王慧文 黃 暉

常州第一建筑集團(tuán)有限公司 江蘇 常州 213002

1 工程概況

常州市文化廣場(chǎng)二期工程為常州市地標(biāo)性重點(diǎn)工程，總建筑面積490 000 m2，地上結(jié)構(gòu)由6棟外形相似的拱形單體建筑組成，每棟單體結(jié)構(gòu)形式均為混凝土核心筒結(jié)構(gòu)及外懸挑鋼結(jié)構(gòu)。根據(jù)每棟建筑功能的不同，在8#樓（書城）及9#樓美術(shù)館7層高空設(shè)置有中庭樓面，中庭樓面下部混凝土結(jié)構(gòu)位于地下1層，中庭樓面高度37.5 m。中庭部分樓面主梁為600 mm×900 mm（H600 mm×300 mm）鋼骨混凝土梁，十字形布置，跨度19.2 m，其間布置有600 mm×900 mm混凝土次梁，間距4.8 m，樓板板厚180 mm。

本工程中庭樓面高度37.5 m，樓面梁截面均為600 mm×900 mm，根據(jù)住建部的建質(zhì)[2009]87號(hào)文要求，本工程中庭樓面模板支撐體系為超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，需要對(duì)此專門編制專項(xiàng)安全施工方案，并組織專家對(duì)該高大模板支撐體系方案進(jìn)行論證。

2 方案選擇

針對(duì)本工程的特點(diǎn)，項(xiàng)目部組成專項(xiàng)小組，對(duì)該部分結(jié)構(gòu)施工方案進(jìn)行討論研究。經(jīng)過(guò)多次分析研究，并結(jié)合往年公司的施工經(jīng)驗(yàn)，初步選定2種施工方案[1-4]，其中之一為傳統(tǒng)的支撐架系統(tǒng)方案，另一種為在結(jié)構(gòu)層下方設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)作為上部結(jié)構(gòu)施工的支撐平臺(tái)，然后在此平臺(tái)上搭設(shè)支撐架。

2.1 傳統(tǒng)支撐架方案

傳統(tǒng)支撐架系統(tǒng)方案采用φ48 mm×3 mm鋼管，40 mm×90 mm木方，單扣件抗滑移承載力不小于8 kN、雙扣件不小于12 kN，頂托承載力不小于30 kN。

梁下支撐架立桿間距縱向≤800mm、橫向≤1600mm，4立桿（梁底2根承重立桿）；承重小橫桿間距同立桿縱距；牽杠步距≤1 800 mm；梁底木方按梁寬不同均勻豎放，間距為100 mm；梁側(cè)木方根據(jù)梁高板厚不同均勻豎放，間距為150 mm。板模架立桿間距800 mm×800 mm；牽杠步距≤1 800 mm。

支撐架在高度1/3、2/3附近樓層處分別設(shè)置加強(qiáng)層，1 800 mm步距高度范圍內(nèi)增設(shè)1道牽杠，此處3道牽杠步距900 mm，并且與相鄰結(jié)構(gòu)樓層可靠搭接。支撐架四周及縱橫間距10 m左右設(shè)置連續(xù)豎向剪刀撐，水平頂部、底部掃地桿處及3個(gè)加強(qiáng)層處均設(shè)置連續(xù)水平剪刀撐。

2.2 鋼平臺(tái)支撐方案

由于本工程中庭結(jié)構(gòu)在7層，故在6層位置設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)。經(jīng)過(guò)初步試算，鋼平臺(tái)主梁選用熱軋H型鋼，規(guī)格為HN400 mm×200 mm×8 mm×13 mm，間距2 400 mm，兩端通過(guò)在已經(jīng)完成的結(jié)構(gòu)平面上設(shè)置的預(yù)埋件與結(jié)構(gòu)平面可靠連接。主梁上部根據(jù)鋼管支撐架的立桿間距設(shè)置工字鋼（16#，間距900 mm）作為鋼管支撐架基礎(chǔ)。由于主梁跨度達(dá)19.2 m，故需要在7層及8層已完成梁側(cè)設(shè)置吊點(diǎn)，通過(guò)φ36 mm圓鋼與主鋼梁上設(shè)置的吊點(diǎn)連接（圖1）。

鋼平臺(tái)上部鋼管支撐架做法同傳統(tǒng)方案，故不再贅述。

2.3 方案比選

根據(jù)初步確定的鋼平臺(tái)方案，項(xiàng)目部專項(xiàng)小組深入分析討論2個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為鋼平臺(tái)方案在下述方面存在一定的優(yōu)勢(shì)[5-9]：

圖1 鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意

1）鋼平臺(tái)方案現(xiàn)場(chǎng)施工工期較短，由于鋼平臺(tái)相關(guān)構(gòu)件前期在加工廠進(jìn)行加工，待現(xiàn)場(chǎng)安裝條件成熟后直接運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)安裝即可，較傳統(tǒng)鋼管支撐架方案施工周期短。

2）鋼平臺(tái)方案安裝完成后，在平臺(tái)表面利用木模板封閉，形成密封操作面，作業(yè)人員在該作業(yè)面上進(jìn)行上部鋼管支撐架的搭設(shè)與結(jié)構(gòu)模板的安裝，作業(yè)人員的安全較傳統(tǒng)高大模板支撐架有保證。

3）鋼平臺(tái)方案構(gòu)件安裝簡(jiǎn)單，僅需將鋼平臺(tái)相關(guān)梁、拉桿等構(gòu)件與預(yù)先在相關(guān)混凝土構(gòu)件上的預(yù)埋件定位焊接，鋼管支撐架的定位則在地面上已經(jīng)通過(guò)次梁完成。

4）鋼平臺(tái)方案的經(jīng)濟(jì)性較傳統(tǒng)鋼管支撐架方案略有劣勢(shì)，但公司考慮為今后類似工程積累相關(guān)實(shí)際操作及理論經(jīng)驗(yàn)，決定采用鋼平臺(tái)方案。

3 鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)

項(xiàng)目部小組確定實(shí)施方案為鋼平臺(tái)支撐方案后，由技術(shù)人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并建立此處相關(guān)的三維模型（圖2），對(duì)鋼平臺(tái)進(jìn)行詳細(xì)的施工圖設(shè)計(jì)。

圖2 工程局部三維模型

3.1 結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)初步試算的結(jié)構(gòu)布置及支撐形式，對(duì)鋼平臺(tái)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)。

根據(jù)主樓7層中庭樓面及其下部鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)層的原設(shè)計(jì)情況，確定了本方案的主要結(jié)構(gòu)形式為：在主樓6層按照2 400 mm間距設(shè)置H型鋼主梁，規(guī)格為HN400 mm×200 mm×8 mm×13 mm，主梁與在澆筑完成的混凝土梁上設(shè)置的預(yù)埋件進(jìn)行焊接連接，由于主梁跨度為19.2 m，在兩端距離支座3.8、6.8 m處設(shè)置φ36 mm圓鋼拉桿，分別拉設(shè)在7層混凝土梁及8層混凝土梁側(cè)面，與預(yù)先設(shè)置的預(yù)埋件連接；主梁上部根據(jù)普通模板支撐架鋼管位置布置16a#工字鋼，間距根據(jù)支撐架立桿布置，與下部主梁焊接連接。

3.2 荷載

根據(jù)7層混凝土結(jié)構(gòu)具體布置，計(jì)算上部混凝土主梁在混凝土形成強(qiáng)度前的自重，按照線荷載分別加載在相應(yīng)的支撐區(qū)域（圖3）。

圖3 混凝土主梁線荷載

計(jì)算7層混凝土樓板、混凝土模板及相關(guān)支撐鋼管自重，按照平面均布荷載加載在整個(gè)區(qū)域次梁上；根據(jù)施工規(guī)范相關(guān)要求及實(shí)際機(jī)械工具使用情況計(jì)算活荷載，按照平面均布荷載加載在整個(gè)區(qū)域次梁上（圖4）。

圖4 恒載3（4.5 kN/m2）＋活載（5 kN/m2）

3.3 計(jì)算分析結(jié)果

項(xiàng)目利用3D3S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示：鋼結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比0.88，最大撓度1/447，最大位移21.13 mm。由此可知，驗(yàn)算結(jié)果滿足規(guī)范及施工相關(guān)要求。

4 整體結(jié)構(gòu)仿真分析與結(jié)構(gòu)加固

鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)相關(guān)構(gòu)件設(shè)計(jì)驗(yàn)算合格后，由于部分混凝土梁作為鋼平臺(tái)的支撐點(diǎn)，其受力情況較原設(shè)計(jì)有變化，需要對(duì)相關(guān)部分混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析，對(duì)必要的部分進(jìn)行加固處理。

利用有限元分析軟件MIDAS GEN建立相關(guān)的結(jié)構(gòu)模型，按照上述鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載加載并進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析（圖5～圖7）。

圖5 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖6 結(jié)構(gòu)位移云圖

圖7 鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)支撐側(cè)梁彎矩

根據(jù)上述分析后的結(jié)果可看出，整體結(jié)構(gòu)最大位移40.96 mm，混凝土梁跨中最大彎矩為887.6 kN·m，支座端負(fù)彎矩為－1 424.2 kN·m。而此處混凝土結(jié)構(gòu)為：梁截面600 mm×700 mm，支座處配筋8φ28 mm（HRB400，4/4），跨中配筋6φ28 mm（HRB400，2/4），混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35。

經(jīng)計(jì)算，原混凝土結(jié)構(gòu)梁承載力不足，需要對(duì)其進(jìn)行加固處理。本次需要加固的混凝土梁兩端支承結(jié)構(gòu)為鋼骨混凝土柱，若采取增加鋼筋的方式進(jìn)行加固處理，會(huì)造成節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋過(guò)于密集，影響此處混凝土澆筑的施工質(zhì)量，故而采取在梁下部增加支撐的形式對(duì)承載力不足的混凝土梁進(jìn)行加固處理。在4～6層、6～8層鋼平臺(tái)主梁支座及吊桿處的混凝土梁上設(shè)置支撐，支撐桿截面為φ245 mm×10 mm鋼管，與混凝土梁上、下表面相應(yīng)位置處設(shè)置的預(yù)埋件焊接（圖8、圖9）。

再次對(duì)加固后的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后可看出，混凝土梁跨中最大彎矩為416 kN·m，支座端負(fù)彎矩為－848 kN·m。加固后整體結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

圖8 混凝土結(jié)構(gòu)加固簡(jiǎn)圖

圖9 加固后支撐側(cè)梁彎矩

常州市文化廣場(chǎng)二期工程主樓7層中庭混凝土樓面采用鋼平臺(tái)及鋼管支撐架組合形式的模板支撐方案，大大降低了傳統(tǒng)鋼管支撐架的搭設(shè)高度，將原來(lái)的工人作業(yè)點(diǎn)高度由原來(lái)的37.5 m降低為4.8 m，大大降低了工人操作的危險(xiǎn)性。利用有限元軟件對(duì)相關(guān)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，找出結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行加固處理，使得結(jié)構(gòu)在正常安全的環(huán)境下運(yùn)行。通過(guò)對(duì)該方案實(shí)施過(guò)程中的監(jiān)測(cè)，本結(jié)構(gòu)相關(guān)構(gòu)件均在可控范圍內(nèi)運(yùn)行，未有超出設(shè)計(jì)階段計(jì)算結(jié)果的位移。