鄧小兵 劉 洪 余大章

(中建四局貴州投資建設(shè)有限公司城建分公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 目的

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人民生活的不斷提高，大批具有特殊功能的公共建筑也不斷出現(xiàn)在人民的生活中，這些建筑大多存在單層建筑高度高、局部空間大、承載荷載的結(jié)構(gòu)的截面尺寸大的特點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)通常為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，為保證現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的施工，傳統(tǒng)施工方式采用鋼管扣件式腳手架作為支模體系，但在施工過(guò)程中，鋼管搭設(shè)時(shí)間長(zhǎng)、桿件連接質(zhì)量無(wú)法保證、加密區(qū)工人無(wú)法操作、架體拆除難度大,運(yùn)輸不便，導(dǎo)致最終的施工成本非常高。

長(zhǎng)期以來(lái)，因扣件式鋼管支撐架搭設(shè)靈活方便、通用性強(qiáng)、架體承載相對(duì)較大，被廣泛應(yīng)用于各種施工場(chǎng)合，但是，在超高超限超長(zhǎng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中采用扣件式支撐架搭設(shè)過(guò)密，搭設(shè)工期長(zhǎng)、質(zhì)量檢查及驗(yàn)收存在較大盲點(diǎn)，架體拆除時(shí)需要人工傳遞，耗時(shí)更耗財(cái)力，而且，基于市場(chǎng)上的租賃情況，周轉(zhuǎn)材料經(jīng)過(guò)多次周轉(zhuǎn)后，銹蝕后自身質(zhì)量無(wú)法保證，零件不合格品占有率高、工作效率低等缺點(diǎn)，更給施工帶來(lái)了巨大的安全隱患。

針對(duì)具有特殊功能的單層建筑高度高、局部空間大、承載荷載結(jié)構(gòu)的截面尺寸大的公共建筑，采用傳統(tǒng)型的支撐體系已不能滿足經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，尋求新型支撐體系替代傳統(tǒng)支撐體系是必然。

2 鋼托架支模體系施工方法

2.1 工程概況

漁安·安井溫泉旅游城“未來(lái)方舟”F5組團(tuán)規(guī)劃總用地面積：30 864.75 m2，總建筑面積：78 402 m2，其中地上建筑面積：48 671 m2，地下建筑面積：29 731 m2，地上6層(最高)，地下3層，建筑高度32.25 m。

漁安安井溫泉旅游城“未來(lái)方舟”F5組團(tuán)，位于貴陽(yáng)市云巖區(qū)漁安安井片區(qū)，是由中天城投集團(tuán)開(kāi)發(fā)的“中天未來(lái)方舟”的四大門(mén)戶項(xiàng)目之一。項(xiàng)目包括歌劇院、戲劇場(chǎng)、貴賓小劇場(chǎng)、地下停車場(chǎng)、商業(yè)及附屬配套用房等，整體設(shè)計(jì)精細(xì)，個(gè)性鮮明獨(dú)特，建成后將成為融合文化交流、人文藝術(shù)為一體的大型標(biāo)志性形象公共建筑，效果圖如圖1所示。

歌劇院、影劇院一次支模高度達(dá)46.8 m，梁最大跨度24 m，最大梁集中線荷載29.28 kN/m，為保證劇院46.8 m高大模板工程安全施工，采用鋼托支模架作為此超高、超長(zhǎng)、超限模板施工支模體系，適用于單層建筑高度高、局部空間大、承載較大荷載的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)澆混凝土建筑。

鋼托架支模體系施工方案設(shè)計(jì)概況：

鋼柱水平間距3.65 m，豎向間距5.6 m，水平立桿步距為6 m，鋼柱與混凝土底板的連接采用M20(5.8級(jí))化學(xué)錨栓連接(見(jiàn)圖2)。

鋼柱與鋼柱連接做法：上下鋼柱分別與外環(huán)板焊接，上下外環(huán)板對(duì)接，用高強(qiáng)螺栓固定(見(jiàn)圖3)。

水平桿、水平斜桿與鋼柱連接做法：在鋼柱水平桿設(shè)置處焊接外環(huán)板，外環(huán)板之間焊接連接板，水平桿、水平斜桿上連接板與外環(huán)板之間的連接板用高強(qiáng)螺栓固定(見(jiàn)圖4)。

鋼柱頂部焊接連接板，主梁放置在鋼柱上后，與連接板焊接(見(jiàn)圖5)。

主梁兩端與剪力墻上預(yù)埋件通過(guò)連接板用高強(qiáng)螺栓固定；次梁放置在主梁上，焊接固定，次梁兩端與剪力墻做法同主梁(見(jiàn)圖6)。

2.2 施工特點(diǎn)及技術(shù)原理

1)在超高超長(zhǎng)超限混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工中，采用傳統(tǒng)鋼管扣件式腳手架作為支模體系，鋼管壁厚不均勻，抗壓、抗彎強(qiáng)度不足，鋼管腳手架超高搭設(shè)穩(wěn)定性不足，施工危險(xiǎn)性極大，易引發(fā)坍塌事故，造成嚴(yán)重后果，為保證歌劇院46.8 m高大模板工程安全施工，采用鋼托架作為此超高、超長(zhǎng)、超限模板施工支模體系，通過(guò)Tekla有限元進(jìn)行計(jì)算，合理優(yōu)化鋼托架立桿間距、水平步距并處理好復(fù)雜受力情況下鋼結(jié)構(gòu)變形及支撐受力問(wèn)題。

2)所有桿件均可在加工廠加工，保證了各桿件的焊接質(zhì)量和精度，各桿件之間采用螺栓連接，減少了施工過(guò)程的焊接操作，施工安全得到了保障，通過(guò)Tekla有限元計(jì)算，優(yōu)化鋼柱立桿橫距、縱距、水平桿步距，核心區(qū)域增加斜腹桿，形成中部核心筒結(jié)構(gòu)，有效減少了材料使用量。

3)施工過(guò)程中采用徠卡全站儀自動(dòng)掃描測(cè)量功能，針對(duì)鋼托架立、垂直度進(jìn)行多點(diǎn)短周期性監(jiān)測(cè)，配合螺栓孔連接的唯一性，確保施工過(guò)程鋼托架所有立桿的垂直度，保證垂直受力。

4)鋼托架支模體系型鋼支撐平臺(tái)，主次梁連接采用8.8級(jí)高強(qiáng)螺栓，連接位置主次梁焊加勁板。

5)鋼托架支模體系立柱的頂部采用H型鋼，型號(hào)為HN500×200×10×16,主梁與立柱頂部鋼板采用角焊。

2.3 總體施工流程

所有鋼柱分節(jié)，采用整根吊裝，鋼柱安裝后立即進(jìn)行校正，在確保垂直度及水平誤差在規(guī)范范圍內(nèi)后進(jìn)行腹桿及斜拉桿的安裝；當(dāng)一個(gè)單元的鋼結(jié)構(gòu)安裝完成且校正后進(jìn)行二次鋼柱連接，連接完成后立即進(jìn)行垂直度調(diào)整，滿足要求后進(jìn)行腹桿及拉桿的安裝，依次安裝剩余支架，達(dá)到安裝高度后再安裝型鋼梁(見(jiàn)圖7，圖8)。

2.4 鋼托支模體系關(guān)鍵技術(shù)

1)超高超限超長(zhǎng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)鋼托架支模體系施工技術(shù)。

鋼管立柱采用圓形鋼管，底部掃地桿、中間水平桿、頂部水平桿均采用圓形鋼管，圓管與耳板采用螺栓連接。立柱的頂部采用H型鋼焊接連接，梁底支撐采用16號(hào)雙拼工字鋼作為支撐體系，工字鋼順梁長(zhǎng)度方向，工字鋼在梁中間起拱，起拱高度為36 mm。板底支撐體系采用普通扣件式鋼管腳手架。

2)高強(qiáng)螺栓連接技術(shù)。

高強(qiáng)螺栓分三次擰緊，第一次初擰按終擰扭矩值的50%擰緊，第二次復(fù)擰按初擰扭矩值擰緊，第三次終擰到100%扭矩值。裝配和緊固接頭時(shí)，應(yīng)從安裝好的一端或剛性端向自由端進(jìn)行；高強(qiáng)螺栓的初擰和終擰，都要按照緊固順序進(jìn)行，從螺栓群中央開(kāi)始，依次由里向外、由中間向兩邊對(duì)稱進(jìn)行，逐個(gè)擰緊(見(jiàn)圖9，圖10)。

3)Tekla有限元計(jì)算技術(shù)。

Tekla有限元計(jì)算技術(shù)通過(guò)先創(chuàng)建三維模型以后自動(dòng)生成鋼結(jié)構(gòu)詳圖和各種報(bào)表來(lái)達(dá)到方便視圖的功能，由于圖紙與報(bào)表均以模型為準(zhǔn)，而在三維模型中操縱者很容易發(fā)現(xiàn)構(gòu)件之間連接有無(wú)錯(cuò)誤，所以它保證了鋼結(jié)構(gòu)詳圖深化設(shè)計(jì)中構(gòu)件之間的正確性，優(yōu)化鋼柱立桿橫距3.65 m，縱距5.6 m，水平桿步距為6 m，核心區(qū)域增加斜腹桿，形成中部核心筒結(jié)構(gòu)，有效減少了材料使用量，同時(shí)進(jìn)行加載驗(yàn)算，確保施工安全。

2.5 鋼托架支模體系施工

2.5.1支撐架架體基礎(chǔ)概況

4區(qū)鋼胎架直接落在-3層底板結(jié)構(gòu)上，底板厚度2.0 m，立桿底板采用后植埋件，地下室穿樓層部分桿件采取開(kāi)洞或者預(yù)留洞口進(jìn)行處理。

5區(qū)鋼胎架直接落在-2層底板結(jié)構(gòu)上，底板厚度1.5 m，立桿底板采用后植埋件，大樣詳附圖，地下室穿樓層部分桿件采取開(kāi)洞或者預(yù)留洞口進(jìn)行處理。

歌劇院架體從-3層底板開(kāi)始搭設(shè)，總高度46.8 m，為最高架體搭設(shè)區(qū)域。

影劇院架體從-2層底板開(kāi)始搭設(shè)，總高度42.3 m，為較高架體搭設(shè)區(qū)域。

2.5.2鋼托架安裝與拆除方法

鋼結(jié)構(gòu)安裝采用高強(qiáng)螺栓連接工藝。立桿采用螺栓連接，水平桿采用φ140×4.5圓管+耳板與螺栓連接，斜桿采用φ140×4.5圓管+焊板與立柱耳板螺栓連接。

2.5.3支模高度不小于8 m區(qū)域

支模高度不小于8 m區(qū)域見(jiàn)表1。

表1 支模高度不小于8 m區(qū)域

2.5.4搭設(shè)跨度不小于18 m區(qū)域

搭設(shè)跨度不小于18 m區(qū)域見(jiàn)表2。

表2 搭設(shè)跨度不小于18 m區(qū)域

2.5.5集中線荷載不小于20 kN/m梁構(gòu)件

集中線荷載不小于20 kN/m梁構(gòu)件見(jiàn)表3。

表3 集中線荷載不小于20 kN/m梁構(gòu)件

2.5.6平面布置

1)分區(qū)圖。本次鋼托支模體系施工范圍主要是針對(duì)4區(qū)歌劇院和5區(qū)影劇院(見(jiàn)圖11)。

2)鋼托架施工范圍。4區(qū)和5區(qū)鋼托架施工范圍從局部-3層、局部-2層、局部-1層夾層分布搭設(shè)施工至6層屋面，搭設(shè)高度從32.4 m，32.6 m，33.6 m，38.5 m，42.3 m，46.8 m(見(jiàn)圖12)。

3)超限分布圖。4區(qū)和5區(qū)超限分布主要在中部現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)梁區(qū)域，梁截面尺寸為400 mm×2 000 mm，集中線荷載為22.4 kN/m～28.6 kN/m(見(jiàn)圖13，圖14)。

2.6 操作要點(diǎn)

2.6.1焊縫質(zhì)量等級(jí)

耳板、環(huán)板、加勁板、水平圓管接耳板的焊縫均為三級(jí)焊縫，施工前應(yīng)由焊接技術(shù)責(zé)任人員根據(jù)焊接工藝評(píng)定結(jié)果編制焊接工藝文件，并向有關(guān)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底，施工中應(yīng)嚴(yán)格遵守工藝文件的規(guī)定。

2.6.2鋼結(jié)構(gòu)埋件安裝

錨栓為化學(xué)螺栓進(jìn)行埋設(shè)，待測(cè)量校正完成后保證其不產(chǎn)生偏移。

2.6.3鋼柱吊裝要點(diǎn)

在鋼柱柱頭焊接臨時(shí)耳板作為吊點(diǎn)，吊點(diǎn)必須對(duì)稱，確保鋼柱吊裝時(shí)為垂直狀，起鉤、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)三個(gè)動(dòng)作交替緩慢進(jìn)行，就位時(shí)緩慢下落，防止擦壞螺栓絲口。

2.6.4鋼胎架安裝

根據(jù)鋼構(gòu)件的重量及吊點(diǎn)情況，準(zhǔn)備足夠的不同長(zhǎng)度、不同規(guī)格的鋼絲繩和卡環(huán)，并準(zhǔn)備好倒鏈、纜風(fēng)繩、爬梯、工具包、榔頭以及扳手等機(jī)具。

為了保證吊裝平衡，在吊鉤下掛設(shè)兩根足夠強(qiáng)度的單繩進(jìn)行吊運(yùn)。

所有鋼柱分節(jié)，采用整根吊裝，鋼柱重量不等，最重單根鋼柱約2 t。鋼柱安裝后立即進(jìn)行校正，在確保垂直度及水平誤差在規(guī)范范圍內(nèi)后進(jìn)行腹桿及斜拉桿的安裝。當(dāng)一個(gè)單元的鋼結(jié)構(gòu)安裝完成且校正后進(jìn)行二次鋼柱連接，連接完成后立即進(jìn)行垂直度調(diào)整，滿足要求后進(jìn)行腹桿及拉桿的安裝，依次安裝剩余支架。

3 施工過(guò)程受力分析

通過(guò)建立鋼托架支模體系模型，采用Tekla有限元軟件進(jìn)行受力計(jì)算。分別計(jì)算各節(jié)點(diǎn)相關(guān)的慣性矩、長(zhǎng)度系數(shù)，通過(guò)荷載組合計(jì)算最不利軸力、剪力、彎矩、扭矩以及節(jié)點(diǎn)位移，通過(guò)與各效應(yīng)組合下最大支座反力設(shè)計(jì)值和各效應(yīng)組合下最大支座反力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比分析(見(jiàn)圖15)。

根據(jù)計(jì)算分析模型，進(jìn)行規(guī)范檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)能夠滿足承載力計(jì)算要求，應(yīng)力比最大值為0.78(見(jiàn)圖16)，未超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定要求。

采用鋼托架作為此超高、超長(zhǎng)、超限模板施工支模體系，通過(guò)Tekla有限元進(jìn)行計(jì)算，有效減少用鋼量，并很好的處理了復(fù)雜受力情況下鋼結(jié)構(gòu)變形及支撐受力問(wèn)題，施工工藝簡(jiǎn)單，安全可靠，與省內(nèi)外同類技術(shù)相比具備較高的先進(jìn)性。

4 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)內(nèi)單層建筑高度高、局部空間大、承載較大荷載的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)澆混凝土建筑，傳統(tǒng)施工方式采用鋼管扣件式腳手架作為支模體系，鋼管搭設(shè)時(shí)間長(zhǎng)、桿件連接質(zhì)量無(wú)法保證、加密區(qū)工人無(wú)法操作、架體拆除難度大,運(yùn)輸不便，導(dǎo)致最終的施工成本非常高。同時(shí)對(duì)于超高、超限、超長(zhǎng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系，傳統(tǒng)的鋼管扣件式腳手架難以滿足施工、受力、成本、工期等的控制要求。

針對(duì)超高、超限、超長(zhǎng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系，采用上述鋼托架支模體系施工技術(shù)，施工工藝簡(jiǎn)單高效、安全可靠、周轉(zhuǎn)效率高，在單層建筑高度高、局部空間大、承載較大荷載的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)澆混凝土建筑中具有良好的運(yùn)用效果，為類似工程的施工提供了一種高效、可靠、經(jīng)濟(jì)的施工方法。