高空大跨度混凝土悬挑板模板支承体系的研究与应用.doc

QC小组成果发布资料 高空混凝土大悬挑板模板支承体系的研究与应用

高空混凝土大悬挑板模板支承体系
的研究与应用

交流人：xxxx
时间：2011年12月2日

xxQC小组
xx

目 录

1、 工程概况
2、 小组简介
3、 选择课题
4、 现状调查
5、 确定目标
6、 提出方案并进行方案比选
7、 问题假象预测
8、 制定对策措施
9、 对策实施
10、 效果检查
11、 巩固措施
12、 体会及下一步打算

一、工程概况：
xxxx工程位于x县振发工业园区内。分A座、B座两个子单位工程，总建筑面积28693m2。工程主体结构13层，为框架结构。本工程2010年10月8日开工，质量目标确定为“安济杯”。
该工程第13层为装饰构件，其中54.200m标高处为长度3米的悬挑板。如悬挑板采取传统的落地式脚手架支承体系，人力和物力投入量大，搭设时间长，对项目的成本和工期将产生不利影响。因此，必须在支撑体系的搭设方式上进行创新。

二、小组简介：
本QC小组成立于2011年3月5日，由公司技术人员、项目部有关技术人员及班组技术骨干组成。

小组名称
xxxx项目部QC小组
本次活动时间
2011年3月-2011年10月
注册时间
2011年3月
小组人数
11人
活动频率
15天/次
注册编号
FZQC-11-2
平均年龄
36.9
小组类型
创新型
制表人：xxxx 时间：2011年10月9日

小组组成成员
序号
姓名
年龄
职务
职称
小组职务
组内分工
QC教育时间
1
xxxx
41
项目经理
高级工程师
组长
全面负责
50小时
2
xxxx
42
公司副总经理
高级工程师
顾问
技术指导
50小时
3
xxxx
44
项目技术负责人
工程师
副组长
技术指导
55小时
4
xxxx
42
质检员
工程师
组员
质量管理
55小时
5
xxxx
30
质检员
助理工程师
组员
质量管理
55小时
6
xxxx
46
施工员
工程师
组员
施工过程控制
55小时
7
xxxx
33
安全员
助理工程师
组员
安全管理
55小时
8
xxxx
31
施工员
助理工程师
组员
施工过程控制
55小时
9
xxxx
28
安全员
助理工程师
组员
安全管理
55小时
10
xxxx
36
班组长
高级技工
组员
脚手架安装
55小时
11
xx
38
班组长
高级技工
组员
模板安装
55小时
制表人：xxxx 时间：2011年10月9日

三、选择课题
选题理由1：
公司方针：科学管理 持续改进 建造精品
选题理由2：
项目部要求：力争河北省“安济杯”是本工程的质量目标。
选题理由3：
现状存在的问题：
1．安全方面：该悬挑板模板安装高度达54.2米，支设难度大，一旦模板支撑系统失稳造成事故，必将产生无法估量的生命财产损失和社会影响。
2．技术和经济方面：从搭设方式考虑，若采用传统的落地式脚手架，地基要进行处理，搭设所需投入的材料数量多，搭设用时长，且架体自重较大。无论从技术方面还是从经济方面分析落地式脚手架都不是最佳的方案，必须考虑采用悬挑式脚手架。
3．工期方面：本工程工期紧张，为不影响总工期，必须保证在2011年8月底完成全部悬挑板混凝土浇筑工作。

四、现状调查
该54.200m标高悬挑板由A轴、C轴分别向外悬挑120mm厚造型板，净悬挑长度3米，悬挑长度较大；悬挑板端部设250×500mm边梁，结构比较复杂；悬挑板面积达540 m2，工程量大。该工程工期紧迫，质量要求严格，安全施工方面面临严峻考验；本公司在此方面无类似工程可以借鉴。

五、确定目标
1、设定目标
1）、悬挑板模板支撑系统一次性搭设成功，搭设、使用和拆除全过程中要确保安全。
2）、支撑系统刚度满足要求，砼浇筑过程中沉降变形控制在 10mm以内。
3）、悬挑板模板于2011年8月25日前安装完毕，确保悬挑板砼2011年8月底全部完成浇筑，保证施工总进度不受影响。
2、目标可行性分析：
1）、公司领导十分重视该工程悬挑结构模板的支设，并在各种资源方面给予大力支持。
2）、本项目部成员技术水平较高，经验丰富，责任心强，管理手段先进，所施工的工程多次获得市优、省优荣誉，为实现目标提供了保证。
3)、本小组技术人员搜集和整理了大量有关高空大悬挑模板的资料，并邀请结构设计人员进行指导，为施工顺利进行提供了可靠的安全和技术保障。
小组通过调查、分析和全面论证一致认为：以上的目标完全可以实现。

六、提出方案并进行方案比选
悬挑脚手架由一端固定于楼板的悬挑水平钢梁以及附加约束组成的承重体系支承架体，并承担上部荷载。此项工艺，脚手架搭设为常规方式，关键是确保处于悬挑状的水平钢梁承受荷载后不变形、不破坏、不倾覆。
因此，合理选择承重体系的材质类别和搭设方式是实现课题目标的前提。
小组成员运用“头脑风暴法”集思广益，博采众长，对承重体系的选材和脚手架搭设方案各抒己见。讨论结果归纳整理如下：
1、 对悬挑钢梁材料进行比选：
序号
材料名称
材料点分析
材料选择
1
工字钢
工字钢截面特征呈对称性，受力均匀，属于轴心受力的最佳状态，抗弯性能最优，稳定性好。
采用
2
槽钢
槽钢截面为非对称性截面力均匀，属非轴受力。与同截面面积的工字钢相比，槽钢惯性矩小，不能充分发挥钢材抗弯的性能。
不采用
制表人：xxxx

20

3、悬挑钢梁拉绳采用钢丝绳，现对悬挑钢梁与钢丝绳的连接方式进行比选。
待选方案
待选方案优缺点分析
方案选择
钢丝绳包裹
1. 本工程选用钢丝绳直径较大，直接用钢丝绳包裹钢梁，对钢丝绳损伤严重。
2. 由于本工程选用的钢梁截面大，与其相适应的卸扣重量偏大，安装不方便。
3. 焊接吊环的强度高，可靠性好，虽焊接工程量大，但可以提前加工制作。
焊接吊环
卸扣
焊接吊环
制表人：xxxx
经分析、优选和综合评价，确定方案如下：
钢梁选材——工字钢，
搭设方式——悬臂端上拉，
悬挑钢梁与钢丝绳的连接方式确定为：焊接吊环。

悬挑钢梁脚手架搭设搭设简图如下：

制图人：xxxx
七、问题假想预测
1、悬挑钢梁上拉绳体系操作流程
初步设计
建立体系受力模型
构件验算
节点深化设计
钢梁下料、制作焊接吊环
钢梁吊装
上拉钢丝绳安装
搭设脚手架和模板支撑体系
焊接水平阻铁

未通过

专家评审方案

制表人：xxxx
2、问题假想原因预测
我小组成员对悬挑钢梁上拉绳脚手架体系的制作、安装、使用过程进行了讨论，对可能出现的质量、安全问题进行了预测，假想问题归纳如下：
1、该悬挑板模板安装高度高，支设难度大，一旦模板支撑系统失稳造成安全事故，必将造成巨大的生命财产损失和社会影响。因此，必须建立具有针对性和操作性的专项施工方案，并组织落实。满足施工要求，确保施工安全。
2、模板支撑系统直接立于悬挑钢梁上，产生的荷载大，对拉绳拉环要求很高，特别是对拉环焊缝施工质量要求严格，拉环焊缝承载力可能达不到要求。
3、每根钢梁位于建筑内侧的部分采用U型卡箍固定，需提前预留在十层顶板内，卡箍预留位置、顶板混凝土施工中产生的扰动都有可能使卡箍产生偏移，造成钢梁安装位置不准确。且卡箍位置产生的负弯矩有可能对楼板造成破坏。
4、该悬挑钢梁结构悬挑长度大，反拉角在60°左右，产生的水平力较大，系统需解决该水平力可能产生的不利影响。

5、由于结构悬挑长度为3米，钢梁挑出长度达3.4米，悬挑长度大，钢梁变形量有可能超过允许值。
6、混凝土悬挑板悬挑长度达3米，施工时施工荷载大，有可能对支撑系统的稳定性产生大的影响，可以考虑悬挑板分段浇筑。

八、制订对策措施

序号
要求
对策
目 标
措 施
责任人
完成时间
地点
1
编制专项施工方案并组织实施
根据工程实际情况编制切实可行的专项施工方案，保证施工正常进行。
满足施工要求，保证施工安全
1、 组织专业人员编制专项施工方案。
2、 由专人负责落实，保证施工安全。
xxxx
xxxx
xxxx
2011.6
现场
2
确保拉环焊缝强度
进行焊缝验算，确定焊缝长度及高度，确保钢梁安全性。
焊缝承载力达到设计要求
1.保证焊缝高度，施工过程中进行严格控制。
xxxx
xxxx
2011.6
现场
3
确保固定钢梁用的卡箍位置准确，且对卡箍位置楼板采取加强措施。
1.对箍卡安装位置进行预先布置，采取有效固定措施，防止产生位移。
2.请设计院结构工程师对卡箍位置进行局部加强设计。
确保卡箍不产生大的位移，钢梁安装位置准确，且卡箍部位楼板不受破坏。
1、 卡箍位置用CAD作平面布置。
2、 安装时用50钢尺进行排尺，现场放线根据实际作局部调整。
3、 卡箍部位设置1200mm×1200mm，
14上层钢筋网片
xxxx
xxxx
2011.8
现场
4
确保钢梁水平方向无位移
在钢梁与混凝土框架梁交点部位，焊接一段短工字钢。
钢梁水平方向不产生位移
1、 通过计算确定焊缝的长度和高度。
2、 严格按照是设计施工，确保施工质量。
xxxx
xxxx
2011.8
现场
5
确保钢梁变形不超过允许值
验算钢梁允许变形值，吊装钢梁时，预留一定挠度。施工中严密监测钢梁的变形。
钢梁变形不超过10mm
1、根据需要对钢丝绳进行适当调整，保证钢梁变形量在允许范围之内。
xxxx
xxxx
20118
现场
6
合理安排施工荷载，确保支撑系统稳定
悬挑板分两次进行浇筑
确保支撑系统稳定
1、第一次浇筑至悬挑1米部位，待48小时后完成全部浇筑
xxxx
xxxx
2011.8
现场
图表制作：xxxx
九、对策实施
实施一 编制专项施工方案，确保架体的稳定性
小组根据讨论确定的脚手架搭设方式建立受力模型，进行受力计算，确定各组成构件的材料型号。经计算钢梁采用18#工字钢，钢梁间距1.5米；10层顶预埋卡箍采用φ16圆钢，每根钢梁采用两支卡箍固定；型钢上焊接的吊环采用φ20圆钢；在12层顶框架梁底预埋的吊环采用φ20圆钢；拉绳采用φ16钢丝绳。
若待11层顶板模板拆除后再向11层吊运悬挑钢梁，不仅效率低，而且危险性较大。实际施工中，在10层顶板混凝土施工完成并达到一定强度后，将悬挑钢梁起吊至11层楼面备用。
在实际施工中，严格按照预先编制的悬挑脚手架搭设方案执行。脚手架的拉结点利用已浇筑完成的框架柱设置，搭设脚手架过程中必需保证立杆的垂直度，且按照搭设方案布置脚手架的剪刀撑，确保脚手架的整体稳定性。
以上各种安全措施的落实有专职安全员xxxx、xxxx全程监督，确保万无一失。

实施二 确保拉环的焊接质量
根据已知参数确定拉环钢筋的焊缝高度和长度，拉环钢筋已确定为φ20圆钢，通过计算焊缝高度为10mm，焊缝长度为200mm，焊条选用E43型，操作中焊缝长度均采用满焊。
施工时，先对材料进行严格检查，确保材料符合要求。焊接时，确保足够的熔深，保证主焊缝与定位焊缝结合良好，无气孔、夹渣、烧伤缺陷；由于钢筋直径大，分三层间断施焊，每焊完一层，清理焊渣后，再焊接下一层，确保焊缝高度和长度。吊环焊接完成后，经焊缝探伤满足要求。以确保在使用过程中，焊缝牢固。

实施三 确保固定钢梁卡箍的位置准确
根据施工平面图，采用AutoCAD软件对钢梁平面进行布置。
在十层顶板钢筋绑扎完成后，在顶板上预埋卡箍钢筋。安装卡箍钢筋时，使用50米钢尺由最西侧轴线进行排尺，确保卡箍定位准确。卡箍钢筋置于顶板底层钢筋上部，并用绑丝与顶板底层筋绑扎牢固，防止卡箍发生滑移。
十层顶板混凝土浇筑前，在外侧模板上每条南北向主轴线的位置钉铁钉进行标识。混凝土浇筑时，派两名人员跟踪检查卡箍位置。检查时在主轴线位置挂施工线，检查每个卡箍与距其最近轴线之间的距离；发现发生位移的立即进行复位。
悬挑型钢脚手架使用过程中，卡箍位置会产生较大的负弯矩，为保证楼板不受破坏，经结构工程师进行受力计算，在卡箍处楼板上层筋部位增设1200mm×1200mm 14@200钢筋网片。

实施四、确保钢梁水平方向无位移
根据计算得知，钢梁最大水平力28.42KN。为避免钢梁在巨大的水平力作用下，沿钢梁方向向楼内侧发生位移于每根钢梁与边缘框架梁交点位置，在钢梁底部焊接一根100mm长14#工字钢作为阻铁，以阻止钢梁水平方向位移。为保证阻铁位置，准确经小组内部讨论决定待钢梁就位后现场进行焊接。
另外，为防止脚手架立杆发生大的位移，在钢管脚手架每根立杆位置焊接一根100mm长φ20钢筋。搭设脚手架时，每根钢筋插入其对应位置的钢管内。待钢梁底的水平阻铁焊接完成后再焊接定位钢筋，以保证定位筋的位置准确。根据脚手架搭设方案的立杆位置，每隔10根钢梁焊接一根钢梁上的定位筋，然后拉线确定中间钢梁上定位筋的位置进行焊接。

实施五 确保钢梁变形不超过允许值
按照悬挑长度的1/300计算，钢梁允许变形确定为10mm，在反拉钢丝绳时，将钢梁端部抬高30mm。
将每根钢梁编号，反拉钢丝绳后，使用水准仪测定每根钢梁端部的标高并做好记录，模板支撑每搭设一个楼层层高对钢梁进行一次标高复测，计算出每根钢梁的变形量。当发现钢梁变形值接近允许变形值时，收紧钢丝绳，确保钢梁变形值控制在允许变形值范围内。
因钢梁高度小于卡箍的高度，钢梁就位后，反拉钢丝绳前，用木楔塞紧钢梁与卡箍间的空隙，以避免钢梁在竖向产生移动。

实施六 悬挑板分两次浇筑，确保施工中支撑系统的稳定
为避免悬挑板在浇筑过程中产生的施工荷载，对支撑系统产生大的扰动，发生失稳现象，在实际施工中，悬挑板分两次进行浇筑。第一次浇筑至悬挑1米处，留置施工缝，待浇筑完成48小时后，进行其余部分混凝土施工。第二次浇筑前先对施工缝进行凿毛处理，松散的石子和混凝土块要清理干净，然后将接茬部位充分湿润，再进行混凝土浇筑。
第二次浇筑混凝土时，第一次浇筑的混凝土已达到一定强度，混凝土的自重通过模板和主次木方龙骨传达至其下方的钢管脚手架支撑体系，混凝土和模板支撑形成了较稳固的系统。悬挑板模板的自由端由3米减小至2米，减小了混凝土施工时模板支撑系统的变形量，大大增加了支撑系统的稳定性。

十、效果检查
2011年8月26日xxxxA座、B座13层顶悬挑板完成全部混凝土浇筑施工。2011年9月15日完成模板拆除工作。
1、在安全方面：悬挑板模板支撑系统一次性搭设成功，且搭设、使用、拆除过程中未出现安全事故。
2、在质量方面：砼浇筑过程中模板支撑系统钢梁最大变形为 8mm以内，满足不大于10mm的控制目标。
3、在进度方面：支撑系统于2011年8月21日安装完毕，悬挑板砼于2011年8月24日完成混凝土浇筑，比原定进度计划8月30日提前6天。
4、经济效益：
A、落地式脚手架方案：
1）、地基处理：
14元/㎡×（188m×3.4m）=8948.8元
2）、钢管、扣件租赁费：
钢管：（53.5×4+3.2×36+1.5×36×4）×128=69786米
扣件：36×8×128=36864个
费用：69786米×0.02元/米/天×28天
+36864个×0.02元/个/天×28天=59724元
3）、搭设脚手架人工费：
53.5m×188m×12元/㎡=120696元
4）、运输费：
1100元/台班×8台班=8800元
5）装卸费：
90元/人工×32人工=2880元
费用合计：8948.8元+59724元+120696元+8800元+2880元
=201048.8元

B、悬臂上拉脚手架方案
1）、钢管、扣件租赁费：
钢管：（11.5×4+3.2×7+1.5×7×4）×128=14131.2米
扣件：7×8×128=7168个
费用：14131.2米×0.02元/米/天×23天
+7168个×0.02元/个/天×23天=9798元
2）、工字钢折旧费：
6米×128×0.0326吨/米×4600元/吨×20%=23034元
3）、钢丝绳材料费：
8米×128×8元/米=8192元
4）、搭设脚手架人工费：
11.5m×188m×14元/㎡=30268元
5）、运输费：
1100元/台班×4台班=4400元
6）装卸费：
90元/人工×16人工=1440元
费用合计：9798元+23034元+8192元+30268元+4400元+1440元
=77132元
两种方案比较共节约费用：
201048.8元-77132元=123916.8元
5、社会效益
通过本次QC小组活动，提高了企业在高空大悬挑模板作业中施工水平，做到了安全施工，文明施工，节约了施工成本，提高了企业的管理水平，是对我国建设节约型社会要求的响应，受到建设单位、监理单位和政府监督部门的高度评价，树立了良好的企业形象。

十一、巩固措施
通过本次QC小组活动，在提高高空混凝土大悬挑板模板安装合格率方面取得了宝贵经验。整理总结形成的“高空混凝土大悬挑板模板安装施工方法”，经公司技术科、总工办审批，形成了企业工法，工法编号为：HBFZ-7-2011。

十二、体会及下一步打算
这次QC小组活动，不仅减少了质量缺陷，实现了预期目标，而且使小组成员的管理意识和质量意识有了进一步的提高，解决问题的信心进一步加强。我们一定再接再厉，积极开展QC活动，增强创精品意识，为企业的发展做出更大的贡献。我小组下一课题为《提高基础筏板中集水井模板安装的合格率》。