎜钢管满堂支架，楼板、梁侧立杆双向间距均为800㎜，700×1500㎜型钢砼梁的梁底在梁宽中部350㎜处设立杆，立杆沿梁长度方向间距400㎜，沿梁宽三立杆间距650㎜。所有水平纵横拉结钢管步距1500㎜，从底部扫地杆到顶部扫天杆，每步水平纵横拉结钢管不能缺杆，扣件必须拧紧。立杆顶部及底部伸出的长度不大于200㎜。立杆的构造符合JGJ130-2001规定的要求。为防止扣件滑移，在板底、梁底支承木枋搁栅的大横杆与立杆连接采用双扣件拧紧固定，700×1500梁底中部立杆与大横杆连接采用3扣件拧紧固定。立杆连接采用接头扣，不允许采用搭接方式连接。另外，整个架体在每层接与相邻已捣完毕的剪力墙门洞及边梁进行拉结。现场支架见图3。
3.2剪刀撑设置
满堂支架四周与中间每隔四排支架立杆设置一道纵向剪立撑，由底至顶连续设置。顶部、底部和中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔两步设置一道水平剪刀撑。剪刀撑与满堂支模架同步搭设，角度为450。剪刀撑的构造符合JGJ130-2001规定的要求。
3.3 梁、板模板及支撑、拉结件的设置
梁底模、梁侧模及板底模均采用18mm厚高强胶合板模板拼装而成。搁栅方条均采用60*80mm方条，250mm厚空心楼板底搁栅方条间距300mm，300*700梁底搁栅方条间距350mm，700*1500梁底搁栅方条间距250mm；侧模中部设三道M12对拉螺栓，间距双向500mm，双钢管Φ48×3.5㎜做压杆，3型扣件。
3.4安全防护
顶层下一步及中间18米处满铺固定脚手板，两层脚手板之间设满堂兜底网，外围挂设安全网。作业人员从两侧已浇捣完成的楼层进入作业区，禁止上下攀登架子。正确穿戴使用安全防护用品，持证上岗，禁止无证操作。
4 高大模板支撑钢管支架系统的计算
鉴于混凝土荷载和配筋量较大，考虑荷载最大的部位对架体的最不利因素，本文仅以700mm*1500mm的框架大梁进行模板支架复核性计算及对立杆进行稳定性验算。其支撑立杆的横距（跨度方向）L=0.4米，立杆步距H=1.5米，梁底增加一道承重立杆。
4.1框架大梁模板及支架计算
荷载标准值：
梁截面积：A=1.05m2
梁模板自重标准值：gk1=0.53KN/m
新浇砼自重标准值：gk2=25.2KN/m
钢筋自重标准值：gk3=4KN/m
型钢骨架自重标准值：gk4=4.64KN/m
振捣砼荷载标准值：qK=1.4KN/m
线荷载设计值：
强度计算：G5=44.84KN/m
挠度计算：G6=42.79KN/m
1）梁底模板计算
按三跨连续梁计算，木枋搁栅间距250mm.
最大弯矩：M5=0.117G5L52=0.328KN/m
板截面矩：W5=700×182/6=37800mm3
σ=M5/W5=8.67KN/mm2
挠度计算：
F=0.677×G6L54/100EI=0.37mm<250/500=0.5mm
满足要求。
2）梁底木枋搁栅计算
梁底沿梁宽度方向设三根立杆，即梁两侧边及梁底宽度中部各设一根立杆，立杆沿梁跨度方向间距为400mm，梁大横杆檩条间距L27=650mm，木枋搁栅按二跨连续梁计算。 板传给搁栅荷载：（转换成均布荷载）
G7=（0.617+0.583）G5L5/0.7=19.22KN/m
按一端简支，一端固定单跨梁计算：
支座弯矩：MB==0.63KN.m
RB=5.88KN
跨中弯矩：M中=0.28KN.m
取大值：M7=0.63KN.m
搁栅应力：
σ7=M7/W7=9.84KN/mm2
梁底搁栅抗剪力：RB=5.88KN
满足要求。
4.2立杆稳定性验算
1）梁排架上部立杆稳定性验算：
取立杆伸出长度b=300mm
计算长度：L0=步高+2b=1500+2×300=2100mm
长细比：λ=L0/i=2400/15.8=133<〔λ〕=210
满足要求。查表得：ф=0.381
稳定性验算：σ=G9/фA=121.2N/mm2
2）梁排架梁底中部立杆底部第一步立杆稳定性验算
梁传来荷载：G9=22.58KN
钢管架结构自重：步高取1.5米，立杆横距0.65米，纵距0.4米
钢管立杆：36.85m×38.4N/m=1415.04N
钢管水平件：（36.85÷1.5）层×（0.65+0.4）m×38.4N/m=1008N
剪力撑钢管：9m×38.4N/m=345.6N
直角扣件：53个×13.2N/个=699.6N
旋转扣件：13个×14.6N/个=188.5N
对接扣件：7个×18.4N/个=128.8N
合计：qk1==3785.54N
脚手板铺三层：
qk2=0.65×0.4×350N/㎡×3=91N
施工活荷载：
gK=0.65×0.4×3000N/㎡=780N
梁底中部第一步立杆的轴向力设计值：
N=G9+1.2×（qk1+ qk2）+1.4×qk=28323N
无密目网风荷载计算：
基本风压W0=0.35KN/m2
查表得架子挡风系数：
us=1.3ф=1.3×0.089=0.116
风压高度变化系数：
查GB50009-2001规范 UZ=1.13
无密目网风荷载为：
WK=0.7UZUSW0=0.032KN/m2
由风荷载设计值产生的立杆弯矩为：
计算长度：L0=步高+2b=1500+2×300=2100mm
长细比：λ=L0/i=2100/15.8=133<〔λ〕=210
满足要求。查表得：ф=0.381
稳定性验算：
满足要求。
3）梁排架梁底两侧立杆底部第一步立杆稳定性验算
经计算板横杆扣件传来集中力 G41=4.62KN
梁横杆扣件传来集中力
G91=（0.617+0.583）×RA/L5×0.8=3.23KN
扣件传来荷载合计：qK=4.62+4.03=7.85KN
架体自重及活荷载取以上计算值，则底部第一步立杆的轴向力设计值：
N=qK+1.2×qK1+1.4×gk=13594N
风荷载产生弯矩：MW=0.013KN.m
立杆稳定性计算：
满足要求。
5 整体稳定加强搭设措施
经过对楼板及框架大梁下的排架立杆进行稳定定性验算，得出该高大模板支架体系是可靠及安全的。但该科研大楼中庭除二层楼面相连外，二层以上结构层中庭部分南、北两面均无结构连接，因此该高大支架系统在搭设完成后实际分成了两个单一的支架体系。尽管经理论验算已满足受力及稳定性要求，但架体高度已达到35米以上，考虑到施工期间风载、施工振动荷载等的各种不确定危险因素，为保证整个大楼南面、北面的架体稳定，使两个架体形成统一整体，并保证整个支架结构与东西两侧已施工完成的混凝土结构主体连接牢固，经相关专家现场讨论，在原搭设方案基础上采取以下三方面的加强处理措施：一、在两个架体之间搭设连接钢管架，将两座高大支架形成“工”字型结构。连接钢管架搭设方案如下：架体宽度7.2米，长度20.2米。立杆横距0.9米，纵距1.5米，步高1.5米剪刀撑按原方案要求设置。增加的连接钢管架与高大支架同步搭设，总高度与高大支架相同。二、南北两个结构层以下的架体能连接到东西两侧的均抱墙抱柱。三、南面，背面两个架体从二层结构层以上每隔一结构层用Ф12的钢丝绳采用十字交叉与东西两侧的剪力墙或框架柱连接。
6 结语
该科研实验楼高大模板施工的完成，保证了该项目施工的顺利进行。目前，该楼楼面结构成型好，强度达到设计要求，表面未发现有害裂缝，安全性能和使用功能得到了保证。主体结构验收中，相关各方均对高大模板施工质量表示肯定。由于该项目的高大模板支撑体系目前在区内工程项目中及少见，且该项目的施工取得很大成功，多次接受市住建局组织的结构大检查，区内的建筑专业人士也多次到现场观摩，取得了良好的社会效益。
作者简介：
蒙东刚：二级建造师，广西柳州市东环路268号545006。