高空大跨度桁架梁高支模施工技术探讨

所属栏目：建筑设计论文
发布时间：2011-02-26 14:46:21  更新时间：2022-04-12 13:55:44

　　[摘要]通过介绍某工程桁架梁高支模体系的方案设计、计算方法、管理措施和构造措施，来探讨高支模体系的施工技术。

　　[关键词]高支模体系方法验算管理措施构造措施结论

　　随着建筑业现代化的发展，在公共建筑的设计中，为满足建筑功能及装饰设计的高大空间等特殊要求，高空大跨度钢筋混凝土结构的应用越来越多，而在这些高空大跨度结构施工过程中，安全事故时有发生，尤其是引起的重特大安全事故发生率相应于其它原因引起的事故率高。主要原因是，方案设计的不合理性、构造措施不符合稳定性要求，施工现场管理的混乱等，以下介绍高支模的应用实例。

　　1、工程概况

　　徐州市新城区档案馆工程位于徐州市新城区，建设单位为徐州市新城区国有资产经营有限责任公司，工程建设类别为一级，设计使用年限为五十年，主体为钢筋混凝土框架结构，总建筑面积为36885m2，总高度为23.4m，建筑主体为5层，地下室为1层。

　　主体结构在○1～○3与○C～○H轴间(标高18.55m～22.75m处)设计跨度为40.5m，高为4.2m的钢筋混凝土桁架梁，砼强度C30。桁架梁上弦梁、下弦梁截面尺寸均为600×1100mm，腹杆(斜杆)截面尺寸600×800，次梁截面尺寸为300×900mm。其桁架下弦梁模板支架高度为6.70m～17.50m。该梁荷载大，空间高，跨度大，危险性高，属于高支模体系，本工程单独编制了安全专项施工方案并经专家论证审查。

　　2、高支模体系设计

　　桁架梁跨度40.5m，高4.2m，桁架下弦梁支模高度最高为17.5m，考虑如果整个桁架梁进行一次砼浇筑，应用普通钢管脚手架难以支撑桁架梁荷载，我们提出新的方案：砼分三次浇筑，第一道水平施工缝留在下弦梁与腹杆节点处上部，第二道水平施工缝留在上弦梁与腹杆节点处下部。在下弦梁砼强度达到75%后(保留模板支架)，再依次施工腹杆和上弦梁。本方案得到了设计单位和专家组的同意。

　　2.1结构布置

　　梁和板模板均采用18厚复合板，复合板主规格为1220mm×2440mm，双面护膜;木枋原材主规格为50mm×80mm;支撑系统采用φ48×3.5满堂钢管架手架，现浇板下立杆间距900mm×900mm;下弦梁(1100×600)支撑立杆的纵距(跨度方向)l=0.45米，立杆的步距h=1.50米，梁底设三道木枋，底部增加2道承重立杆(间距200、400)。模板支架搭设高度为18.5米(至现浇楼板底)，梁净高17.5米。

　　2.2方案验算

　　本模板支架验算采用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所PKPM建筑施工安全设施计算软件，将支架验算有关计算参数直接输入计算机软件，并经多次优化后，即可得到准确的计算结果。

　　验算内容包括①模板面板计算;②梁底支撑木方计算;③梁底支撑钢管计算;④扣件抗滑移的计算;⑤立杆的稳定性计算。

　　本文章考虑到篇幅有限，只详述⑤解法。

　　2.2.1荷载取值：

　　序号 荷载 数值 类别 分项系数

　　1 混凝土和钢筋自重(kN/m3) 25 恒 1.2

　　2 模板及木枋自重(kN/m2) 0.35 恒 1.2

　　3 施工均布荷载标准值(施工人员及设备荷载(kN/m2)) 1.0 活 1.4

　　4 振捣混凝土的荷载标准值(kN/m2) 2.0 活 1.4

　　采用的钢管类型为48×3.5，考虑到施工现场使用的钢管非标准性和锈蚀程度，计算时按48×2.8，壁厚2.8mm计算。

　　2.2.2荷载计算：

　　(1)钢筋混凝土梁自重线荷载(kN/m)：

　　q1=25.000×1.100×0.450=12.375kN/m

　　(2)模板的自重线荷载(kN/m)：

　　q2=0.350×0.450×(2×1.100+0.600)/0.600=0.735kN/m

　　(3)活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载(kN)：

　　经计算得到，活荷载标准值P1=(1.000+2.000)×0.600×0.450=0.810kN均布荷载q=1.20×12.375+1.20×0.735=15.732kN/m

　　集中荷载P=1.4×0.810=1.134kN

　　本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:

　　W=45.00×1.80×1.80/6=24.30cm3;

　　I=45.00×1.80×1.80×1.80/12=21.87cm4;

　　2.2.3立杆的稳定性计算

　　立杆的稳定性计算公式

　　其中N——立杆的轴心压力设计值，它包括：

　　横杆的最大支座反力N1=5.09kN(已经包括组合系数1.4)

　　脚手架钢管的自重N2=1.20×0.103×18.500=2.293kN

　　N=5.085+2.293=7.378kN

　　——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l0/i查表得到;

　　i——计算立杆的截面回转半径(cm);i=1.60

　　A——立杆净截面面积(cm2);A=3.97

　　W——立杆净截面抵抗矩(cm3);W=4.25

　　——钢管立杆抗压强度计算值(N/mm2);

　　[f]——钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2;

　　l0——计算长度(m);

　　如果完全参照《扣件式规范》不考虑高支撑架，由公式(1)或(2)计算

　　l0=k1uh(1)

　　l0=(h+2a)(2)

　　k1——计算长度附加系数，按照表1取值为1.167;

　　u——计算长度系数，参照《扣件式规范》表5.3.3;u=1.700

　　a——立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度;a=0.30m;公式(1)的计算结果：l0=1.167×1.700×1.50=2.976m=2976/16.0=185.758=0.209

　　=7378/(0.209×397)=88.642N/mm2，立杆的稳定性计算<[f],满足要求!公式(2)的计算结果：l0=1.500+2×0.300=2.100m=2100/16.0=131.086=0.391

　　=7378/(0.391×397)=47.455N/mm2，立杆的稳定性计算<[f],满足要求!

　　如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由公式(3)计算

　　l0=k1k2(h+2a)(3)

　　k2——计算长度附加系数，按照表2取值为1.042;

　　公式(3)的计算结果：l0=1.167×1.042×(1.500+2×0.300)=2.554m=2554/16.0=159.403=0.277

　　=7378/(0.277×397)=67.023N/mm2，立杆的稳定性计算<[f],满足要求!

　　表1模板支架计算长度附加系数k1

　　步距h(m) h≤0.9 0.9　　k1 1.243 1.185 1.167 1.163

　　表2模板支架计算长度附加系数k2

　　H(m)

　　h+2a或u1h(m) 4 6 8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40

　　1.35 1.0 1.014 1.026 1.039 1.042 1.054 1.061 1.081 1.092 1.113 1.137 1.155 1.173

　　1.44

　　1.0 1.012 1.022 1.031 1.039 1.047 1.056 1.064 1.072 1.092 1.111 1.129 1.149

　　1.53 1.0 1.007 1.015 1.024 1.031 1.039 1.047 1.055 1.062 1.079 1.097 1.114 1.132

　　1.62 1.0 1.007 1.014 1.021 1.029 1.036 1.043 1.051 1.056 1.074 1.090 1.106 1.123

　　1.80 1.0 1.007 1.014 1.020 1.026 1.033 1.040 1.046 1.052 1.067 1.081 1.096 1.111

　　1.92 1.0 1.007 1.012 1.018 1.024 1.030 1.035 1.042 1.048 1.062 1.076 1.090 1.104

　　2.04 1.0 1.007 1.012 1.018 1.022 1.029 1.035 1.039 1.044 1.060 1.073 1.087 1.101

　　2.25 1.0 1.007 1.010 1.016 1.020 1.027 1.032 1.037 1.042 1.057 1.070 1.081 1.094

　　2.70 1.0 1.007 1.010 1.016 1.020 1.027 1.032 1.037 1.042 1.053 1.066 1.078 1.091

　　以上表参照杜荣军：《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》

　　3、管理措施

　　(1)模板支撑方案由分公司技术组编制，完成后通过总工审核，形成初稿;由徐州建设局组织相关专业专家对方案进行论证，对施工方案提出修订要求和实施要点;根据专家组提出的意见进行修改，形成最终方案。

　　(2)工人操作前必须接受方案技术和安全交底，手续完备后方能搭设。

　　(3)严格按照设计尺寸搭设，施工前由测量员放线定位立杆位置，经质量和安全部门联合验收后开始搭设，确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于规范的要求。

　　(4)所有钢管、扣件进场，必须有产品合格证和产品检验证书，使用前用采用游标卡尺测量钢管壁厚，磅秤测量扣件重量及目测等方法对材料严格验收，符合要求方可投入使用。

　　(5)确保钢管和扣件质量是满足要求，每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N.m，项目部随时进行抽检;钢管发生变形和锈蚀严重的不得使用。

　　(6)砼浇筑方案考虑采用沿长方向由中间向两边均匀浇筑，采用汽车泵浇筑，减少局部荷载偏大、活荷载偏大对模板支架的影响。

　　(7)支撑脚手架搭设完成后必须经施工单位、监理及专家组共同验收通过后，方能浇筑砼。

　　(8)砼浇筑过程中，安排专人对模板支撑脚手架进行监控，发现异常情况及时通知，撤退人员。

　　4、构造措施

　　(1)扫地杆设置，模板支架必须设置双方向扫地杆。长方向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200mm处的立杆上。短方向扫地杆亦应采用直角扣件固定在紧靠长方向扫地杆下方的立杆上。当基础不在同一高度上时，必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于1m。

　　(2)立杆之间必须按步距满设双向水平杆，水平杆保证在同一条水平线上，确保两方向足够的设计刚度。

　　(3)立杆顶部支梁底模处采用支撑横杆和立杆搭接，必须设置双扣件与立杆连接，防止单个扣件失效导致排架整体破坏。立杆接长除顶层顶步可采用搭接外，其余各层各步接头必须采用对接扣件连接。

　　(4)剪刀撑设置：支撑架项部、10.75m处(三层板)、3m处设置三道水平剪刀撑;下弦梁、次梁两侧沿全高各设一道竖向剪刀撑;满堂架周边沿全高设一道竖向剪刀撑;架体中部沿全高每隔10m设一道竖向剪刀撑设置。

　　(5)为增加模板支撑架的整体刚度，在周边每层现浇楼板处预插短钢管与支撑架进行连接，连接件采用6m长钢管，钢管与支撑架立杆采用多点连接，同时尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件固定点，减少安全隐患。

　　(6)在架体高度3米、9米、15米高度处设置三道大眼安全网，防止坠物、坠人。

　　5、结论

　　通过上述方法施工，本工程高支模体系在强度、刚度和稳定性方面都得到了保证，砼质量较好，取得了良好的社会和经济效益。

　　参考文献：

　　[1]《混凝土结构施工质量验收规范》(GB50204-2002)

　　[2]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)

　　[3]杜荣军：《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》