大跨度结构混凝土梁高支模施工技术

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  摘要:本文阐述临沂万和广场11#、12#楼门厅部分超高、大跨度结构混凝土梁模板支撑体系的设计、施工方案,架体构造及安全措施。
  关键词:模板工程;混凝土梁;高架支模;大跨度
  Abstract: This paper elaborates Linyi vanward square 11#, 12# floor foyer part design, super high, large span concrete beam formwork support system construction scheme, frame structure and safety measures.
  Keywords: template engineering; concrete beam; High Frame Formwork; large span
  中图分类号:文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
  
  1.工程概况
  临沂万和中央广场二期工程(11#、12#楼),位于临沂市北城新区沂蒙路与三和五街交汇处,该工程为框剪结构,地下二层,地上25层;地下室层高5.8m,主楼一层层高6.0m,二层以上层高为3.9m;裙楼一层7.8m,二层5.8m;总建筑面积约为88500㎡。该工程由临沂北城置业有限公司投资开发,江苏省苏中建设集团股份有限公司总承包。
  裙楼8-11轴交D-G轴一、二层最大梁截面600*1400,跨度21.6m,支模高度7.8m;板厚120mm。
  2.大梁支撑体系搭设方案    
  结合本工程的结构形式和施工特点,裙楼8-11轴交D-G轴一、二层大梁截面600*1400,跨度21.6m,支模高度7.8m,属于大跨度高支模。在模板支撑体系的选择上,通过征求專家意见和对架体各种方案的试算,综合考虑架体应满足施工方便、质量易控、安全可靠、经济合理、易于操作等因素,最终确定满堂钢管脚手架支撑体系和混凝土整体浇筑的施工方案。其搭设方案:整体钢管排架采用48×3.0钢管,扣件连接;立杆间距:沿框架梁跨度方向间距不大于600mm,梁两侧不大于1200mm,梁底均需加设双立杆支撑(400+400+400),加固梁的立杆均需与排架拉结,形成网架体系;水平杆设置:第一道扫地杆设置在结构平面向上200mm处,双向设置;步距1.5m,共设五道水平拉杆,在8、11、D、E、F、G轴下部水平杆与已浇筑完成的框架柱进行拉结;立杆底部应设置垫板,立杆顶部设置可调托座时,可调托座的有效高度控制不大于200mm。U型托撑上用48×3.0钢管做主龙骨,50×100mm的木方做次龙骨,模板采用18mm厚多层胶合板,对拉螺栓Φ14@500×500,支撑如图1。
  3.大梁支撑体系计算
  3.1参数信息
  3.1.1模板支撑及构造参数
  梁截面宽度 B(m):0.60;梁截面高度 D(m):1.40;
  混凝土板厚度(mm):120.00;立杆沿梁跨度方向间距La(m):0.50;
  立杆上端伸出至模板支撑点长度a(m):0.20;
  横杆步距h(m):1.80;板底承重立杆横向间距或排距Lb(m):1.00;
  梁支撑架搭设高度H(m):7.80;梁两侧立杆间距(m):1.20;
  承重架支撑形式:梁底支撑小楞垂直梁截面方向;
  梁底增加承重立杆根数:2;
  采用的钢管类型为Φ48×3;
  立杆承重连接方式:双扣件,考虑扣件质量及保养情况,取扣件抗滑承载力折减系数:0.80;
  3.1.2荷载参数
  新浇混凝土重力密度(kN/m3):24.00;模板自重(kN/m2):0.70;钢筋自重(kN/m3):1.80;
  施工均布荷载标准值(kN/m2):2.0;新浇混凝土侧压力标准值(kN/m2):33.6;
  振捣混凝土对梁底模板荷载(kN/m2):2.0;振捣混凝土对梁侧模板荷载(kN/m2):4.0;
  3.1.3材料参数
  木材品种:柏木;木材弹性模量E(N/mm2):9000.0;
  木材抗压强度设计值fc(N/mm):16.0;
  木材抗弯强度设计值fm(N/mm2):17.0;木材抗剪强度设计值fv(N/mm2):1.7;
  面板材质:胶合面板;面板厚度(mm):12.00;
  面板弹性模量E(N/mm2):6000.0;面板抗弯强度设计值fm(N/mm2):13.0;
  3.1.4梁底模板参数
  梁底方木截面宽度b(mm):50.0;梁底方木截面高度h(mm):100.0;
  梁底纵向支撑根数:4;
  3.2梁底模板计算
  面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和挠度。计算的原则是按照模板底支撑的间距和模板面的大小,按支撑在底撑上的三跨连续梁计算。
  强度验算要考虑模板结构自重荷载、新浇混凝土自重荷载、钢筋自重荷载和振捣混凝土时产生的荷载;挠度验算只考虑模板结构自重、新浇混凝土自重、钢筋自重荷载。
  本算例中,面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
  W =500×12×12/6 = 1.20×104mm3;
  I =500×12×12×12/12 = 7.20×104mm4;
  3.2.1抗弯强度验算
  按以下公式进行面板抗弯强度验算:σ = M/W<[f]
  钢筋混凝土梁和模板自重设计值(kN/m):
  q1=1.2×[(24.00+1.80)×1.40+0.70]×0.50=22.092kN/m;
  施工荷载与振捣混凝土时产生的荷载设计值(kN/m):
  q2=1.4×(2.00+2.00)×0.50=2.800kN/m;
  q=22.092+2.800=24.892kN/m;
  最大弯矩及支座反力计算公式如下:
  Mmax=0.1q1l2+0.117q2l2= 0.1×22.092×2002+0.117×2.8×2002=1.01×105N·mm;
  RA=RD=0.4q1l+0.45q2l=0.4×22.092×0.2+0.45×2.8×0.2=2.019kN
  RB=RC=1.1q1l+1.2q2l=1.1×22.092×0.2+1.2×2.8×0.2=5.532kN
  σ =Mmax/W=1.01×105/1.20×104=8.5N/mm2;
  梁底模面板计算应力 σ =8.5 N/mm2 小于 梁底模面板的抗弯强度设计值 [f]=13N/mm2,满足要求。
  3.2.2挠度验算
  根据《建筑施工计算手册》刚度验算采用标准荷载,同时不考虑振动荷载作用。
  最大挠度计算公式如下:ν= 0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250
  其中,q--作用在模板上的压力线荷载:q =q1/1.2=18.410kN/m;
  l--计算跨度(梁底支撑间距): l =200.00mm;
  E--面板的弹性模量: E = 6000.0N/mm2;
  面板的最大允许挠度值:[ν] =200.00/250 = 0.800mm;
  面板的最大挠度计算值: ν= 0.677×22.092×2004/(100×6000×7.20×104)=0.554mm;
  面板的最大挠度计算值: ν=0.554mm小于 面板的最大允许挠度值:[ν]=0.8mm,满足要求。
  3.3梁底支撑的计算
  本工程梁底支撑采用方木。
  强度及抗剪验算要考虑模板结构自重荷载、新浇混凝土自重荷载、钢筋自重荷载和振捣混凝土时产生的荷载;挠度验算只考虑模板结构自重、新浇混凝土自重、钢筋自重荷载。
  3.3.1荷载的计算
  梁底支撑小楞的均布荷载按照面板最大支座力除以面板计算宽度得到:
  q=5.532/0.5=11.064kN/m
  3.3.2方木的支撐力验算
  方木按照三跨连续梁计算。
  本算例中,方木的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
  W=4.8×8×8/6 = 51.2 cm3;
  I=4.8×8×8×8/12 = 204.8 cm4;
  ⑴方木强度验算:
  最大弯矩 M =0.1ql2= 0.1×11.064×0.52 = 0.277 kN·m;
  最大应力 σ= M / W = 0.277×106/51200 = 5.4 N/mm2;
  抗弯强度设计值[f] =13 N/mm2;
  方木的最大应力计算值 5.4 N/mm2 小于 方木抗弯强度设计值 13 N/mm2,满足要求。
  ⑵方木抗剪验算:
  截面抗剪强度必须满足:τ = 3V/(2bh0)
  其中最大剪力: V =0.6×11.064×0.5 = 3.319 kN;
  方木受剪应力计算值 τ = 3×3.319×1000/(2×48×80) = 1.297 N/mm2;
  方木抗剪强度设计值 [τ] = 1.7 N/mm2;
  方木的受剪应力计算值 1.297 N/mm2 小于 方木抗剪强度设计值 1.7 N/mm2,满足要求。
  ⑶方木挠度验算:ν = 0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250
  方木最大挠度计算值 ν= 0.677×11.064×5004 /(100×9000×204.8×104)=0.254mm;
  方木的最大允许挠度 [ν]=0.500×1000/250=2.000 mm;
  方木的最大挠度计算值 ν= 0.254 mm 小于 方木的最大允许挠度 [ν]=2 mm,满足要求。
  3.3.3支撑小横杆的强度验算
  梁底模板边支撑传递的集中力:P1=RA=2.019kN
  梁底模板中间支撑传递的集中力:P2=RB=5.532kN
  梁两侧部分楼板混凝土荷载及梁侧模板自重传递的集中力:
  P3=0.400/2×0.500×(1.2×0.120×24.000+1.4×2.000)+1.2×2×0.500×(1.400-0.120)×0.700=1.701kN
  
   简图(kN·m)
  经过连续梁的计算得到支座力:N1=N4=1.042 kN;N2=N3=8.21 kN;
  最大弯矩 Mmax=0.312 kN·m;
  最大挠度计算值 Vmax=0.255 mm;
  最大应力 σ=0.312×106/4490=69.6 N/mm2;
  支撑抗弯设计强度 [f]=205 N/mm2;
  支撑小横杆的最大应力计算值 69.6 N/mm2 小于 支撑小横杆的抗弯设计强度 205 N/mm2,满足要求。
  3.4扣件抗滑移的计算
  按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范培训讲座》刘群主编,P96页,双扣件承载力设计值取16.00kN,扣件抗滑承载力系数0.80,该工程实际的双扣件承载力取值为12.80kN 。
  纵向或横向水平杆与立杆连接时,扣件的抗滑承载力按照下式计算(规范5.2.5): R ≤ Rc
  其中 Rc -- 扣件抗滑承载力设计值,取12.80 kN;
  R -- 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值;
  计算中R取最大支座反力,根据前面计算结果得到 R=8.211 kN;
  R < 12.80 kN,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求。
  3.5立杆的稳定性计算
  立杆的稳定性计算公式:σ = N/(φA)≤[f]
  φ-- 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 lo/i 查表得到;
  i -- 计算立杆的截面回转半径 (cm):i = 1.59;
  A -- 立杆净截面面积 (cm2): A = 4.24;
  W -- 立杆净截面抵抗矩(cm3):W = 4.49;
  σ -- 钢管立杆轴心受压应力计算值 ( N/mm2);
   [f] -- 钢管立杆抗压强度设计值:[f] =205 N/mm2;
  lo -- 计算长度 (m);
  根据《扣件式规范》,立杆计算长度lo有两个计算公式lo=kμh和lo=h+2a,
  为安全计,取二者间的大值,即: lo = Max[1.167×1.7×1.5,1.5+2×0.2]= 2.976 m;
   k -- 计算长度附加系数,取值为:1.167 ;
   μ -- 计算长度系数,参照《扣件式规范》表5.3.3,μ=1.7;
   a -- 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度;a=0.2m;
  得到计算结果: 立杆的计算长度 lo/i = 2975.85 / 15.9 = 187 ;
  由长细比 lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.205 ;
  3.5.1梁两侧立杆稳定性验算
  其中 N -- 立杆的轴心压力设计值,它包括:
  横向支撑钢管的最大支座反力: N1 =1.042 kN ;
  脚手架钢管的自重: N2 = 1.2×0.129×5.8=0.899 kN;
  楼板混凝土、模板及钢筋的自重:
  N3=1.2×[(1.00/2+0.40)×0.50×0.70+(1.00/2+0.40)×0.50×0.120×(1.80+24.00)]=2.050 kN;
  施工荷载与振捣混凝土时产生的荷载设计值:
  N4=1.4×(2.000+2.000)×[1.000/2+0.400/2]×0.500=1.960 kN;
  N =N1+N2+N3+N4=1.042+0.899+2.05+1.96=5.95 kN;
  钢管立杆受压应力计算值 ;σ=5949.958/(0.205×424) = 68.5 N/mm2;
  钢管立杆稳定性计算 σ = 68.5 N/mm2 小于 钢管立杆抗压强度的设计值 [f] = 205 N/mm2,满足要求。
  3.5.2梁底受力最大的支撑立杆稳定性验算
  其中 N -- 立杆的轴心压力设计值,它包括:
  横向钢管的最大支座反力:N1 =8.211 kN ;
  脚手架钢管的自重: N2 = 1.2×0.129×(5.8-1.4)=0.899 kN;
  N =N1+N2 =8.211+0.682=8.892 kN ;
  钢管立杆受压应力计算值 ;σ=8892.491/(0.205×424) = 102.3 N/mm2;
  钢管立杆稳定性计算 σ = 102.3 N/mm2 小于 钢管立杆抗压强度的设计值 [f] = 205 N/mm2,满足要求。
  3.6架体基础承载力验算
  为确保裙楼1、2层超高大跨度结构施工安全,在地下室一、二层架体搭设施工时就考虑到以上架体施工的需要,保证地下与地上架体立杆的上下相对应,且保证在一、二层施工完成后结构强度达到要求前不拆除地下室架体支撑。承载力能满足要求,不需验算。
  3.7梁底模板起拱要求
  主梁起拱应考虑架体变形h1、结构弹性变形h2等因素,结合规范要求,综合考虑本工程主梁混凝土浇筑起拱高度为:h=h1+h2=15+20=35mm。
  4. 高架支模施工
  ⑴模板支架施工顺序
  测量放线、准确定位立杆位置 → 架体搭设 → 架体施工中间检查 → 架体验收。
  ⑵混凝土结构施工顺序
  主体结构施工顺序必须与模板支架施工配合,具体施工程序如下:立杆位置定位放线 → 满堂支撑架施工 → 架体检查验收 → 主梁、次梁底模板支撑 → 主梁、次梁钢筋绑扎 → 主梁、次梁侧模,平板模板支设 → 板钢筋绑扎 → 混凝土浇筑、覆盖保温养护 → 模板、架体拆除。
  5.搭设质量控制       
  5.1钢管、扣件的质量控制       
  ⑴ 事前要求采用现行国家标准《直螺纹电焊钢管》(GB/T3092)中规定的3号普通钢管,其质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T700)中Q235-A级钢的规定。       
  ⑵ 对于扣件质量,要求采锻铸铁制作的扣件,其材质符合现行国家标准《钢管脚手架经济界斤斤计较扣件》(GB15831)的规定。扣件使用前应进行质量检查。出现滑丝的细栓必须更换,扣件应做防锈处理。       
  ⑶ 钢管、扣件必须具有产品质量合格证,生产许可证、签订购租用合同要明确产品质量责任。       
  ⑷ 对上述要求落实情况进行检查,各种质量合格证明文件齐全。对扣件螺栓拧紧力矩用担力板进行复查,拧紧力矩均在40N·m ~65N·m之间,扣件的承载力得到保证。  
  5.2搭设控制要点
  ⑴ 按批准的施工方案放线,设置底座,用50mm(厚)×250mm(宽)的木板做垫板,依次竖起立杆,并与纵横扫地杆连接牢固;然后装设第1步纵向和横向水平杆,等校正立杆垂直度后予以固定,依次向上搭设;剪刀撑、斜杆、拉接等随搭升的架子及时设置。
  ⑵ 支撑体系的水平纵横拉杆严格按本方案设计的间距位置,同时,立杆应尽量与地下室支撑立杆对中直接传力的方式;地面第一道水平纵横拉杆距地面为200mm。
  ⑶ 立杆搭设时拉通线,确保立杆纵横在一直线上;立杆下垫50厚、250mm 宽的通长木枋垫板。
  ⑷ 立杆接长采用对接扣件,调整立杆长度以错开接头位置。
  ⑸ 为保证安全起见,在悬挑大梁下支撑横杆的两排立杆上采用双扣件。
  ⑹ 横向设置垂直剪刀撑,其间距为不大于4m,由底至顶连续设置;纵向设置垂直剪刀撑,由底至顶连续设置;同时主梁两侧支撑立杆垂直面上必须设置剪刀撑,全面设置,不可跳跃,剪刀撑钢管与地面呈45°至60°角,用回转扣件连接牢固。
  ⑺ 梁板的模板支撑体系的四周边缘,必须设置剪刀撑,防止边缘失稳,造成质量事故。
  ⑻ 顶层水平杆中心线至模板支撑点的距离不可大于250mm。
  ⑼ 由于支撑体系纵向长度为6m,为了安全考虑,在支架南侧用钢管与框柱拉接,拉接方式:用钢管扣件抱柱形成“井”字框,伸出的两根长管与脚手排架立杆或水平横杆拉接,每道拉接处至少应有4排立杆或水平杆与拉杆相连;拉接沿横向每个柱处均设置,沿支架上下每隔4m设置一道。
  ⑽ 验收
  每搭设2步,由班组、项目部分别检查验收后报请监理工程师检查验收。重点检查立杆垂直度及是否悬空,纵距、横距及步距、剪刀撑设置位置,连墙拉节等,用测力扭矩扳手逐个检查扣件螺栓的拧紧程度。
  6. 支撑架搭、拆除设安全技术措施
  1 应遵守高处作业安全技术规范有关规定。
  2 立杆应间隔交叉用同长度的钢管,将相邻立杆的对接接头位于不同高度上,使立杆的薄弱截面错开,以免形成薄弱层面,造成支撑体系失稳。
  3 扣件的紧固是否符合要求,可使用矩扳手实测,要40~60N.M ,过小则扣件易滑移,过大则会引起扣件的铸铁断裂。
  4所有钢管、扣件等材料必须经检验符合规格,无缺陷方可使用。模板支撑不得使用腐朽、扭裂、劈裂的材料。顶撑要垂直、底部平整坚实、并加垫木,并用横纵拉杆和剪刀撑。
  5 模板及其支撑系统在安装过程中必须设置防倾覆的可靠临时措施。
  6 模板安装、钢筋绑扎、砼浇筑时,应避免材料、机具、工具过于集中堆放。
  7.结语
  通过按照方案组织的施工,顺利完成高架大跨度模板支设,在混凝土浇筑施工过程中未发生任何异常情况。通过实践证明,该方案不仅切实可行,安全实用,而且取得了良好的经济和社会效益,为同类工程的施工积累了丰富的经验。
  
  参考文献
  [1] JGJ 130-2011,建筑施工扣件式鋼管脚手架安全技术规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2011.
  [2] 建筑施工手册(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.
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