趙 衛(wèi) 國(guó)

(山西省第二建筑工程公司，山西 太原 030013)

高空鋼結(jié)構(gòu)在高大模板支撐體系中的設(shè)計(jì)與施工

趙 衛(wèi) 國(guó)

(山西省第二建筑工程公司，山西 太原 030013)

以陽(yáng)曲縣轉(zhuǎn)型發(fā)展產(chǎn)業(yè)園區(qū)企業(yè)總部大樓工程為依托，對(duì)高空鋼結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)作為高大模板支撐體系支座的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究，分析計(jì)算了高大模板支撐體系及鋼結(jié)構(gòu)的受力情況，并闡明了詳細(xì)的施工措施，經(jīng)實(shí)踐表明采用該方案取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

鋼結(jié)構(gòu)，模板，支撐體系，計(jì)算

0 引言

高大模板支撐體系作為危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，在建設(shè)部《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》(建質(zhì)[2009]87號(hào))中對(duì)其進(jìn)行了規(guī)定，因?yàn)榻陙?lái)在高大模板支撐體系上時(shí)常會(huì)發(fā)生坍塌事故，因此建設(shè)部又制定了《建設(shè)工程高大模板支撐系統(tǒng)施工安全監(jiān)督管理導(dǎo)則》(建質(zhì)[2009]254號(hào)),對(duì)高大模板支撐體系的設(shè)計(jì)和施工作了詳細(xì)規(guī)定?，F(xiàn)代建筑已經(jīng)呈現(xiàn)出風(fēng)格時(shí)尚現(xiàn)代、造型千變?nèi)f化的趨勢(shì)，建筑造型越來(lái)越復(fù)雜，即建筑平面隨著樓層不斷縮進(jìn)或凸出，要施工這些主體混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)高空高大模板支撐體系提出了更高的要求，這就需要在高大模板支撐體系設(shè)計(jì)上既要安全牢固，又要科學(xué)經(jīng)濟(jì)合理，降低工程量，提高工效。尤其要在技術(shù)上科學(xué)先進(jìn)，作為工程施工強(qiáng)有力的技術(shù)保障，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 工程概況

本文介紹的工程是陽(yáng)曲縣轉(zhuǎn)型發(fā)展產(chǎn)業(yè)園區(qū)企業(yè)總部大樓，建筑使用性質(zhì)：辦公建筑類(lèi)別;二類(lèi)高層建筑,建筑設(shè)計(jì)使用年限：50年；結(jié)構(gòu)形式：地下1層，鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)，地上16層為框架結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)防烈度：8度(三級(jí)抗震)；建筑耐火等級(jí)：地上部分耐火等級(jí)一級(jí)，地下室耐火等級(jí)為一級(jí)；屋面防水等級(jí)：二級(jí)；地下室防水等級(jí)：一級(jí)；地下1層建筑面積：2 385.12 m2；地上建筑面積：27 510.26 m2；建筑層數(shù)：地上16層，地下1層；建筑高度：74.55 m。

2 方案設(shè)計(jì)

1)方案初步設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到懸挑外架采用的通常是16號(hào)工字鋼。

因此設(shè)計(jì)時(shí)鋼結(jié)構(gòu)部分在13層采用12 m長(zhǎng)16號(hào)水平工字鋼支撐在④軸和⑥軸框架梁上，采用6 m長(zhǎng)16號(hào)工字鋼作為45°斜支撐，下部支撐在12層在支座兩側(cè)1/3處支撐④軸和⑥軸框架梁上，上部支撐在水平工字鋼兩側(cè)各1/3處。形成組合鋼結(jié)構(gòu)，作為高大模板支撐體系的支座。

2)方案詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須計(jì)算高大模板支撐體系的受力情況。

在13層頂板部分的框架梁及懸挑梁的截面尺寸基本上為500 mm×1 000 mm，梁的截面尺寸大，初步估算僅梁重每米即達(dá)到1.25 t，即12.5 kN/m。經(jīng)過(guò)高大模板支撐體系的上部腳手架計(jì)算，立管傳遞到水平工字鋼所受的豎向荷載為20.6 kN/m。

3)鋼結(jié)構(gòu)部分的受力計(jì)算可以采用軟件計(jì)算，也可采用手工計(jì)算。

普通的安全軟件通常考慮的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，對(duì)于復(fù)雜情況無(wú)法套用安全軟件，但是可以采用力學(xué)求解器計(jì)算。使用力學(xué)求解器必須正確設(shè)置參數(shù)，特別是材料性質(zhì)容易忽略填錯(cuò)，一旦參數(shù)錯(cuò)誤則計(jì)算數(shù)值相差巨大。另外可以采用手工計(jì)算，手工計(jì)算宜優(yōu)先使用力矩分配法計(jì)算。經(jīng)過(guò)采用力學(xué)求解器計(jì)算并用力矩分配法復(fù)核，得出水平工字鋼Mmax=22.39×106，V=42.5 kN等內(nèi)力數(shù)據(jù)。

4)經(jīng)過(guò)鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算以及穩(wěn)定性計(jì)算得出，16號(hào)工字鋼不能滿足要求，特別是斜撐部分，經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，單向?qū)ΨQ(chēng)的工字鋼不適合做斜撐柱，因?yàn)槭軌簶?gòu)件的穩(wěn)定性計(jì)算是以i最小的一側(cè)計(jì)算，因此應(yīng)該采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的鋼管。經(jīng)過(guò)估算，水平工字鋼采用了25a號(hào)工字鋼，斜撐采用了DN159×4.5無(wú)縫鋼管。下面對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算：

a.梁下部25號(hào)水平工字鋼(AD段)驗(yàn)算。

經(jīng)過(guò)驗(yàn)算25a號(hào)水平工字鋼(AD段)驗(yàn)算合格。

b.軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性按下式計(jì)算：

與25a號(hào)工字鋼相焊接的斜桿采用DN159×4.5無(wú)縫鋼管。

N/(φAn)≤f。

由于σ=67.1 N/mm2≤承載力設(shè)計(jì)值f=205 N/mm2,故滿足要求。

c.在南北兩側(cè)設(shè)有懸挑陽(yáng)臺(tái)，懸挑陽(yáng)臺(tái)跨度仍為9.8 m，但是懸挑陽(yáng)臺(tái)兩側(cè)無(wú)支撐處。采取了以下措施：

由于在12層的斜撐柱無(wú)支撐處，故取消了陽(yáng)臺(tái)部分的斜撐柱，改用在兩側(cè)的框架柱上固定鋼絲繩，用鋼絲繩拉住水平工字鋼的兩側(cè)1/3處，即與原斜撐柱支撐部位相同。固定鋼絲繩的框架柱要提前澆筑，計(jì)算后適當(dāng)提高鋼筋、混凝土強(qiáng)度。

鋼絲繩拉結(jié)組合的鋼結(jié)構(gòu)支撐體系按照斜撐柱焊接水平工字鋼支撐體系的三等跨計(jì)算。故水平工字鋼采用25號(hào)工字鋼。因25號(hào)工字鋼無(wú)處支撐，故在樓板上垂直懸挑出32c工字鋼，25號(hào)工字鋼支撐在懸挑的32c工字鋼上面。

對(duì)鋼絲繩和懸挑工字鋼進(jìn)行驗(yàn)算。

d.陽(yáng)臺(tái)處采用φ26鋼絲繩，鋼絲繩不均勻系數(shù)0.85，取鋼絲繩安全系數(shù)6。

[Fg]=α×n×Fg/K=0.85×2×2×439.5/6=124 kN。

[Fg]>F=123 kN。

φ26鋼絲繩滿足要求。

e.懸挑陽(yáng)臺(tái)處采用32c號(hào)工字鋼。

M=26×(0.1+1.1+1.6)=72.8 kN·m。

f.12層樓面及13層樓面預(yù)埋鋼板與25號(hào)工字鋼用直角角焊縫連接，焊縫總長(zhǎng)度按300 mm計(jì)算。

DN159鋼管與鋼板焊接采用滿焊，在通過(guò)焊縫形心的拉力，壓力或剪力作用下的焊縫強(qiáng)度按下式計(jì)算：

σf=N/(helw)≤βfffw。

正應(yīng)力σf=69×103/(6×500)=23 N/mm2≤1.0×160=160 N/mm2，滿足要求。

工字鋼與鋼板焊接采用滿焊，在通過(guò)焊縫形心的拉力，壓力或剪力作用下的焊縫強(qiáng)度按下式計(jì)算：

σf=N/(helw)≤βfffw。

正應(yīng)力σf=69×103/(6×500)= 23 N/mm2≤1.0×160=160 N/mm2，滿足要求。

g.12層鋼板采用300×250×15厚鋼板，焊接6根圓16鋼筋。

13層鋼板采用250×250×15厚鋼板，焊接4根圓16鋼筋。

h.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，25號(hào)水平工字鋼下截面寬度不足120mm，而斜撐柱采用的無(wú)縫鋼管直徑160mm，無(wú)縫鋼管焊接工字鋼下截面時(shí)超出下截面，解決該問(wèn)題的措施為在無(wú)縫鋼管與工字鋼下截面之間焊一個(gè)200×250×15的鋼板起連接作用。各節(jié)點(diǎn)處的計(jì)算均省略。

3 施工技術(shù)措施

1)所有進(jìn)場(chǎng)材料均應(yīng)認(rèn)真驗(yàn)收，嚴(yán)格把關(guān)，發(fā)現(xiàn)不合格品立即清退。

2)項(xiàng)目部技術(shù)負(fù)責(zé)人向管理人員及所有操作工人進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)施工方案交底和安全技術(shù)交底。特種工人如架子工、焊工、起重司機(jī)、信號(hào)工等必須有有效的崗位證書(shū)。

3)鋼結(jié)構(gòu)支座及模板支撐體安裝過(guò)程中要同步檢查，安裝完成后必須有驗(yàn)收記錄，驗(yàn)收合格后方準(zhǔn)下一步施工。

4)在施工中必須注重工人安全，加強(qiáng)防護(hù)措施：工字鋼吊到正確位置后，在工字鋼下部立即設(shè)置水平安全網(wǎng)，水平安全網(wǎng)必須將施工作業(yè)層面全部封閉嚴(yán)密，以防止高空墜落或物體墜落傷人。

5)工字鋼焊接完成后，即刻在鋼結(jié)構(gòu)上面鋪設(shè)50mm厚木板，木板鋪設(shè)牢固，用鐵絲綁牢，防止出現(xiàn)翹頭板。

6)在操作層外側(cè)設(shè)立面封閉防護(hù)架，架體高于頂板1.5m以上，防止人員墜落。

7)鋼結(jié)構(gòu)焊接必須嚴(yán)格按照鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范和焊接相關(guān)規(guī)程施工和驗(yàn)收。

8)澆筑混凝土前、澆筑混凝土過(guò)程中、澆筑混凝土后應(yīng)觀測(cè)鋼結(jié)構(gòu)支座的沉降和受撓程度，進(jìn)行對(duì)比，尤其是在澆筑混凝土過(guò)程中，應(yīng)仔細(xì)對(duì)比沉降情況，發(fā)現(xiàn)突變及時(shí)采取技術(shù)措施。

9)頂板澆筑混凝土后，必須等到混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且上一層頂板混凝土澆筑完成后方能拆除模板支撐體系和鋼結(jié)構(gòu)支座。但是在拆除前應(yīng)熟悉圖紙、考慮周全?？紤]支撐范圍內(nèi)的頂板和外墻是否有外裝飾，最好在有支撐情況下將外裝飾工程施工完畢，避免外裝飾時(shí)無(wú)操作面。

10)混凝土頂板上必須預(yù)留孔洞，作為手動(dòng)葫蘆或電動(dòng)葫蘆的吊點(diǎn)，用于鋼結(jié)構(gòu)拆卸和吊下。

4 專(zhuān)家論證

由于該方案危險(xiǎn)性大，在專(zhuān)家論證范圍內(nèi)，所以必須組織專(zhuān)家進(jìn)行論證，專(zhuān)家論證后按照論證意見(jiàn)進(jìn)行修改完善，報(bào)施工企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人和總監(jiān)理工程師審批后方準(zhǔn)嚴(yán)格按照專(zhuān)項(xiàng)方案施工。

在陽(yáng)曲縣轉(zhuǎn)型發(fā)展產(chǎn)業(yè)園區(qū)企業(yè)總部大樓工程中，經(jīng)過(guò)我們認(rèn)真研究，編制了高大模板支撐體系安拆方案，采用了鋼結(jié)構(gòu)支座作為模板支撐體的支座。經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證，具體運(yùn)用后，取得了很好的效果。節(jié)約了人工,減少了工程量，縮短了工期，降低了成本，采用的技術(shù)科學(xué)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。積累了施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

On design and construction of high-altitude steel structure in support system of high and large formwork

ZHAO Wei-guo

(ShanxiNo.2ArchitecturalEngineeringCompany,Taiyuan030013,China)

Based on the Enterprise Headquarters Building Project at Transitional Development Industrial Zone in Yangqu county, the paper researches the design scheme for the high-altitude steel structure composite structure as the high and large formwork support system, analyzes and calculates the stress circumstances of the high and large support system and steel structure, illustrates the detailed construction measures, and proves the scheme achieves better economic benefits.

steel structure, formwork, support system, calculation

1009-6825(2014)30-0121-02

2014-08-13

趙衛(wèi)國(guó)(1978- )，男，工程師

TU755.2

A