超高悬空混凝土结构支模系统的设计与施工.pdf

浙江建筑， 第 2 9卷， 第 2期 ， 2 0 1 2年 2月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n ， V o 1 2 9 ， N o 2 ， F e b 2 0 1 2 超高悬空混凝土结构支模 系统的设计与施工 De s i g n a n d Co n s t r u c t io n o f F o r mwo r k Su p p o r t S y s t e m Su p e r h i g h Su s p e n d e d Co n c r e t e St r u c t u r e 林伟 ， 孙 海峰 ， 张 米友 ， 颜 传 国 ， We i ，S U N Ha i f e n g，ZH ANG Mi y o u ，Y A N C h u a n g u o ( 天颂 建设集 团有 限公 司， 浙 江 温岭 3 1 7 5 0 0 ) 摘要 ： 以舟山某商务 中心工程为例 ， 对 中庭顶部的悬空混凝土构件模板支撑 系统提 出了三种施 工备选方案 ， 经 比较分 析， 最 终采用型钢支架平台搭设支撑系统的方法 ， 并对设计计算 、 搭设 过程、 注意事项等进行 了较 为详尽 的阐述 。通过工程 的顺利 实施 ， 证 明该方案是安全可行 的。 关键词 ： 中庭 ； 悬空结构 ； 型钢支架 ； 支模架 中图分类号 ： T U 7 5 5 2 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 8 3 7 0 7 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 2 90 5 中庭作为一种室内型公共空 间， 不但能给公众 带来愉快惬意的空间享受 ， 同时也能提升建筑物 的 格调 ， 在近现代的建筑设计 中常常被作为一个重要 的设计元素 ， 在各类公共建筑和住宅建筑 中得到 了 广 泛 的应 用 。然 而 ， 由于 中庭 顶 部 的混 凝 土结 构 具 有悬空高度高、 跨度大 、 面积大等特点 ， 这就给支模 系统的设计及施工带来一定难度。以下结合具体 的 工程 实例 进 行 阐述 。 1 工程概 况 舟 山某 商务 中心 工程 总 建 筑 面积 1 4 0 5 3 6 m ， 其 中 1 楼地 上 1 8层 ， 地下 1层 ， 建 筑 高度 为 8 1 6 0 m， 标准层层高为 4 2 m， 结构形 式为钢筋 混凝土框剪 结构 。在第 8层 的 1 - 2 轴至 1 - 3 轴 与 c轴 至 E轴 、 1 - 2 轴至 1 - 3轴与 F轴至 H轴之间分别设计 了两个 中庭 ， 平面尺寸均为 1 0 m X 1 6 8 m。91 6层该 区 域无梁、 板结构 ， 第 1 7层该区域 的梁 、 板结构便成 了 悬空结构 。两块悬空部分为镜像对称布置 ， 其平面 尺寸、 结构构件均相同。见图 1 。 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 1 21 3 作者简介 ： 林伟( 1 9 8 2 一 ) ， 男 ， 浙江温岭人 ， 工程师 ， 从事建筑工程施工管理工作。 厂 H 1 I I 怠蚕鄱万 图 1 第 1 7层悬空结构示意 3 0 浙江建筑 2 0 1 2年第 2 9卷 2 难点分析 ( 1 ) 该悬空结构悬 空高度高 、 跨度大、 面积大 。 悬空高度从第 8层 ( 标高 3 2 9 5 0 I n ) 至第 1 7层 ( 标 高 7 0 7 5 0 I n ) ， 其高差达 到了 3 7 8 m； 主梁跨 度为 1 0 m， 次梁跨度为 8 4 m； 两块悬空结构总面积达到 3 3 6 m ， 属大跨度、 大面积、 超高构件模板支撑体系。 混凝土结构施工特点要求模板及其支架应具有足够 的承载能力 、 刚度和稳定性 ， 能可靠地承受浇筑混凝 土的重量、 侧压力以及施工荷载 。鉴于本工程悬 空结构的特殊性 ， 其要求必然更高。 ( 2 ) 悬 空 结 构 模 板 及 支 架 搭 设、 拆 除 位 于 3 7 8 m高空 ， 属特级高处作业 ， 且搭拆面积大， 给操 作人员带来很大的危险性。 ( 3 ) 建设单位 对工期要求高 ， 施工方案要具有 施工速度快、 操作简单 、 安全可靠、 费用低的特点。 3 方案确定 针对上述难点， 根据现场实际情况并结合 以往 的施工经验 ， 提出以下三种方案 ： 方案一是采用落地 式满堂扣件钢管支撑架 ； 方案二是通过在第 1 6层设 置数榀型钢支架并在其上铺设 型钢构成空中平 台， 作为悬空结构支模架 的支撑平 台； 方案三与方案二 类似， 只是将型钢支架换成钢桁架。 经过对上述三种方案的技术 、 经济 、 可行性和安 全性等方面进行分析论证 ， 认为 ： 方案一钢管和扣件 投入量大、 工期长、 耗工多。目前市场上可租赁到的 钢管壁厚往往达不到 3 0 m m 的最低要求 ， 而扣件 螺栓拧紧力矩合格率低 ， 达不到 4 06 5 N m的规 定 。再加上前述分析的施工难点， 使得采用落地 式满堂扣件钢管支撑架质量难以保证 ， 风险大， 可行 性差。方案二虽然型钢一次性投入量大 ， 但型钢支 架及钢平台承载力大 、 受力明确 、 传力清晰 ， 设计计 算简单。且 自重较小 ， 可直接利用现场的塔 吊进行 吊装。方案三钢桁架一次性投入量大， 虽然也有承 载力大 、 受力明确、 传力清晰的优点 ， 但设计计算复 杂 ， 加工精度高、 工作量大 、 自重大 ， 需另投入汽车吊 进行吊装等缺点。综合上述分析 ， 决定采用方案二 即利用型钢支架构成 的钢平 台， 作为悬空结构支模 架的支撑平台。 4 方 案内容 通过查看结构图纸 ， 悬空结构 中 K L截面尺寸 为 4 5 0 m m 8 0 0 mm， L截 面 尺 寸 为 2 5 0 mm 5 5 0 mm， 板厚为 1 5 0 mm。为使悬空结构支模架立 杆能双 向拉通 ， 必须综合考虑梁两侧立杆 间距 ， 梁 跨度方 向立杆间距 ， 板立杆纵横距 以及梁 跨、 板跨 之间的关 系。经反 复考虑试 算 ， 确定 的搭设 参数 见表 1 。由此 也 确定 了型 钢 支架 的间 距 和 相应 位 置 。 表 1 悬 空结构支模架搭设参数 在 1 6层 相 应 位 置 设 置 数 榀 倒 三 角 型 钢 支 架 ， 其 中 K L两侧 型钢 支架 间距 为 1 1 m， L两 侧 型钢支架 间距 为 0 9 m， 其余 间距 均为 1 6 m。型 钢支架 采 用 1 2 0 a 作 为主梁 ( G Z L ) ， 在主梁的相应 位置焊接 I 1 2 6 作为 次梁 ( G C L ) ， 主 梁下部设 置 I 1 6斜撑 。在 I 1 2 6上焊接 1 0 c m高 B 2 5钢筋 ， 将 支模架立杆套入该钢筋头 ， 以防跑位、 滑 动。斜撑 中部焊接 5 0 m m 5 m m 以增强支架侧 向刚度和 稳定性 。型钢支 架平 面布 置 图见 图 2 ， 剖 面 图见 图 3 。 第 2期 林伟等： 超高悬空混凝土结构支模系统的设计与施工 r _ l _ 一一 l -_ _ L _ 冒 G C L I I 謇 余同 I + 一 十 I _ _ _ + _ 强 鱼 奈同 量 量 l 十 一 十 l 丝 量 奈 同 。 I l 一 一 _ _ - 一 积 e 。 I 一 ! 一 一 -一 - ； 即 0 黝 8 口0 跏 r 跏 8 0 0 ；8 0 0 肋 8 。 D I J ， J ， ， ， 5 0 0 0 5 0 0 0 J J 1 0 3 0 0 图 2型钢支架 平面布 置图 5 方案计 算 图 3型钢支架剖面 图 5 1 计 算 思路 取有代表性 的一 榀型钢支架 进行计算 。型钢 支架的 G Z L根部 可 以看 作 固定 铰支座 ， 斜撑 工字 钢和楼面的固定假定 为固定铰支座 。根 据整个体 系的传 力情 况， K L 、 L和板 支 模 架 立 杆轴 力 通 过 G C L传递给 G Z L 。运用结 构力学相关知识 对该榀 型钢支架各杆件进行受力分析 ， 求得各杆件 内力 。 再根据 内力和工字钢本身 的物理力学性 能验算是 否满足要求。 5 2 荷栽计算 荷载包括 ： 混凝 土结构主体 自重， 模板 、 钢管支 模架和脚手板 自重 ， 支架工字钢 自重 ， 安全防护设施 及施工荷载 ， 以及包括 风荷载、 振 动棒 等产生 的荷 载等。 具体计 算 的标准 值如 下 ： 模板 自重 标准 值取 0 5 k Nm。 ，梁钢筋 自重标准值取 1 5 k N m ， 板钢 筋 自重标准值取 1 1 k N m 。 ， 混凝土 自重标准值取 2 4 k N m ， 施工人员及设备荷载标准值取 1 k N m ， 振捣混凝土时产生的荷载标准值取2 k N m 。 根据表 1的悬空结构支模架的搭设参数 ， 运用 品茗安全计算软件求得主梁、 次梁和板支模 架立杆 轴力分 别 为 6 3 3 、 7 8 3 、 8 5 1 k N。 5 3 内力计 算 5 3 1 G C L计算G C L选用 I 1 2 6， 其上满铺脚手 板 ， 按简支梁考虑 ， 计算跨度取 1 6 m。求得 ： ： 4 2 8 k N m， V m =6 4 6 k N。对 G C L应 力 及 挠 度 计 算如下 ： 4 2 8 1 0 1 057 7 41 0 。 = 5 2 6 6 N m m 0 6 ， b ：1 0 7 0 2 8 2 ：1 0 7一百0 2 8 2 ： 0 9 0 4 4 2 81 0 b 0 9 0 4 7 7 4 X 1 0 = 6 1 1 7 N ram 2 0 5 N ra m ， 整体稳定 性满足要求 。 S 6 4 6 1 0 44 2 1 0 I t 4 8 81 0 x 5 =1 1 7 0 N ra m 1 2 0 N ra m ， 抗 剪 强度 满 足 要 求 。 厂 = 0 9 6 lllm 志= = 1 0 6 7 m m ， 挠 度 满 足要 求 。 5 3 2型钢支架计算 本工程 舡 即 D轴两侧的 型钢支架受力最大 ， 以此作为计算模型。根据 以上 推导出来 的荷载 ， 型钢支架的受力计算简 图见 图 4 。 可求得型钢支架各杆件 内力， 见表 2 。验算结果见 表 3 。 3 2 浙江建筑 2 0 1 2年第 2 9卷 图 4型钢 支架受力计算简 图 表 2型钢支架各杆件 内力 项 目 预埋钢 A B ( c D) B c B E( c F ) 板焊缝 从验算结果看出， 各主要杆件 的内力值及变形 值均满足要求 。 6 施 工步骤 ( 1 ) 十一榀型钢支架全部在地面按方案 图纸和 常规钢结构施工程序进行加工 ， 所有 焊缝均按三级 焊缝外观质量标准施焊 ， 并按钢结构工程施工质量 验收规范进行验收。 ( 2 ) 施工到第 1 5层和第 1 6层楼面时要按照方 案图纸要求在相应位置预埋钢板预埋件 和钢 筋地 锚 。地锚位置和预埋钢板位置一定要对应， 以免放 置主梁和斜撑时出现错位现象。 ( 3 ) 预埋件埋设与型钢支架加工完成后 ， 再浇 筑完成第 1 6层混凝土结构楼 面， 23 d后 ， 待混凝 土强度达到一定的强度 ， 利用塔 吊对每榀型钢支架 进行整体吊装 ， 在 吊装前必须先在第 1 6层相应位置 放出型钢支架的位置线。将型钢支架 吊至第 1 6层 楼面上方后缓缓放下 ， 两边用拉绳进行调整 ， 吊至设 计位置后 ， 先在第 1 6层楼面上对支架主梁采用预埋 好的两个“ n” 型 2 0的圆钢固定 ， 地锚与主梁 间用 木楔顶紧 ， 同时将斜撑的根 部与第 1 5层的预埋钢板 焊接。为增强支架 侧向刚度和稳定性 ， 在斜撑 中部 焊接 5 0 mm x 5 mm。型钢支架标高要一致， 支架 吊装过程由专业人员施工。 ( 4 ) I 1 2 6预 先 在地 面 根 据 方 案 图纸 要 求 在 相 应 位置 焊 接 1 0 c m 高 B 2 5钢 筋 。在 型 钢 支 架 主 梁 上焊 1 2根通 长 的 I 1 2 6 ， 作为悬 空结 构支模架 立 杆的的底座。再 在 I 1 2 6上满铺脚 手板作 为操 作 人员的施 工平 台。至此 ， 操作 人员 可在 此平 台上 进行悬空结构支模架 的搭设工作 。支模架搭设 参 数见表 1 。为提高整体稳定性 ， 悬空结构支模架水 平杆需 与 第 1 7层 其 他 部 分 支 模 架 水 平 杆 连 成 整 体 。 t ( 5 ) 型钢支 架和支 模 架 安装 、 拆 卸 作业 前 ， 技 术 人员和安全员应 向全体作业人员进行 安全技术交 底 ， 确保严 格按 方 案 图 纸要 求 施 工 。型 钢 支 架应 按 施工方案的要求正确使用， 不得随意扩大使用范围； 施工荷载必须符合设计要求 ， 不得超载或集中堆载 ； 架体上的建筑垃圾及杂物应及时清理。 ( 6 ) 浇捣混凝土之前 ， 型钢支架须经公 司质 安 部验收合格后 ， 方可投入使用 。 ( 7 ) 待第 1 7层该 区域装饰完成后 ， 先撤除脚手 板 ， 再将 G C L气割断 ， 然后将型钢支架 的斜撑和钢 筋地锚气割断。利用拉绳将型钢支架主梁拉至楼层 上， 把塔 吊钢丝绳与支架绑扎好后 ， 再将型钢支架吊 运 至地 面 。 7 注意事项 ( 1 ) 各杆件加工前应精确放样 ， 确保 尺寸满足 要求 。 ( 2 ) 严格按方案施工 ， 避免骤然的巨大荷载作 用 在型钢 支架 上 。 ( 3 ) 型钢支架 吊装安放就位且 固定后 ， 立 即在 第 2期 林伟等： 超高悬空混凝土结构支模系统的设计与施工 第 1 5层挂 设水 平安 全平 网， 防止 高处物 品 坠落 ； G C L安放完毕后 ， 满铺脚手板 ， 并绑扎牢靠 ； 在第 1 6 层 中庭上空临边设置安全绳 ， 操作人员 的安全带可 挂在安全绳上 ， 方便移动。 ( 4 ) 操作人员必须身体健康 ， 持证上 岗， 作业时 系安全带 、 戴 安全帽， 并扣好 帽带及穿软底鞋。 ( 5 ) 型钢支架搭拆时 ， 下方 的地面应设置明显的 安全警戒区， 并设专人看守， 严禁非操作人员入内。 ( 6 ) 在悬挑结 构混凝土浇捣 过程 中， 派专人观 察型钢支架 的变形情况 ， 一有较大变化要及 时通知 上部混凝土浇捣人员马上撤离。待加固处理验收合 格后 ， 方可继 续 施工 。 ( 7 ) 为 确保 混 凝 土 浇 筑 时 型 钢 支 架 均 衡 受 力 ， 采用 从 中部 向两 边 扩 展 的浇 筑 方 式 ， 严 禁 局 部 混 凝 土堆 积 过高 。 ( 8 ) 在施 工期 间 注意天 气变 化 ， 遇有 大风 、 大 雾、 雷击或阴云密布将有大雷雨时 ， 不得施工。夏季 施 工 时还 需 注 意防暑 。 8 结 语 针对 本工 程悬 空结 构悬 空高度 高 、 跨 度 大 、 面积 大的难点 ， 通过科学合理 的设计 ， 利用型钢支架构成 的空中平台， 作为悬空结构 支模架 的支撑平 台。既 加快了施工速度 ， 又简化了工艺 ， 在施工过程中， 未 发现支架有异常现象 ， 未发生任何安全事故 ， 成功地 解决了该施工难题。而且完工后型钢支架 的型钢可 以回收和重复使用， 从而大大降低 了施 工成本。实 践证明 ， 本次设计和施工是成功的， 可为今后类似工 程施工提供借鉴。 参 考 文 献 1 徐有邻， 程志军 ， 白生翔 ， 等 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2混凝土结构工程 施工质量验收规范 S 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 1 1 2 金伟 良， 杨俊杰 ， 陈天民 ， 等 D B 3 3 1 0 3 5 -2 0 0 6建筑施工扣 件 式钢管模板支架技术规程 S 杭州 ： 浙江大学出版社 ， 2 0 0 6 3 张启文 ， 夏志斌 ， 黄友明， 等 GB 5 0 0 1 7 -2 0 0 3钢结构设计规 范 f S 北京 ： 中国建筑工 业出版社 ， 2 0 0 3 ( 上接 第 2 8页 ) 参 考 文 献 1 李永盛 ， 黄海鹰 盾构 推进对 相邻桩体力 学影响的实用 计算 方 法 J 同济大学学报 ， 1 9 9 7， 2 5 ( 3 ) ： 2 7 4 2 8 0 2 阮林旺 ， 李永盛 软土盾构法施 引起相邻桩 体变形和受 力研 究 J 隧道及 地下工程 ， 1 9 9 7， 1 8 ( 3 ) ： 1 8 2 3 3 C h e n L T ，P o l o u s HG，L o g a n a t h a n N P i l e r e s p o n s e s c a u s e d b y t u n n e l i n g J J o u r n a l o f G e o t e e h n i e a l a n d G e o e n v i r o n me n t a l E n g i n e e r i n g ，A S C E， 1 9 9 9， 1 2 5 ( 3 ) ： 2 0 7 2 1 5 4 魏纲 ， 徐 日庆 ， 屠玮 顶管施 工引起 的土体 扰动 理论 及试验研 究 J 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 4， 2 3 ( 3 ) ： 4 7 6 4 8 2 5 魏 纲 顶管 工程土 与结构 的性 状及 理论研 究 D 杭 州 ： 浙江 学 l g 至 州 虹 一 6 基 G _蓦 桩 m 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一