高瑞琪，張 倩，劉曉敏，徐 皓，陳小平，田卜元

(1.中國(guó)建筑第六工程局有限公司，天津 300012；2.中建六局華南建設(shè)有限公司，廣東 深圳 518101)

0 引言

隨著建筑結(jié)構(gòu)形式日益增多，施工條件也愈加復(fù)雜，傳統(tǒng)施工方法難以滿足多樣施工需求。吊模支撐體系作為一種新型模板施工技術(shù)，通過(guò)輔助傳力構(gòu)件將現(xiàn)澆混凝土自重及相關(guān)施工荷載直接傳遞至主體結(jié)構(gòu)的方式，減小了對(duì)施工周邊環(huán)境的影響，具有構(gòu)造穩(wěn)定、節(jié)省工料、縮短工期等優(yōu)點(diǎn)。吊模支撐體系省去了下部支撐立桿，可廣泛應(yīng)用于高空懸臂澆筑、跨航道結(jié)構(gòu)施工、異形截面澆筑等不便于搭設(shè)傳統(tǒng)落地模板的工況中。目前，對(duì)吊模支撐體系應(yīng)用及設(shè)計(jì)分析的研究較為分散。因此，本文梳理3種吊模支撐體系搭設(shè)形式，對(duì)比其適用條件，結(jié)合工程案例，具體闡述吊模設(shè)計(jì)驗(yàn)算方法。

1 吊模支撐體系類型及應(yīng)用

吊模支撐體系主要由模板系統(tǒng)、型鋼支撐架、傳力構(gòu)件組成，模板系統(tǒng)與型鋼支撐架主要靠吊桿連接，按與主體結(jié)構(gòu)傳力方式可分為附加型鋼式吊模系統(tǒng)、斜拉式吊模系統(tǒng)、自承重式吊模系統(tǒng)。

1.1 附加型鋼式吊模支撐體系

附加型鋼式吊模支撐體系為最常見的吊模支撐體系，通過(guò)型鋼分配梁與兩端既有結(jié)構(gòu)擱置錨固，將荷載向兩側(cè)結(jié)構(gòu)傳遞[1]。肖必建[2]在高空混凝土連廊澆筑過(guò)程中應(yīng)用吊模支撐體系首先將附加鋼梁吊裝就位，安裝吊模，然后進(jìn)行鋼筋制作及安裝，最后澆筑混凝土。吊模支撐體系如圖1所示，通過(guò)附加型鋼作為吊模支點(diǎn)，通過(guò)吊桿將模板系統(tǒng)與型鋼相連，通過(guò)松緊螺母調(diào)節(jié)底模標(biāo)高，解決了在下方不便搭設(shè)支撐時(shí)大跨度架空施工難題。

圖1 附加型鋼式吊模支撐體系

1.2 斜拉式吊模支撐體系

斜拉式吊模支撐體系由型鋼、鋼絲繩、繩卡組成，應(yīng)用斜拉橋原理，對(duì)附加支撐梁與預(yù)埋鋼格構(gòu)柱斜拉連接，作為模板支撐體系承重構(gòu)件。孫楨[3]在大直徑倉(cāng)筒頂蓋施工中應(yīng)用斜拉式吊模支撐體系，在倉(cāng)筒倉(cāng)壁梁上預(yù)埋鋼格構(gòu)柱，安裝模板支撐型鋼梁并通過(guò)鋼絲繩與預(yù)埋件固定，然后安裝模板系統(tǒng)進(jìn)行鋼筋綁扎和混凝土澆筑。H型鋼支撐系統(tǒng)如圖2所示，主梁安裝如圖3所示。立桿支撐在型鋼上，支撐型鋼通過(guò)多道與主體結(jié)構(gòu)錨固的鋼絲繩及結(jié)構(gòu)側(cè)壁的錨固維持整個(gè)架體穩(wěn)定，解決了傳統(tǒng)模板澆筑方式下受倉(cāng)筒高度及梁板荷載影響的問(wèn)題。

圖2 H型鋼支撐系統(tǒng)

圖3 主梁安裝示意

顏苓[4]在無(wú)墩柱V形橋臺(tái)施工中采用斜拉式吊模支撐體系，在V形拱腳處預(yù)埋定位鋼筋，并焊接鋼管柱，鋼管柱兩側(cè)焊接拉環(huán)，通過(guò)2道鋼絲繩將鋼管柱柱頂拉環(huán)與橋跨結(jié)構(gòu)模板底部拉環(huán)拉結(jié)，兩側(cè)鋼絲繩拉結(jié)處固定環(huán)用扁擔(dān)梁連接。V形橋臺(tái)模板支撐如圖4所示，拱腳與鋼管柱連接如圖5所示，解決了在河道內(nèi)搭設(shè)下?lián)蔚鼗幚淼碾y題。

圖4 V形橋臺(tái)模板支撐示意

圖5 拱腳與鋼管柱連接示意

1.3 自承重式吊模支撐體系

自承重式吊模支撐體系是以結(jié)構(gòu)本身型鋼骨架作為吊模支撐構(gòu)件，首先吊裝結(jié)構(gòu)型鋼梁，隨后搭設(shè)模板支撐架，接著通過(guò)吊模內(nèi)、外吊桿將模板系統(tǒng)與型鋼骨架固定。

李揚(yáng)[5]在型鋼混凝土轉(zhuǎn)換層施工時(shí)，應(yīng)用自承重式吊模支撐體系，減小了支模和拆模工作量。模板支撐系統(tǒng)如圖6，7所示，模板系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)吊桿將荷載傳遞給結(jié)構(gòu)型鋼(見圖6)，若結(jié)構(gòu)型鋼不足以承擔(dān)時(shí)，可附加上擔(dān)橫梁和外吊桿(見圖7)，通過(guò)外吊桿與上擔(dān)橫梁的拉結(jié)使模板系統(tǒng)響應(yīng)荷載傳遞給附近結(jié)構(gòu)[6]。

圖6 內(nèi)吊桿結(jié)構(gòu)型鋼模板系統(tǒng)示意

圖7 附加上擔(dān)橫梁和外吊桿模板系統(tǒng)示意

段文強(qiáng)[7]在跨航道系桿拱橋系梁施工中，采用在系梁鋼骨架上安裝吊模系統(tǒng)的方式對(duì)系梁外包混凝土進(jìn)行澆筑(見圖8)，以減少因施工對(duì)過(guò)往船舶的影響，縮短施工周期，降低工程建設(shè)成本投入[8]。

圖8 吊模支撐體系

1.4 應(yīng)用情況分析

附加型鋼式吊模支撐支系是應(yīng)用于跨空懸臂澆筑最常見的施工方法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力明確。當(dāng)跨度較大、撓度不易滿足時(shí)，可采用斜拉方式控制支撐型鋼變形撓度。對(duì)于異形結(jié)構(gòu)澆筑，模板支撐位置存在困難，可通過(guò)斜拉式吊模支撐體系進(jìn)行澆筑。對(duì)于內(nèi)置型鋼骨架的混凝土澆筑，可應(yīng)用自承重式吊模支撐體系，通過(guò)吊模與結(jié)構(gòu)鋼骨的拉結(jié)實(shí)現(xiàn)吊模穩(wěn)定支撐。

與傳統(tǒng)支撐模架相比，吊模支撐體系傳力明確，構(gòu)造簡(jiǎn)明，主要傳力桿件吊桿主要承受拉力，與壓桿相比可大大減小截面面積，減少用鋼量，同時(shí)無(wú)需下部支撐，節(jié)約了鋼管使用量。但整個(gè)支撐架約束位置較少，整個(gè)體系在約束位置累積水平抗力較大。因此，在大跨度構(gòu)件應(yīng)用時(shí)會(huì)造成晃動(dòng)和撓度超限。

2 工程示例分析

2.1 工程概況

某超設(shè)計(jì)使用年限的基坑，對(duì)原基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域設(shè)置加強(qiáng)板帶加固，由于基坑周邊環(huán)境改變，基坑積水較深，不便采用傳統(tǒng)落地式支撐架體進(jìn)行搭設(shè)，因而采用吊模施工法。吊模支撐體系如圖9所示，首先安裝雙拼C16a型鋼分配梁，與既有結(jié)構(gòu)搭接錨固，由15mm厚木膠合板、50mm×100mm次楞和100mm×100mm主楞共同組成模板系統(tǒng)，最后通過(guò)φ16對(duì)拉螺栓將模板系統(tǒng)與型鋼分配梁拉結(jié)連接。

圖9 項(xiàng)目中吊模支撐體系

2.2 吊模支撐體系設(shè)計(jì)

2.2.1模型建立

建立有限元模型對(duì)吊模支撐體系進(jìn)行設(shè)計(jì)研究(見圖10)，模型中分配梁為雙拼Q345 C16a型鋼；次楞、主楞分別為50mm×100mm，100mm×100mm木方；對(duì)拉螺栓為φ16實(shí)腹式圓形截面；加固板帶為200mm厚C40混凝土板。

圖10 吊模支撐體系有限元模型

在采用吊模支撐體系施工時(shí)，施工荷載傳遞至吊模支撐體系，吊模支撐體系通過(guò)吊桿將荷載傳遞至分配梁。因此，采用分離式建模方法，分別建立型鋼、混凝土、次楞、主楞構(gòu)件，并對(duì)通過(guò)只受壓彈性連接的方式將其依次連接。建立對(duì)拉螺栓，并將其設(shè)置為只受拉單元，拉結(jié)型鋼分配梁和主楞。對(duì)分配梁型鋼兩端建立約束，約束為x，z方向簡(jiǎn)支，即Dx=0，Dz=0。

2.2.2荷載工況確定

作用于模板支架上的荷載可分為永久荷載(恒荷載)與可變荷載(活荷載)。其中永久荷載包括模板及支架自重、新澆混凝土自重、鋼筋自重。可變荷載包括施工人員及施工設(shè)備荷載、振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載。

根據(jù)JGJ 300—2013《建筑施工臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》[9]和T/CECS 699—2020《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[10]的規(guī)定，混凝土模板支撐體系模板自重標(biāo)準(zhǔn)值(G1k)為2.5kN/m2，新澆混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值(G2k)為24kN/m3，混凝土板鋼筋自重1.1kN/m3。計(jì)算模板及吊模支撐體系結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和連接強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)采用荷載設(shè)計(jì)值(荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載分項(xiàng)系數(shù))；計(jì)算正常使用極限狀態(tài)的變形和撓度時(shí)，應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值[11]。

2.2.3吊模支撐體系驗(yàn)算

對(duì)有限元模型施加混凝土澆筑荷載、施工人員荷載及吊模系統(tǒng)自重，采用承載力極限狀態(tài)法進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，使其滿足σ<[f]；采用正常使用極限狀態(tài)法進(jìn)行撓度驗(yàn)算，使其滿足v<[v][12]。驗(yàn)算結(jié)果如下。

1)強(qiáng)度驗(yàn)算(見圖11) 次楞與對(duì)拉螺栓應(yīng)力分布較均勻；型鋼分配梁和主楞沿縱向跨中應(yīng)力集中現(xiàn)象較明顯，應(yīng)力集中處約超過(guò)均值43.7%，67.3%，但結(jié)構(gòu)應(yīng)力比均<0.2，因此不影響結(jié)構(gòu)正常受力。

圖11 吊模支撐體系應(yīng)力云圖(單位：MPa)

2)撓度驗(yàn)算(見圖12) 模型最大撓度集中在跨中位置，為4.93mm，滿足規(guī)范要求，因此不影響結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量。

圖12 吊模支撐體系位移云圖(單位：mm)

3 吊模支撐體系現(xiàn)存缺陷及施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

吊模施工法雖有效解決了落地架體不便搭設(shè)問(wèn)題，但由于受力構(gòu)件自重大、搭設(shè)跨度大，在鋼筋綁扎和混凝土澆筑中易產(chǎn)生架體晃動(dòng)、支撐體系標(biāo)高控制困難等缺陷。為解決吊模架體晃動(dòng)的問(wèn)題，在嚴(yán)控計(jì)算撓度的基礎(chǔ)上，施工中應(yīng)注意附加鋼橫梁與既有結(jié)構(gòu)連接，防止因節(jié)點(diǎn)變形影響吊模穩(wěn)定性。吊桿螺栓口必須設(shè)置鋼墊塊，螺母必須上緊且數(shù)量為2顆。

對(duì)于支撐體系標(biāo)高控制，除通過(guò)吊桿螺母調(diào)節(jié)外，對(duì)于跨度較大模板，可在底板埋設(shè)拉環(huán)與兩邊主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)，輔助進(jìn)行標(biāo)高調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)非常規(guī)施工條件下吊模支撐體系的3種類型及應(yīng)用做了簡(jiǎn)要介紹，并通過(guò)具體工程案例對(duì)吊模支撐體系進(jìn)行分析驗(yàn)算，最后結(jié)合吊模支撐體系現(xiàn)存缺陷和施工中應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行討論，為類似工程的吊模提供設(shè)計(jì)依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。