吳小建 李鑫奎 王 瓊

1.上海建工集團工程研究總院 上海 201114；2.上海建工集團股份有限公司總承包部 上海 200080

當(dāng)前，我國處于交通市政設(shè)施快速發(fā)展的階段，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程比重日漸增長，建筑模板是必不可少的施工材料和重要機具。建筑模板技術(shù)涉及資源和能源的消耗、影響環(huán)境保護，對工程質(zhì)量、造價和效益有直接作用[1]。據(jù)統(tǒng)計，模板工程約占鋼筋混凝土總造價的25%、勞動量的35%、工期的50%～60%，由此可見，我國模板制作及施工的勞動量占工程成本的比例很大，其費用也很高。因此，需在“資源節(jié)約，環(huán)境友好，綠色低碳”的建設(shè)理念指導(dǎo)下尋求結(jié)構(gòu)先進、經(jīng)濟合理的建筑模板綠色工程技術(shù)，以符合低碳節(jié)能減排和綠色施工技術(shù)的要求。

1 工程概況

上海北橫通道隧道段（海寧路）施工現(xiàn)場周邊既有商業(yè)建筑，又有舊式里弄民居，環(huán)境復(fù)雜，結(jié)構(gòu)邊線距離周邊建筑近，可用的施工場地較小，地下通道截面寬度8.9～11.4 m，大部分寬度為10.9 m，截面內(nèi)格構(gòu)柱數(shù)量及位置不斷變化，平縱曲線較為復(fù)雜，平面曲線最小半徑R=500 m、縱曲線半徑1 200 m（圖1）。

圖1 北橫通道隧道段（海寧路）示意

此外，地下通道支撐縱向最小間距為3 m，工程施工中還需要考慮移動模架拆卸后便于吊入吊出的要求（單元寬度＜3 m），格構(gòu)柱間距6 m，模架單元尺寸需要考慮模數(shù)（寬度2～3 m）配置（圖2）。

基于上述原因，常規(guī)滿堂腳手架已不能滿足現(xiàn)場便捷施工的要求。為確保中心城區(qū)綠色循環(huán)施工，本工程研發(fā)了裝配式鋼模體系，可實現(xiàn)模板多次循環(huán)利用、便捷施工、文明環(huán)保的要求，較好地保證工程質(zhì)量與效益[2-5]。

圖2 支撐縱向間距

2 裝配式鋼模板體系設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

1）考慮模板體系對不同格構(gòu)柱間距及通道曲率和高程變化的適應(yīng)性，裝配式模板體系應(yīng)采用標(biāo)準化、單元化、工具化的設(shè)計原則，提高裝配式模板的周轉(zhuǎn)使用次數(shù)。

2）在滿足施工要求和質(zhì)量的前提下，應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝、拆除，以利于提高施工效率和經(jīng)濟效益。

3）模板的組合，要便于劃分施工流水段，以利于加強結(jié)構(gòu)的整體性。

4）模板單元的設(shè)計要確保模板堆放、組裝、拆除時的自身穩(wěn)定，以增加其周轉(zhuǎn)使用次數(shù)。

5）模板設(shè)計必須充分考慮各種荷載組合情況，防止整體和局部失穩(wěn)。

2.2 裝配式鋼模板體系結(jié)構(gòu)

裝配式鋼模板體系（圖3、圖4）主要包含[6-8]：

圖3 裝配式鋼模板體系結(jié)構(gòu)示意

1）面板：厚8 mm鋼板，高3 100 mm，寬2 500 mm。

2）圍檁：8#槽鋼，11根，間距310 mm。

3）立管：120 mm×80 mm×6 mm矩形鋼管，3根。

4）三角架體系：分別采用6#、8#、10#槽鋼。

5）下拉結(jié)鋼筋：φ25 mm，兩側(cè)10#槽鋼，承壓板厚8 mm。

6）操作平臺：50 mm×3 mm方鋼。

圖4 裝配式鋼模板體系應(yīng)用效果

7）配重區(qū)：支擋鋼筋φ20 mm，250 mm×200 mm×12 mm加強肋板、150 mm×150 mm×12 mm加強肋板、63 mm×5 mm角鋼，懸挑2塊總配重（0.525 t）。

8）端模：采用25 mm角鋼、厚5 mm鋼封面板、63 mm×40 mm×4 mm角鋼組合而成。

裝配式鋼模板體系的優(yōu)點主要如下：

1）體系輕小、便捷，單元尺寸3.1 m×2.5 m。

2）采用輕量化、標(biāo)準化設(shè)計（側(cè)模質(zhì)量約1.7 t）。

3）鋼大模與調(diào)節(jié)架固定。

4）模板縱向采用螺栓連接。

5）行走系統(tǒng)采用萬向輪，行動方便。

6）通過模架傾斜，保證行走穩(wěn)定。

7）端模封堵性能好、穩(wěn)定防漏漿、便于拆卸。

3 裝配式鋼模板體系穩(wěn)定性驗算

為了確保移動式模架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受力安全、可靠，特采用有限元分析方法對裝配式模板單元體系的受力進行驗算。

3.1 荷載選取

根據(jù)JTG/JF 50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》進行荷載組合，考慮振動荷載4 kPa，傾倒混凝土所產(chǎn)生的水平動力荷載2 kPa，并參照JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》得到有效壓頭高度1.44 m，模板所受水平荷載組合值從5.88 kPa線性遞增至54.62 kPa（圖5）。

圖5 混凝土澆筑水平荷載組合示意

3.2 有限元建模

基于彈性變形假設(shè)，采用Midas軟件對側(cè)模支撐結(jié)構(gòu)體系進行建模（圖6）?？紤]側(cè)模自重和混凝土澆筑產(chǎn)生的側(cè)向壓力荷載作用，分析側(cè)模支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化與變形情況。

圖6 裝配式鋼模板單元模型

3.3 裝配式鋼模板體系穩(wěn)定性分析

在考慮側(cè)模自重和混凝土澆筑產(chǎn)生的側(cè)向壓力荷載作用下，對側(cè)模面板應(yīng)力變化與變形、支座反力情況進行了分析。

由鋼面板體系受力驗算結(jié)果（圖7）可知：厚8 mm鋼板側(cè)模的最大變形發(fā)生在澆筑有效高度約1.5 m處，鋼面板體系最大變形為1.305 mm，滿足變形要求；鋼面板最大拉應(yīng)力為7.26 MPa；圍檁槽鋼的最大拉應(yīng)力為12.48 MPa，最大壓應(yīng)力為7.33 MPa，滿足應(yīng)力要求。

圖7 鋼面板體系受力驗算結(jié)果

由支撐體系受力驗算結(jié)果（圖8）可知：鋼支撐體系最大的變形為1.305 mm，滿足變形要求；鋼支撐的最大拉應(yīng)力為167.40 MPa，最大壓應(yīng)力為72.06 MPa，滿足應(yīng)力要求。

由支座反力驗算結(jié)果（圖9）可知：鋼支撐的最大支座反力出現(xiàn)在中間三角主鋼架的端角處，最大值Fxmax=82.6 kN；Fymax=0 N；Fzmax=82.1 kN；Fxyzmax=116.5 kN。

圖8 支撐體系受力驗算結(jié)果

圖9 支座反力驗算結(jié)果

4 結(jié)語

本文根據(jù)上海北橫通道隧道段（海寧路）施工現(xiàn)場條件錯綜復(fù)雜、施工空間較小、平縱曲線復(fù)雜的特點，基于綠色循環(huán)施工的理念，以標(biāo)準化、工具化、單元化為基本設(shè)計原則，形成了適宜于長距離地下通道側(cè)墻結(jié)構(gòu)施工的裝配式鋼模板體系，有限元分析結(jié)果表明：該結(jié)構(gòu)體系能夠滿足施工要求。