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某汽車研發(fā)中心工程高支模施工技術(shù)

艾重其（安徽省第一建筑工程有限公司，安徽合肥230031）

文章針對框架結(jié)構(gòu)工程施工中，經(jīng)常遇到梁截面大、跨度大、層高高等形式的高支模施工，結(jié)合工程案例，就高支模施工中梁側(cè)模、梁板鋼管支撐系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)、驗(yàn)算、構(gòu)造要求、安全要求等作了詳細(xì)介紹，對類似工程施工具有一定的參考價(jià)值。

高支模；模板設(shè)計(jì)；驗(yàn)算；安全

1　工程概況

安凱新能源汽車研發(fā)中心工程，位于合肥市包河區(qū)花園大道與天津路交口，鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，主樓地上9層，輔樓地上4層，建筑高度43.20m，包括辦公區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)，總建筑面積28360m2，實(shí)驗(yàn)區(qū)為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，梁板柱混凝土強(qiáng)度等級均為C35。由于使用功能的要求，實(shí)驗(yàn)區(qū)一層①～⑤軸NVH（噪聲、振動、聲振粗糙度）實(shí)驗(yàn)室層高達(dá)12.3m（實(shí)際模板施工層高12.9m），跨度17m，框架主梁截面400mm× 1800mm，該部分模板工程屬于高大模板支撐系統(tǒng)，本文僅對框架主梁模板系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及驗(yàn)算。

2　梁模板設(shè)計(jì)

2.1梁側(cè)模

面板為15厚膠合板，內(nèi)龍骨為間距250mm的50×80mm木方，外龍骨則采用雙鋼管Φ48mm× 3.0mm，并在斷面內(nèi)設(shè)置3道Φ12mm的對拉螺栓，跨度方向間距500mm。

2.2鋼管支撐系統(tǒng)

模板支架采用Φ48mm×3.0mm鋼管支撐系統(tǒng)，內(nèi)龍骨采用50×80mm木方，間距250mm，梁底支撐龍骨長度0.90m。頂托采用Φ48×3.0雙鋼管，立桿的縱距（跨度方向）不大于800，步距h=1.50m。

3　模梁板設(shè)計(jì)參數(shù)驗(yàn)算

3.1梁側(cè)模板設(shè)計(jì)驗(yàn)算

3.1.1梁側(cè)模組裝設(shè)計(jì)圖（見圖1）

圖1　梁側(cè)模組裝設(shè)計(jì)圖

3.1.2梁側(cè)模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

①新澆混凝土側(cè)壓力F

其中：γc=24.000kN/m3；t為新澆混凝土的初凝時(shí)間，當(dāng)為0時(shí)（表示無資料）取200/（T+15），取4h；T為取35.0℃；V取0.500m/h；H取1.500m；β1取1.200；β2取1.150。

計(jì)算采用兩者較小值，得新澆混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值F1=20.61kN/m2。

②強(qiáng)度驗(yàn)算按相關(guān)規(guī)范要求取新澆混凝土側(cè)壓力、傾倒混凝土?xí)r的荷載設(shè)計(jì)值，撓度驗(yàn)算則取新澆混凝土側(cè)壓力荷載標(biāo)準(zhǔn)值?？紤]結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)0.9，因此新澆混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值 F1=0.9× 20.61=18.549kN/m2；倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值F2=0.9×4.000=3.600kN/m2。

3.1.3梁側(cè)模面板計(jì)算

面板計(jì)算寬度取1.68m，按照連續(xù)梁計(jì)算，為受彎結(jié)構(gòu)，驗(yàn)算其抗彎強(qiáng)度和剛度。

荷載計(jì)算值 q=1.2×18.549×1.680+1.40× 3.600×1.680=45.862kN/m

面板的截面慣性矩I=47.25cm4，截面抵抗矩W=63.00cm3，計(jì)算簡圖如下。

變形計(jì)算采用靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，受力圖如下。

經(jīng)計(jì)算，從左到右各支座力分別為N1=4.586kN、N2=12.612kN、N3=12.612kN、N4=4.586kN，最大彎矩M=0.286kN·m，最大變形V=0.291mm。

①抗彎強(qiáng)度計(jì)算：f=M/W=0.286×1000×1000/63000 =4.540N/mm2＜［f］=15.00N/mm2，滿足要求。

②抗剪計(jì)算：T=3Q/2bh=3×6879/（2×1680×15）=0.409N/mm2＜［T］=1.40N/mm2，滿足要求。

③撓度計(jì)算：面板最大撓度計(jì)算值v=0.291mm＜250.0/250，滿足要求！

3.1.4梁側(cè)模內(nèi)龍骨計(jì)算

內(nèi)龍骨按照均布荷載多跨連續(xù)梁計(jì)算。

撓度計(jì)算荷載標(biāo)準(zhǔn)值q=0.25×18.55=4.637kN/m，內(nèi)龍骨計(jì)算簡圖如下。

經(jīng)計(jì)算：最大彎矩M=0.371kN·m，最大支座F=4.601kN，最大變形V=0.334mm

內(nèi)龍骨W=53.33cm3，I=213.33cm4

①內(nèi)龍骨抗彎強(qiáng)度計(jì)算

抗彎計(jì)算強(qiáng)度f=0.371×106/53333.3=6.96N/mm2＜15.0N/mm2，滿足要求！

②內(nèi)龍骨抗剪計(jì)算

T=3Q/2bh=3×2349/（2×50×80）=0.881N/mm2＜［T］=1.30N/mm2，滿足要求！

③內(nèi)龍骨撓度計(jì)算：最大變形v=0.334mm＜450.0/250，滿足要求！

3.1.5梁側(cè)模外龍骨計(jì)算

外龍骨承受內(nèi)龍骨傳遞的荷載，按照集中荷載下連續(xù)梁計(jì)算，集中荷載P取橫向支撐鋼管傳遞力計(jì)算簡圖如下。

經(jīng)計(jì)算得最大彎矩Mmax=0.402kN·m，最大變形vmax=0.102mm，最大支座力Qmax=9.893kN。

抗彎計(jì)算強(qiáng)度f=0.402×106/8982.0=44.76N/mm2，小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，最大撓度小于500.0/150與10mm，滿足要求！

3.1.6對拉螺栓的計(jì)算

N=9.893kN＜［N］=fA=12.920kN，滿足要求！

3.2梁模板扣件鋼管支撐架設(shè)計(jì)驗(yàn)算

3.2.1梁鋼管支撐架組裝設(shè)計(jì)圖（見圖2）

圖2　梁鋼管支撐架組裝設(shè)計(jì)圖

3.2.2模板面板計(jì)算

面板為受彎結(jié)構(gòu)，按照多跨連續(xù)梁受力驗(yàn)算其抗彎強(qiáng)度和剛度。

作用荷載包括梁與模板自重荷載，施工活荷載等，荷載計(jì)算如下。

鋼筋混凝土梁自重：

q1=0.9×（25.500×1.800×0.400+0.500×0.400）=16.704kN/m

模板的自重線荷載：

q2=0.9×（2.000+0.000）×0.400=0.720kN/m

面板的截面慣性矩I=11.25cm4，截面抵抗矩W=15.00cm3。

①抗彎強(qiáng)度計(jì)算

M=0.100ql2=0.100×（1.35×16.704+0.98×0.720）×0.250×0.250=0.145kN·m

則：面板抗彎強(qiáng)度f=M/W=0.145×1000×1000/ 15000=9.690N/mm2＜［f］=15.00N/mm2，滿足要求！

②抗剪計(jì)算

最大剪力Q=0.600×（1.35×16.704+0.98×0.720）×0.250=3.488kN

則：截面抗剪強(qiáng)度T=3Q/2bh=3×3488.0/（2× 400.000×15.000）=0.872N/mm2＜［T］=1.40N/mm2，滿足要求！

③撓度計(jì)算

面板最大撓度計(jì)算值v=0.677ql4/100EI=0.677×16.704× 2504/（100×6000×112500）=0.654mm＜［v］=l/250，滿足要求！

3.2.3梁底支撐木方的計(jì)算

①荷載計(jì)算

鋼筋混凝土梁自重：q1=25.500×1.800×0.250=11.475kN/m

模板自重線荷載：q2=0.500×0.250×（2×1.800+0.400）/0.400=1.250kN/m

活荷載為傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：P1=2.000× 0.400×0.250=0.200kN

考慮0.9的結(jié)構(gòu)重要系數(shù)，則：均布荷載q=0.9×（1.35×11.475+1.35×1.250）=15.461kN/m；集中荷載P=0.9×0.98×0.200=0.176kN。

龍骨計(jì)算簡圖如下。

龍骨計(jì)算簡圖

經(jīng)計(jì)算，從左到右各支座力分別為N1=-0.202kN、N2=3.383kN、N3=3.383kN、N4=-0.202kN，最大彎矩M= 0.107kN·m，最大支座F=3.383kN，最大變形V=0.032mm。

木方的截面力學(xué)參數(shù)為W=53.33cm3，I=213.33cm4。

②龍骨抗彎強(qiáng)度計(jì)算

f=M/W=0.107×106/53333.3=2.01N/mm2＜15.0N/mm2，滿足要求！

③龍骨抗剪計(jì)算

T=3Q/2bh=3×2.407/（2×50×80）=0.903N/mm2＜［T］=1.30N/mm2，滿足要求！

④龍骨撓度計(jì)算

最大變形V=0.032mm＜300.0/250，滿足要求！

3.2.4梁底頂托梁計(jì)算

托梁按集中與均布荷載下多跨連續(xù)梁計(jì)算，其中均布荷載取托梁自重q=0.090kN/m。托梁計(jì)算簡圖如下。

經(jīng)計(jì)算得：最大彎矩M=0.837kN·m，最大支座F=11.935kN，最大變形V=0.697mm。

頂托梁的截面力學(xué)參數(shù)：W=8.98cm3，I=21.56cm4。

①頂托梁抗彎強(qiáng)度計(jì)算

f=M/W=0.837×106/1.05/8982.0=88.75N/mm2＜［f］=205.0N/mm2，滿足要求！

②頂托梁撓度計(jì)算

最大變形V=0.697mm＜800.0/400，滿足要求！

3.2.5立桿的穩(wěn)定性計(jì)算（考慮風(fēng)荷載）

考慮風(fēng)荷載時(shí)立桿的穩(wěn)定性計(jì)算公式為：

風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的立桿段彎矩按下列公式計(jì)算：

MW=0.9×0.9×1.4Wklah2/10

其中：Wk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 （kN/m2），Wk=uz×us× w0=0.250×1.000×0.126=0.032kN/m2；h為立桿的步距，取1.50m；la為立桿迎風(fēng)面的間距，取0.90m；lb為與迎風(fēng)面垂直方向的立桿間距，取0.80m。

風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩Mw=0.9×0.9×1.4×0.032× 0.900×1.500×1.500/10=0.007kN·m。

Nw為考慮風(fēng)荷載時(shí)立桿的軸心壓力最大值，參照模板規(guī)范公式得Nw=11.935+0.9×1.2×1.344+0.9× 0.9×1.4×0.007/0.800=13.578kN。

經(jīng)計(jì)算：σ=13578/（0.458×424）+7000/4491= 71.548N/mm2＜［f］，滿足要求！

4　支撐系統(tǒng)搭設(shè)要求

①所用鋼管和扣件必須為合格產(chǎn)品，木方及膠板符合方案設(shè)計(jì)要求。

②立桿搭設(shè)：一層高支模區(qū)域回填土嚴(yán)格按回填土施工方案，分層夯實(shí)，120厚碎石墊層，澆筑100 mm厚C15混凝土，施工前應(yīng)先將立桿位置現(xiàn)場彈線控制，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸搭設(shè)，確保位置準(zhǔn)確、齊整；立桿連接采用對接，嚴(yán)禁搭接，相鄰接頭不得在同步內(nèi)，且對接接頭沿豎向錯(cuò)開的距離不宜小于500mm，各接頭中心距主節(jié)點(diǎn)不宜大于步距的1/3，立桿下墊通長14#槽鋼。

③立桿底距地面200mm處，沿縱橫水平方向應(yīng)按縱下橫上設(shè)掃地桿，每一步距處縱橫向應(yīng)各設(shè)一道水平拉桿，并應(yīng)在最頂步距兩水平拉桿中間加設(shè)一道水平拉桿，所有水平拉桿的端部均與四周建筑物頂緊頂牢，掃地桿與水平拉桿應(yīng)采用對接。

④剪刀撐設(shè)置：滿堂模板支架立柱，在外側(cè)周圈應(yīng)設(shè)由下至上的豎向連續(xù)式剪刀撐，在中間縱橫向每隔10m左右設(shè)由下至上的豎向連續(xù)式剪刀撐，其寬度為4.8m，并在剪刀撐部位的頂部、掃地桿處設(shè)置水平剪刀撐。剪刀撐的底端應(yīng)與地面頂緊，與水平夾角為45～60度。同時(shí)還應(yīng)在縱橫向相鄰的兩豎向連續(xù)式剪刀撐之間增加“之”字斜撐，在有水平剪刀撐的部位，應(yīng)在每個(gè)剪刀撐中間處增加一道水平剪刀撐。

⑤施工中，應(yīng)在柱周圈外側(cè)和中間有結(jié)構(gòu)柱的部位，沿柱豎向間距3m與結(jié)構(gòu)柱設(shè)置一個(gè)固結(jié)點(diǎn)。

⑥扣件的擰緊力矩確保達(dá)到40N·m～65N·m。

5　安全與環(huán)保措施

①施工中認(rèn)真執(zhí)行安全操作規(guī)程，嚴(yán)禁違章。

②作業(yè)前必須進(jìn)行安全技術(shù)交底。

③模板支架在第三步架處設(shè)水平防護(hù)層，做法：加設(shè)水平橫桿，滿鋪竹笆。

④拆摸應(yīng)執(zhí)行拆摸令制度，拆摸時(shí)，應(yīng)按順序分段進(jìn)行。

⑤模板加工垃圾及時(shí)清理，做到工完場清，現(xiàn)場整齊有序、低噪聲、低揚(yáng)塵、低能耗的整體效果。

⑥模板支撐系統(tǒng)應(yīng)在搭設(shè)完成后，應(yīng)組織驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)入后續(xù)工序的施工。

⑦混凝土澆筑要求：

a.混凝土應(yīng)先澆柱，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后，方可澆筑梁板混凝土；

b.混凝土澆筑時(shí)，施工人員不得過多，也不得將施工機(jī)械、材料等堆放在支架處，必須將活荷載控制在2.5kN/㎡以內(nèi)，同時(shí)不得將混凝土集中堆放在模板支架處，也不得直接沖擊到框架梁模板上；

c.混凝土采用汽車泵從兩邊向中間對稱澆筑，嚴(yán)格控制混凝土的澆筑速度，對大梁等豎向結(jié)構(gòu)不應(yīng)超過0.5m/h。

⑧模板安裝和澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)對模板及其支架進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)生異常情況時(shí)，應(yīng)按施工應(yīng)急方案及時(shí)進(jìn)行處理。

6　結(jié)語

框架結(jié)構(gòu)高支模支撐系統(tǒng)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際認(rèn)真編制施工方案，對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行多方面驗(yàn)算，并按要求進(jìn)行專家論證，施工時(shí)嚴(yán)格按照方案搭設(shè)、驗(yàn)收。該工程高支模支撐系統(tǒng)施工十分順利，模板拆除后未發(fā)現(xiàn)梁脹模、下?lián)犀F(xiàn)象，結(jié)構(gòu)混凝土成型、觀感好，高支模設(shè)計(jì)及施工非常成功，主體結(jié)構(gòu)工程獲得了2013年度合肥市結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)工程，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，對類似工程施工具有一定的參考價(jià)值。

［1］GB50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［2］GB50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］JGJ162-2008，建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］JGJ130-2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范［S］.

TU755.2+2

B

1007-7359（2016）04-0063-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.023

艾重其（1967-），男，江蘇武進(jìn)人，畢業(yè)于安徽建筑大學(xué)，工程師，國家注冊二級建造師。