单面支模施工技术样本.doc

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单面支模施工技术
张建安
【摘 要】单面支模现在没有更好的支模体系, 该文介绍了采用扣件式钢管架为模板支撑体系的单面支模架。采用单面支模的重点和难点是控制浇筑混凝土时出现模板上浮及因此而出现的胀模。
【关键词】筏板基础 单面支模 龙骨 钢管架 地锚
一． 概况
项目位于海淀区, 总建筑面积29090.86m2, 檐高54.55m, 地下室4层, 主体地上15层。地下四层至地下一层层高分别为4.8m、 3.6m、 3.6m、 4.2m, 外墙厚度分别为500mm、 350mm。该工程基础采用筏板基础, 主体结构为框架-核心筒结构。根据地质勘察报告、 周边实际情况及建设单位要求, 地下室深基坑支护采用了钻孔灌注桩和预应力锚杆护坡技术, 其护壁外皮距地下室外墙皮间距为450mm, 在外墙外侧设防水层及防水保护砖墙。地下室结构外墙外侧模板利用成型防水保护墙, 里侧所用模板则只能采用单面支模。
二． 单面支模方案确立
该工程地下室混凝土外墙所用模板总面积约3000m2, 最大层高4.8m, 其模板支设难度及规模均较大。本工程结构质量目标为创北京市”结构长城杯”, 其中混凝土墙体平整度、 垂直度偏差均应控制在3mm之内。这是长城杯的标准, 也是我们企业的要求。为确保质量目标的实现, 拟定了多种模板方案: 某模板公司提供的单面支模资料, 是采用20#工字钢为支撑, 12#槽钢为龙骨的模板体系, 此模板体系是参照国外资料设计, 在北京没有应用实例, 如果采用, 其加工量大、 成本高、 专用性强 。另外考虑本工程沿外墙连接汽车坡道、 通风竖井、 电梯井及楼梯间, 其定型模板很难适用。
经比较确定采用竹胶板为模板面板, 50×100mm木方为次龙骨, 2根Ф48( t=3.5mm) 钢管为主龙骨, 扣件式钢管架为模板支撑体系的单面支模方案。其主要优点: 材料通用性强、 重复利用率高, 有利于降低成本, 对周边坡道、 井筒等多种形式的外墙适应性强。其存在缺点: 扣件式钢管架在侧向受力情况下容易变形, 这也是本工程单面支模施工的控制点。
三． 施工要点
3.1 单面支模系统的设计
外墙模板主要分两部分: 模板与龙骨, 单面支模支撑系统。
3.1.1模板与龙骨
模板板面采用厚15-18mm竹胶板, 次龙骨采用50×100mm木方, 主龙骨采用2根Ф48( t=3.5mm) 钢管; 主次龙骨间距在计算允许跨度内根据支撑受力情况进行调整。如: 在模板最大侧压力加施工荷载的情况下, 竹胶板允许跨度( 即按简支) ＜300mm, 设计时采用250mm, 是为了减小次龙骨跨度, 减少其线载, 最终设计主龙骨跨度为600 mm。
3.1.2支撑系统
采用扣件式钢管架。支撑系统由钢管架、 地锚、 可调支撑三部分组成, 如图-1所示。
① 钢管架:
立杆间距700×1000mm,其中水平支撑间距根据模架立杆横向间距确定为700mm。架子纵向进深( 指垂直模板架子后伸距模板) 一般宜设定为不少于1.5H( H为砼浇筑高度) 。
纵横向水平杆间距以主龙骨上下间距为准; 可是局部采用钢模板时, 其主龙骨间距较大, 水平支撑间距过大不利于支架的稳定性, 一般采用600—700mm, 与钢模龙骨不合模数时可增加刚度较好的立龙骨, 或增加平行主龙骨的水平龙骨。
剪刀撑的设置分两种: 第一种与剖面相应的正反向剪刀撑, 见图1。主要将自下而上各水平杆受力后, 整个架子成为刚体。第二种水平剪刀撑, 一般高度小于4m的墙体上下设两道, 5m以下设三道, 6m以下设四道; 主要作用是保证沿模板走向的刚度。水平剪刀撑间距与剖面相似, 间隔一立杆布置呈剪刀撑。所有剪刀撑与水平杆或立杆相交处必须用扣件连接才能保证架子的刚度。要求采用十字扣件连接, 即竖向剪刀撑与水平杆连接, 水平剪刀撑与立杆连接。

荷载
假设支点
主地锚

图-2支撑架受力图
② 地锚
地锚分两种: 第一种为主地锚, 支撑架在荷载作用下产生水平和向上分力靠主地锚拉牢( 纵向间距700mm) , 见图-2。第二种为辅助地锚用于抵抗架子往后的水平力, 实际上减少了主地锚的荷载, 增加了安全系数, 见图-1。从图-2计算主地锚其合力最高达110kN, 对于主地锚完全能够满足, 可是组成钢管架的扣件及被拉的水平管可能无法承受这个荷载。
对图-2进行分析, 在钢管架有足够刚度情况下架子位移主要是向后水平力, 因此增加辅助地锚是有效方法。
主地锚主要承受拉力, 设置时按砼结构内钢筋吊环考虑。采用材料宜用HPB235钢筋制作, 地锚内拉应力不应大于50N/mm2, 如因砼一次性浇筑高度过高, 受力较大时可考虑设置双地锚加以处理, 但一般以控制砼浇筑速度为妥。主地锚按此拉应力设置时( 地锚用钢筋植筋) , 最好焊接在构件主筋上, 焊缝长度不小于5d。为确保地锚的刚度, 主地锚露出砼面长度根据用材直径一般不宜超过70mm为宜。
辅助地锚主要承受水平力, 即对于地锚而言是受抗剪, 一般根据模架的钢管立管模数设置。在埋设地锚时尽量根据立管模数设置, 埋入砼面不少于10d。立管与地锚连接时确保连接点尽量靠近砼地面, 以确保地锚的刚度。辅助地锚主要起到加固模架, 在主地锚受力产生应变后方起作用, 故宜在距主地锚最近一排立管根部设置。
③可调支撑:
架子与模板间200～250mm间距是靠可调支撑调节以便保证受力均匀。一般采用600mm可调支撑头, 其丝杠伸出钢管不大于40%L( 约200～250mm) , 否则需要增设横向拉杆进行加固。
3.2 单面支模的准备工作
3.2.1按方案要求进行竹胶板模板的加工配置。
3.2.2按计划准备好合格的钢管扣件, 且提前3天进场。
3.2.3外墙单面模支设前, 先浇筑内侧框架柱混凝土, 待其强度达50%以上时方可施工, 以便与模板架连接。
3.2.4在浇筑底板或地梁前事先将预埋件按要求埋设。
3.3具体施工技术要求
3.3.1预先将模板小龙骨钉在一起, 用”山”字形卡子将双钢管组合好, 再用钩头螺栓挂在模板上。
3.3.2支撑系统所有纵横水平管都与立杆连结, 竖向剪刀撑能够与水平管连接, 水平剪刀撑能够与立杆连接但必须紧靠结点, 所有扣件都采用十字扣件。按计算要求每个交叉点都要锁紧扣件。
3.3.3杆件必须按层次摆放, 不得随意更改, 剪刀撑设在立杆两侧。
3.3.4主地锚必须上紧压板螺栓, 由于螺栓长度、 螺母限位等情况不能上紧时, 能够用相应直径的短钢管垫在螺母下再上紧, 另用Ф10钢丝绳、 2t花篮螺栓与第三步横杆拉牢。
3.3.5第一排辅助地锚位于两主地锚之间, 将辅助地锚用木方卡紧模板, 并用Ф10钢丝绳、 2t花篮螺栓与第三步横杆拉牢。
3.3.6将埋设于第2-5排横杆之后辅助地锚(纵向间距700mm)用扣件锁紧, 防止架子向上及向后位移。
3.3.7将整个支撑架与内侧框架柱用钢管扣件进行抱箍连接, 连接前必须先将框架柱用木板保护好已成型的四角。
四． 施工体会
4.1由于钢管支撑架子十分密集,用工量大、 时间长, 经过对方案的进一步改进, 设计了预制支撑架( 如图-3示) 。分段将支撑架搭设好随时吊装入位, 重复利用, 解决了用工多、 工期长的问题。

横杆
立杆
剪刀撑

图-3预制支撑架详图
4.2 在整个地下室外墙施工过程中, 严格按单面支模施工方案组织施工, 经过对模板制作、 安装及混凝土浇筑等施工工序的过程控制, 混凝土成型观感质量及墙体平整度、 垂直度偏差均控制在规范允许范围之内, 经质检部门检验和有关专家评审, 达到了北京市结构长城杯要求。
五． 墙模板计算书
计算参照《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162- )、 《混凝土结构设计规范》(GB50010- )、 《钢结构设计规范》(GB 50017- )、 《组合钢模板技术规范》(GB50214- )、 《木结构设计规范》(GB 50005- )、 《建筑结构荷载规范》(GB 50009- )等编制。
5.1 墙模板基本参数
计算断面宽度500mm, 高度4800mm。模板面板采用18mm竹胶板。
内龙骨间距250mm, 内龙骨采用50×100, 外龙骨采用双钢管48×3.0。
水平支撑钢管布置10道, 在断面内水平间距150+500+500+500+500+500+500+500+500+500mm, 断面跨度方向间距700mm。

5.2 墙模板荷载标准值计算
强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和倾倒混凝土时产生的荷载设计值; 挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力产生荷载标准值。
新浇混凝土侧压力计算公式为下式中的较小值:

其中 c—— 混凝土的重力密度, 取24.000kN/m3;
　　　t —— 新浇混凝土的初凝时间, 为0时(表示无资料)取200/(T+15), 取5.710h;
T —— 混凝土的入模温度, 取20.000℃;
V —— 混凝土的浇筑速度, 取2.500m/h;
H —— 混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度, 取4.800m;
1—— 外加剂影响修正系数, 取1.000;
2—— 混凝土坍落度影响修正系数, 取0.850。
根据公式计算的新浇混凝土侧压力标准值 F1=40.520kN/m2,
实际计算中采用新浇混凝土侧压力标准值 F1=40.550kN/m2, 顶部新浇混凝土侧压力标准值取4.800kN/m2。
倒混凝土时产生的荷载标准值 F2= 6.000kN/m2。
5.3 墙模板面板的计算
面板为受弯结构, 需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照三跨连续梁计算。
面板的计算宽度取4.80m。
荷载计算值 q = 1.2×40.550×4.800+1.4×6.000×4.800=273.888kN/m
面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
本算例中, 截面抵抗矩W和截面惯性矩I分别为:
W = 480.00×1.80×1.80/6 = 259.20cm3;
I = 480.00×1.80×1.80×1.80/12 = 233.28cm4;

计算简图

剪力图(kN)

弯矩图(kN.m)
经过计算得到从左到右各支座力分别为
N1=25.563kN
N2=70.298kN
N3=70.298kN
N4=25.563kN
最大弯矩 M = 1.491kN.m
最大剪力 Q = 38.344kN
最大变形 V = 0.3mm
(1)抗弯强度计算
经计算得到面板抗弯强度计算值 f = 1.491×1000×1000/259200=5.752N/mm2
面板的抗弯强度设计值 [f], 取30.00N/mm2;
面板的抗弯强度验算 f < [f], 满足要求!
(2)抗剪计算
截面抗剪强度计算值 T=3×38.3/(2×4800.000×18.000)=0.666N/mm2
截面抗剪强度设计值 [T]=1.40N/mm2
抗剪强度验算 T < [T], 满足要求!
(3)挠度计算
面板最大挠度计算值 v = 0.262mm
面板的最大挠度小于250.0/400, 满足要求!
5.4 墙模板内龙骨的计算
内龙骨直接承受模板传递的荷载, 按照连续梁计算。
内龙骨底部荷载按照底部面板最大支座力除以面板计算宽度得到。
内龙骨顶部荷载按照顶部面板最大支座力除以面板计算宽度得到。
底部荷载 q1 = 70.298/4.800=14.645kN/m
顶部面板荷载设计值 q = 1.2×4.800×4.800+1.4×6.000×4.800=67.968kN/m
顶部最大支座力 N = 1.1ql = 1.1×67.968×0.250=18.691kN
顶部荷载 q2 = 18.691/4.800=3.894kN/m
内龙骨按照均布荷载下多跨连续梁计算。

内龙骨计算简图

内龙骨剪力图(kN)

内龙骨弯矩图(kN.m)
经过计算得到最大弯矩 M= 0.342kN.m
经过计算得到最大支座 F= 7.774kN
经过计算得到最大剪力 Q = 4.017kN
经过计算得到最大变形 V= 0.1mm
内龙骨的截面力学参数为
本算例中, 截面抵抗矩W和截面惯性矩I分别为:
W = 5.00×10.00×10.00/6 = 83.33cm3;
I = 5.00×10.00×10.00×10.00/12 = 416.67cm4;
(1)内龙骨抗弯强度计算
抗弯计算强度 f=0.342×106/83333.3=3.91N/mm2
内龙骨的抗弯计算强度小于16.5N/mm2, 满足要求!
(2)内龙骨抗剪计算
截面抗剪强度必须满足:
T = 3Q/2bh < [T]
截面抗剪强度计算值 T=3×4017/(2×50×100)=1.205N/mm2
截面抗剪强度设计值 [T]=1.60N/mm2
内龙骨的抗剪强度计算满足要求!
(3)内龙骨挠度计算
最大变形 v =0.1mm
内龙骨的最大挠度小于500.0/250, 满足要求!
5.5 墙模板外龙骨的计算
外龙骨承受内龙骨传递的荷载, 按照集中荷载下连续梁计算。
外龙骨按照集中荷载作用下的连续梁计算。
集中荷载P取横向支撑钢管传递力。

支撑钢管计算简图

支撑钢管剪力图(kN)

支撑钢管弯矩图(kN.m)
经过连续梁的计算得到
最大弯矩 Mmax=1.624kN.m
最大变形 vmax=0.000mm
最大支座力 Qmax=24.198kN
抗弯计算强度 f=1.624×106/8980.0=180.87N/mm2
支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2, 满足要求!
支撑钢管的最大挠度小于700.0/150与10mm, 满足要求!