張 恒，郭 艷

(1.陜西建工第二建設(shè)集團有限公司，陜西 西安 721000；2.陜西交通職業(yè)技術(shù)學院建筑與測繪工程學院，陜西 西安 710018)

0 引言

目前，我國常用的鋼管模板支架體系分為門式模板支架體系、碗扣式模板支架體系、扣件式模板支架體系及承插式模板支架體系。模板支架種類基本滿足各類項目需要，但各自在經(jīng)濟性、方便性和安全性上均有一定不足。如扣件式鋼管架存在扣件易丟失、搭設(shè)較費工，承插式鋼管架在使用中承盤易變形等問題。因此迫切需要更經(jīng)濟、更實用、更安全的模板支架形式。

ADG插銷式系列模板支架如圖1所示，結(jié)構(gòu)受力合理，且采用高強材料，在工程中得到很好的應用，通過比較普通鋼管模板支架材料用量、工期、外觀及整體性等方面，ADG插銷架在大跨、超高、超重結(jié)構(gòu)支撐中，具有適用于異形結(jié)構(gòu)、材料用量小，架體整體性、穩(wěn)定性、牢固性好等特點。目前，ADG 插銷架在我國建筑工程、臨時看臺、線纜橋架、人行天橋等領(lǐng)域得到應用，但其計算理論并不成熟，在特殊工程中的應用尚不充分，需進一步進行關(guān)鍵技術(shù)分析。

圖1 ADG插銷式模板支架結(jié)構(gòu)示意

1 工程概況

西安交通大學科技創(chuàng)新港科創(chuàng)基地工程位于陜西省咸陽市西咸新區(qū)灃西新城，該基地一標段2號樓為大空間鋼筋混凝土梁板支撐結(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)球館和游泳館。網(wǎng)球館平面尺寸為21.6m×42m，混凝土地面標高為0.000m，屋面板標高為18.050m，屋面板兩端沿寬度方向放坡至標高15.892m，沿長度方向放坡至標高16.296m，屋面結(jié)構(gòu)中最大截面尺寸主梁為0.4m×1.35m，間距3m，標高最高處梁截面尺寸為0.3m×0.8m，間距為7.2m。游泳館平面尺寸為27.9m×60m，地面標高為-2.700～-0.230m，為鋼筋混凝土地面，屋面板標高為11.920m，屋面板在四角放坡至標高9.832m，屋面結(jié)構(gòu)中最大截面尺寸主梁為0.45m×1.65m，間距3m。最大截面次梁尺寸為0.3m×0.8m，間距9.3m。網(wǎng)球館和游泳館屋面混凝土現(xiàn)澆板厚度均為120mm。

該梁板支撐架主要承重桿件為ADG插銷架60.3mm系列桿件，材質(zhì)為Q345B，經(jīng)過熱鍍鋅處理，承載能力比一般鋼管模板支架高。ADG插銷架桿件與扣件焊成一體，橫桿用C形自鎖楔形扣件裝置與立桿U形卡搭接，如圖2所示，在重力作用下，楔形扣件會自動旋轉(zhuǎn)，并與U形卡鎖定，搭設(shè)便捷，安全可靠。

圖2 ADG鋼管架節(jié)點示意

根據(jù)模板支架的梁截面尺寸及ADG鋼管架模塊式特點，長坡屋面處的模板支架采用60.3mm落地立桿，結(jié)合48.3mm懸跨立桿及普通鋼管架，可充分發(fā)揮不同桿件優(yōu)勢，既滿足使用要求又節(jié)約材料。次龍骨采用50mm×100mm方木，板下主龍骨及截面尺寸≤0.35m×1.3m的梁下主龍骨采用100mm×100mm方木。支撐梁模板支架采用1m×1m的落地塔架，塔架與塔架垂直于主梁方向間距3m，周邊局部采用1m和2m間距進行調(diào)整；在平行于主梁方向間距3m，局部間距4m，橫桿步距為2m，局部根據(jù)支撐梁板標高進行調(diào)整。在塔架與塔架間沿高度方向，每6m設(shè)置雙向格構(gòu)側(cè)向支撐，滿足塔架結(jié)構(gòu)側(cè)向穩(wěn)定性要求。

2 模板支撐架體設(shè)計方案

2.1 坡屋面模板支架抗側(cè)力設(shè)計

坡屋面架體搭設(shè)區(qū)域如圖3所示，該坡屋面區(qū)域模板支架高8～11.67m，架體平面布置呈正方形，高支模面積292.4m2。屋面坡度為22.5°，高支模架體對坡屋面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)沿坡向側(cè)滑力的約束能力受屋面結(jié)構(gòu)混凝土澆筑方式及架體加固方式影響。

圖3 長陡坡屋面架體搭設(shè)區(qū)域

坡屋面邊線及坡線保持順直，能確保建筑造型良好，施工時應有效控制屋面坡線位置，確保坡面平整。搭設(shè)模板支撐體系時，應確保坡面設(shè)計合理，并將重力荷載劃分為垂直坡面分力與平行坡面分力，模板支撐體系充分發(fā)揮自身作用，既能承擔豎向荷載，也可承擔水平力。

因此，保證高支模架體對坡屋面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)沿屋面坡向的斜向側(cè)滑力約束，可確保模板支架整體穩(wěn)定性。

澆筑坡屋面混凝土時，需全部澆筑框架柱后，再澆筑梁、板。澆筑梁、板混凝土時，要求坍落度控制在140～160mm，從屋脊向兩側(cè)對稱澆筑，對稱澆筑的混凝土條帶寬3m。為避免混凝土下滑導致澆筑不密實，混凝土澆筑前，垂直于坡屋面坡向位置，每隔3m加設(shè)1道鋼絲網(wǎng)，阻止下滑。坡屋面兩側(cè)對稱澆筑混凝土，能消除一側(cè)澆筑完成后再澆筑另一側(cè)對架體造成的側(cè)向壓力，避免非對稱澆筑混凝土導致模板支架變形甚至倒塌的風險。

2.2 坡屋面高度超過8m的模板支架設(shè)計

立桿橫縱向間距為1.5m，局部調(diào)整為1，0.7，0.5m，使立桿距離梁邊≥200mm，以滿足梁側(cè)模板支模距離。橫桿步距為2m，根據(jù)支模高度可調(diào)整為1.5，1，0.5m，使頂托絲桿外露長度≤350mm，豎向每4m設(shè)1道人字形斜拉桿。

350mm×750mm，250mm×600mm梁兩側(cè)立桿間距1.5m，邊梁兩側(cè)間距1m，在梁兩側(cè)立桿上，鋼管扣件設(shè)置大橫桿沿梁跨度方向布置，小橫桿每500mm 1道垂直大橫桿布置，在小橫桿上順梁跨度方向擺放40mm×70mm、間距100mm的木方做梁底模板，在梁兩側(cè)立桿上安裝三角掛架，掛架上安裝頂托，頂托上順梁跨擺放雙鋼管龍骨，龍骨必須與小橫桿頂緊，做法如圖4所示。

圖4 坡層面高度超過8m的模板支架做法1

200mm×600mm梁兩側(cè)立桿間距為1m，在梁兩側(cè)立桿上的鋼管扣件設(shè)置大橫桿沿梁跨度方向布置，小橫桿每500mm設(shè)置1道，垂直大橫桿布置，在小橫桿上順梁跨度方向擺放40mm×70mm、間距100mm的木方做梁底模板，在梁兩側(cè)立桿上安裝三角掛架，掛架上安裝頂托，頂托上順梁跨擺放雙鋼管龍骨，龍骨必須與小橫桿頂緊，如圖5所示。

圖5 坡層面高度超過8m的模板支架做法2

頂板板厚120mm或100mm，板下主龍骨為雙鋼管，次龍骨為40mm×70mm、間距100mm的木方。如圖6所示，因結(jié)構(gòu)樓板為斜面，模板支架每排立桿高度不同，故在架體最頂部橫縱向用鋼管沿結(jié)構(gòu)斜向拉接立桿。在相對掃地桿0，6m處各設(shè)置1道連續(xù)水平剪刀撐，在相對地面6m處各滿掛1道水平安全網(wǎng)。

圖6 支架頂部連接示意

通過設(shè)計模板支架頂撐處的格構(gòu)式構(gòu)造，可充分發(fā)揮ADG模板支架豎向承載力高、整體性好的優(yōu)點，減少架體立桿數(shù)量、降低造價，提供充足的可操作性空間，將人為因素影響降到最低。

3 混凝土澆筑順序?qū)Ω咧＜艹休d特性的影響

坡屋面高支模架搭設(shè)布置如圖7所示。

圖7 坡屋面高支模架布置

3.1 模板支架基本參數(shù)

高支模架采用ADG模塊式模板支架，包括可調(diào)底座、立桿、橫桿、斜桿、模板。立桿采用Q345B鋼管，φ48.3×2.7；橫桿采用Q345B鋼管，φ48.3×2.7；斜桿采用Q345B鋼管，φ38×3；模板采用15mm厚膠合板。

混凝土自重標準值G1k為24kN/m3，鋼筋自重標準值G2k為1.1kN/m3，施工人員及設(shè)備產(chǎn)生的荷載標準值Q1k為3kN/m2，模板上覆荷載值5.47kN/m，模板設(shè)計時支拆環(huán)境不考慮風荷載。取坡屋面最不利荷載截面建立二維計算模型。

3.2 模板支架模型建立

通過有限元分析軟件SAP2000，按基本參數(shù)建立數(shù)值計算模型，如圖8所示?；炷翝仓桨溉缦拢孩俜桨? 雙面坡交替澆筑到頂；②方案2 單面坡一次澆筑到頂，再澆筑對面坡。分析這2種澆筑方式對模板支架穩(wěn)定性的影響。

圖8 模板支架計算模型

3.3 數(shù)值模型計算結(jié)果

通過結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000建立長陡坡屋面高支模架數(shù)值模型，分析混凝土澆筑最不利荷載截面，得到架體變形、內(nèi)力和應力結(jié)果，滿足設(shè)計要求。方案1整體位移0～1.28mm，最大豎向位移1.27mm，最大橫向位移0.385mm，最大軸力10.107kN，最大彎矩1.307kN·m，最大剪力4.706kN，左/右起第4根立桿最大豎向支座反力11.42kN，膠合板最大壓應力46.1MPa，膠合板最大拉應力11.59MPa；方案2單面坡澆筑完成后整體位移0～1.8mm,最大豎向位移1.3mm，最大橫向位移1.05mm，最大軸力9.963kN，最大彎矩1.252kN·m，最大剪力4.678kN，左起第4根立桿最大豎向支座反力9.71kN，左/右起第4根立桿最大壓應力41.44MPa，第3步橫桿最大拉應力12.96MPa。方案2雙面坡澆筑完成后整體位移0～2.25mm，最大豎向位移2.25mm，最大橫向位移0.64mm，最大軸力11.21kN，最大彎矩1.42kN·m，最大剪力5.1kN，左/右起第4根立桿最大豎向支座反力13.23kN，最大壓應力51.06MPa，第3步橫桿最大拉應力15.85MPa。

3.4 數(shù)值模型計算結(jié)果分析

通過分析坡屋面混凝土澆筑方式對高支模架承載影響的數(shù)值發(fā)現(xiàn)，非對稱澆筑混凝土增大架體橫向位移，單面坡澆筑完成時的最大橫向位移達1.05mm，而對稱澆筑時的架體最大橫向位移為0.385mm。此外，非對稱澆筑混凝土完成單面坡澆筑時，架體支座出現(xiàn)向下的支座反力。最后，非對稱澆筑混凝土完成單面坡澆筑時，架體應力和位移分布較混亂，會削弱高支模架穩(wěn)定性，即使?jié)仓p面坡完畢后，受不對稱加載影響，架體整體應力和位移仍大于對稱澆筑時的應力和位移，因此建議施工中對稱澆筑坡屋面混凝土。

同時，數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)若由于現(xiàn)場條件影響，坡屋面只能通過非對稱澆筑混凝土，則計算校核時不能只考慮雙面坡均澆筑完成后的架體狀態(tài)，應同時驗算單面坡澆筑完成時的架體穩(wěn)定性。

綜上所述，坡屋面非對稱澆筑混凝土會削弱高支模架體穩(wěn)定性，給架體帶來安全風險，因此建議施工中對稱澆筑坡屋面混凝土。

4 結(jié)語

在大跨、超高、超重結(jié)構(gòu)支撐中，ADG鋼管模板支架比傳統(tǒng)鋼管架在材料用量、施工周期、安全性能及整體外觀等方面都具有優(yōu)勢，構(gòu)造合理、承載力高、穩(wěn)定性好、安裝迅速快捷，同時還具有施工便捷、構(gòu)件不易丟失、材料強度高、韌性好、桿件變形小且適應范圍廣的特點，具有更廣闊的發(fā)展前景，但對ADG鋼管架的研究不夠深入，無相應國家規(guī)范，可參考的應用工程較少，而通過有限元分析軟件進行高支模架施工預分析，可提前發(fā)現(xiàn)架體設(shè)計問題和施工中可能存在的安全風險，并優(yōu)化存在的問題和風險。