基于张拉弦技术的现浇楼板模板支架研究_孙清梅.pdf

江西建材工程技术与管理1982023年1 月作者简介：孙清梅（1976-），女，黑龙江绥化人，硕士，副教授，主要研究方向为建筑专业课程教学。0 引言当前，推广绿色建材、装配式建筑和钢结构住宅，建设低碳城市已成为社会各界关注的焦点。钢结构建筑具有节约资源、减少环境污染、降低产业耗能、提升施工效率和质量等优点，代表着传统建筑业转型升级的方向1。其中，型钢框架结构建筑因其自重轻、工业化程度高、施工速度快、抗震性能好等优点，被广泛应用于建筑工程中。1 工程概况某工程占地面积为19419.7m2、建筑面积为24599.9m2、建筑高度21.8m，建筑层数为地下1 层、地上5 层。工程钢结构楼屋面主梁为H450mm240mm8mm12mm、H300mm160mm6mm8mm、H900mm280mm10mm14mm等；次梁为HN396mm199mm7mm11mm、H770mm240mm10mm14mm等，次梁间距为3930mm。2 基于张拉弦技术确定现浇楼板模板支架方案目前，有关张拉弦技术现浇楼板模板支架的研究资料非常少2-3。本工程采用张拉弦技术调节支撑装置的起拱度，预张拉力固定于桁架自身，不依赖外部固定装置，满足模板起拱的需求。采用型钢结构建筑、楼板施工荷载通过钢结构型钢梁传递的楼板模板支撑体系，一方面能根据不同跨度的楼板调节预拱度，另一方面考虑到对不同跨度的适应性。施工在确保达到设定目标的基础上，综合考虑加工难度、经济性、安全性等特点4-6。2.1 优选项目方案项目方对方案进行了论证，采用钢管、扣件制作支撑桁架装置，进行分析计算。确定简便扣件式钢管支架系统（桁架）的形式及各杆件的间距，并计算桁架的间距、数量。计算表明，每榀钢管桁架由9根钢管和14只扣件组成，十字扣10只、活动扣4 只，相对来说成本较高，故采用矩形管、钢板、焊管、圆钢等焊接组成支撑桁架装置。运用 PKPM钢结构设计软件进行了设计和计算，估算重量（4200mm跨为例），确定张拉弦桁架的结构形式及各杆的规格型号。2.1.1 扣件式钢管支架加工简单，符合现场操作需求，操作简便，4200mm跨重量约为65kg，制作人工费约120元、材料费约366元，共计约486元，安全性一般，跨度适应性一般。2.1.2 张拉弦焊接桁架式模板支架符合现场操作需求，操作难度稍大，4200mm跨重量约为34kg，制作人工费约180元、材料费约340元，共计约520元。张拉弦焊接桁架式模板支架加工较繁琐，价格比扣件式钢管支架略高，但是安全性高，适应各类板跨，因此，本项目选用张拉弦焊接桁架式模板支架。2.2 材料的选用从张拉弦技术现浇楼板模板支架原理出发，借鉴已有的施工工艺和工法，就上弦杆和下弦杆选材、腹杆材料和连接方式等关键点进行综合分析。2.2.1 上弦杆选材基于张拉弦技术的现浇楼板模板支架研究孙清梅浙江广厦建设职业技术大学，浙江 东阳 322103摘 要：文中围绕应用张拉弦技术调节支撑装置，型钢结构建筑、楼板施工荷载通过钢结构型钢梁传递的楼板模板支撑体系等进行探讨，从方案的设计、材料的选取、施工过程的质量控制入手，加快楼层施工进度，提升施工效率，降低支模结构的安装成本，提高企业经济效益和社会效益。关键词：张拉弦技术；钢结构；桁架中图分类号：TU71 文献标志码：B文章编号：1006-2890（2023）01-0198-03Research on Cast-in-place Floor Formwork Support Based on Tensioning TechniqueSun QingmeiZhejiang Guangsha Vocational and Technical University of Construction,Dongyang,Zhejiang 322103Abstract:This paper focuses on the application of tension string technology to adjust the support device,the steel structure building,the floor formwork support system that the floor construction load is transferred through the steel structure steel beam,and so on.Starting with the design of the plan,the selection of materials,and the quality control of the construction process,it can speed up the floor construction progress,improve the construction efficiency,reduce the installation cost of the formwork structure,and improve the economic and social benefits of the enterprise.Key words:Tension string technology;Steel structure;Truss江西建材工程技术与管理1992023年1 月目前市场上可采用的上弦杆材料有方钢管、圆钢、圆钢管，从三种材料的重量、经济性、可靠性等方面进行综合评估。圆钢管规格为48mm3.6mm，重量约为14.30kg，市场价格为63.5元；直径16mm圆钢1.58kg/m，重量约为5.89kg，市场价格为28.5元；如果采用方钢管，其为40mm60mm矩形管，重量约为10.10kg，市场价格为48.6元。方钢管经济性虽然不及圆钢，但重量较轻、安全性好，所以选用方钢管作为上弦杆材料。2.2.2 下弦杆选材对方钢管、圆钢、圆钢管三种材料进行综合分析比对，下弦杆采用圆钢材料，重量轻、易于加工、易于施加预应力、经济性好。2.2.3 腹杆选材对方钢管、圆钢、圆钢管三种材料进行综合分析，腹杆采用圆钢管材料。圆钢管重量轻，为32焊管，1.48kg/m，重量约为5.41kg，安全性优于方钢管和圆钢，成本比方钢管少21.7元，比圆钢少2.8 元。2.3 连接方式目前，钢结构施工中螺栓连接和焊接连接是两种最普遍的连接形式。焊接连接操作简单，结构密闭性好，刚度和整体性都较大，采用焊接连接可省工省料，经济性较好。2.4 方案安全性模拟（1）应用有限元软件建立3D模型，采用荷载和承载力分析，确定杆件的长度。（2）绘制安装流程模型图，包括型钢梁上连接件安装、张拉弦桁架就位、张拉弦桁架与连接件用螺栓固定、模板支撑木枋铺设、胶合板铺设等。通过安全性能模拟，采用张拉弦技术的现浇楼板模板支架施工工艺，质量安全可靠。3 项目的实施根据本项目的方案，项目组成员依次对工作任务进行落实，从桁架结构设计与验算、出具各杆件下料图、构件加工、完成焊接这几个过程进行针对性分工。3.1 精准完成桁架结构设计与验算（1）由相关人员对初步设计的桁架结构承载进行验算，经过计算，支撑体系做法满足承载力要求。（2）以有限元软件建立模型，经过受力验算和分析满足要求后，确定桁架的最终结构方案。该方案要求具有可实施性、安全性、质量高、安拆方便。（3）确定最终的桁架结构体系验算。3.2 桁架结构图绘制（1）应用CAD软件完成桁架结构图的绘制，结构图通过审核后，完成图中各杆件长度尺寸标注。（2）在桁架结构图中对各杆件编号精确标注，便于在下料表中区分及加工制作。（3）确定各杆件规格、型号、尺寸。构件 Z1-Z12 采用力学综合性能好的 Q235B碳素钢。3.3 材料的加工制作（1）对上弦杆、下弦杆及腹杆选用的材料进行准备，主要材料有矩形管（40mm60mm）、钢板（5mm150mm）、焊管32、圆钢D16等。加工构件平整度3mm；尺寸偏差控制在3mm内。（2）对加工好的杆件依次进行编号，为后期拼装做准备。（3）根据上弦杆、下弦杆及腹杆尺寸要求进行下料，下料结束后，对长度进行专项检查，长度分别为2mm、1.6mm、1mm、1.8mm、1.5mm、3mm、1.2mm、1.5mm，最大偏差为3mm，尺寸偏差控制在 3mm内，符合焊接要求。3.4 各杆件拼装（1）精密完成放线定位。在平整的场地上，由相关人员在图纸上标出相对应的尺寸后由测量组进行精细放样，并由技术部复核，定位尺寸偏差5mm。（2）根据测量放样点，找到每个点相应编号的杆件，然后进行预拼装。3.5 各构件的焊接为了保证焊接结构的完整性、可靠性、安全性和实用性，除了对焊接技术和焊接工艺严格要求以外，焊接质量检测也是重要一环。（1）明确质量要求，焊工持证上岗，作业前进行有针对性的技术交底。（2）依据本项目的施工方案和施工方法，选用J506型焊条。（3）依据焊接的技术标准，在平整地面上定位、组装、焊接、张拉固定，焊接完毕后除去焊渣，查验是否符合焊接要求。经检验，焊缝饱满无裂纹，无气孔、无夹渣，无漏焊缺焊现象，焊缝合格率达100%。4 效果检查4.1 堆载安全性检查堆载试验的楼板跨度为4200mm、宽度为2400mmm，预拱25mm。铺设方木和模板后在模板上方均匀堆放6.03kN/m2的荷载，静止48h后，测得支撑桁架挠度为18mm。4.2 经济效益（1）张拉弦桁架事先预制各类跨度，可以在不同的工程楼板模板支架施工中周转使用，大大加快了施工进度，缩短了施工工期，与传统落地式钢管支模架相比工期缩短20%以上。（2）楼板模板承重架不落地，减少钢管用量，同时不需要下层楼板承载，减少了钢管周转时间，大幅降低了施工成本，提高了项目的经济效益。（3）以楼层层高8m为例，使用张拉弦桁架作为楼板模板支撑架，钢材用量仅为传统落地式钢管支模架的1/12 左右，且上一层楼板混凝土结构施工时，模板支撑架不需要下一层楼板来承受施工荷载，不需要保留施工层以下的模板支撑架，从而减少模板支架的占用时间，与传统的钢管支撑架相比，使用张拉弦桁架支架可节省80%的模板支撑架周转材料费用和50%的支撑架搭设人工费用。4.3 社会效益（1）有效保证了混凝土结构的施工安全，避免了传统落地式钢管支模架因施工原因或支架立杆因地基沉降引起的支架结构失稳倒塌，具有良好的社会效益。（2）张拉弦桁架模板支架在施工中的应用，减少了模板支撑架周转材料的使用，符合节能减排、低碳环保的要求。5 结语综上所述，基于张拉弦技术的现浇楼板模板支架施工，模板支架安装简单，使用过程中桁架结构稳定，变形符合预期，解决了传统落地式钢管支模架施工时间长、占地空间大等问题，能够大大加快楼层施工进度，提高施工效率，降低支模结构的安装成本，提高项目的经济和社会效益。参考文献 1 牟凤飞.型钢混合连接的装配式混凝土剪力墙结构受力性能的研（下转第202 页）江西建材工程技术与管理2022023年1 月图4 方案二整体空间采光效果图6 结语本文通过对方案一和方案二采光井的采光效果进行仿真分析，得出如下结论。（1）采光井对地下周边区域的采光效果有明显改善，但会出现采光井正下方光线过亮的问题，采光井正下方的车库过道宜采用低反射材料，避免亮度过大产生眩光。采光井数量的增加对整体空间的采光效果有一定的增强效果。（2）地下采光井的位置应结合过道的走向和地面景观进行设置，考虑采光井对周边空间采光效果改善有一定的辐射范围，采光井的间距宜大于10m。（3）地下空间的照明灯具数量和位置宜结合采光井进行设置，减少投资成本和照明能耗。（4）采光井与下沉式广场的结合设计，可有效提高地下空间顶面和侧面的采光效果，同时应做好防洪排涝设计。（5）本文研究的采光井范围有限，对于采光井壁深度、井壁倾斜角度、采光玻璃罩样式、采光井形式等均未进行分析研究，后期仍需进一步研究完善。参考文献 1 李潇茵.自然光与地下建筑D.上海：同济大学，2008.2 杨艳梅.类光气候区地下车库天窗采光技术研究D.重庆：重庆大学，2015.3 黄晨辰.基于动态光环境模拟的地下中庭空间自然采光设计 D.徐州：中国矿业大学，2019.4 云朋.ECOTECT 建筑环境设计教程M.北京：中国建筑工业出版社，2007.5 赵南森，范征宇，刘加平.铁路客站候车厅光伏天窗自然采光优化设计J.哈尔滨工业大学学报，2022，54（5）：152-161.6 中国气象局气象信息中心气象资料室.中国建筑热环境分析专用气象数据集M.北京：中国建筑工业出版社，2005.7 马如月.基于江南传统智慧的绿色建筑空间设计策略与方法研究D.东南大学，2018.8 王彪，陈教料，应建阳.基于Ecotect的光伏温室内光环境分析 J.江苏农业科学，2018，46（8）：221-224.9 任晋，王万江.吐鲁番地区牧民安居住宅室内环境的 ECOTECT模拟分析J.四川建筑科学研究，2015，41（1）：295-299.10 庞璐，韩卫然，严少飞.晋陕传统合院民居光环境研究以两处民居室内采光为例J.西安建筑科技大学学报：自然科学版，2022，54（5）：701-709.11 刘士鹏，王薇.基于 Ecotect 的小学教室不同开窗形式采光模拟分析J.建材与装饰，2020（32）：99-100.（1）垂直顶升过程中，安装支撑式止退构件后，构件无变形，管节稳定性好。（2）经观测发现，水平母管未发生沉降或变形。5 结语综上所述，长距离管线工程垂直顶升施工难度大，技术复杂，安全风险高。项目团队围绕施工特点与难点进行攻关，制定了有针对性的施工方案，边实践、边检验、边改进，有效解决了各种施工难题，降低了施工成本，提高了施工效率，顺利完成了6 根上升管的垂直顶升施工。施工中成功运用的各种措施可为类似项目提供一定的参考和借鉴。参考文献 1 王卫洁.城市顶管法施工中继间设计选择研究J.中国科技信息，2005（10）：108.2 陈闽，黄永富.垂直顶升技术应用探讨J.绿色科技，2011（5）：201-204.3 张德强.长距离砂层顶管关键技术研究与应用J.建筑技术开发，2019（5）：104-105.4 刘桂荣.大型核、火电厂取水结构施工技术研究D.上海：上海交通大学.2014.5 董胜宪，罗树青.垂直顶升法在电厂取排水隧道工程中的应用J.电力勘测设计，2012（6）：47-51，69.6 董胜宪.垂直顶升法在三门核电厂引水管隧道取水工程中的应用C./上海市水利学会.上海：上海市水利学会 2013 年年会，2013.7 谢尚兵.富水砂砾层长距离大直径顶管减阻施工技术J.工业技术创新，2016，3（5）：969-972.8 徐伟忠.顶管穿越含砂礓石粉砂层的关键施工技术J.建筑工程技术与设计，2016（18）：227-228.9 葛金科，沈水龙，许烨霜.现代顶管施工技术及工程实例M.北京：中国建筑工业出版社，2009.10 （美）A.P.莫泽（A.P.Moser）著.北京市市政工程设计研究总院 地下管设计翻译组译.地下管设计M.北京：机械工业出版社，2003.究D.甘肃：兰州理工大学，2022.2 梁炯丰，张敏.上、下弦杆刚度对拱式转换层结构性能的影响 J.特种结构，2019（9）：14-16.3 管宇，周天华，吴函恒.多高层钢框架-预制混凝土抗侧力墙装配式结构竖向受力性能研究J.建筑结构，2014，44（13）：64-71，28.4 周天华，吴函恒，白亮，等.钢框架-预制混凝土抗侧力墙装配式结构体系J.建筑科学与工程学报，2013（3）：1-6.5 赵伟，童根树，周观根，等.钢框架内填预制钢筋混凝土剪力墙试验研究J.土木建筑与环境工程，2013（1）：63-69.6 施继余，胡瑛.预制装配式剪力墙结构及其连接技术分析J.建筑技术开发，2021，48（7）：8-10.（上接第199 页）（上接第197 页）