弧形空間結(jié)構(gòu)高大模板支撐體系設計與施工

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[摘 要]：近年來，高大模板支撐系統(tǒng)坍塌事故時有發(fā)生，社會影響和經(jīng)濟損失巨大。盡管目前市場上有多款軟件可以用來進行模板支撐的設計、計算，但在不同的工程結(jié)構(gòu)中其應用仍具有局限性，不能完全依賴于軟件。高大模板支撐系統(tǒng)的設計、施工及驗收必須針對工程結(jié)構(gòu)特點、結(jié)合現(xiàn)場實際，進行整體協(xié)調(diào)設計、科學施工、全面驗收，才能確保高大模板支撐系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，保證施工安全，防止重大坍塌事故的發(fā)生。
[關鍵詞]：空間結(jié)構(gòu) 高大模板支撐體系 整體設計 科學施工 安全
1 工程簡述
1.1 工程概況
某行政會議中心南北長約65m，東西寬約105m，框架三層，建筑高度18.6m，總建筑面積14747平方米，平面圍繞主軸線呈扇形展開。會議中心東區(qū)二、三層為800人會議廳，建筑面積約800m2，高大空間結(jié)構(gòu)，最大高度為11.035m，橫向最大凈跨度達26.6m，縱向最大凈跨度有32.6m，扇面樓蓋采用主次梁設計，橫向框架梁為三榀后張拉鋼筋混凝土預應力弧形梁，中部縱向框架梁為超長鋼筋混凝土梁。
1.2 主要構(gòu)件參數(shù)
根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖， 800人會議廳結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)見表1。
表 1 會議廳梁、板構(gòu)件參數(shù)
2 模板支撐體系設計
2.1 設計原則與流程
高大模板支撐體系設計必須首先遵循安全可靠的原則，在此基礎上做到技術經(jīng)濟。支撐體系設計流程為先橫向預應力框架梁、后縱向框架梁，先主梁后次梁，先分項設計后整體設計，先主體結(jié)構(gòu)后構(gòu)造措施。
2.2 模板支撐系統(tǒng)選材
模板面板均采用11mm 厚多層夾板，采用50mm×100mm杉木方，支撐體系中的立桿、水平縱橫拉桿、掃地桿、剪刀撐均選用Φ48×3.0mm 鋼管；梁側(cè)模固定采用穿梁對拉螺栓，外楞采用雙鋼管。
2.3支撐體系結(jié)構(gòu)設計
橫向弧形預應力大梁按直線梁設計，在多次初選參數(shù)，并通過品茗安全計算軟件驗算后，各梁模板支撐體系結(jié)構(gòu)設計尺寸見表2。
表 2 梁、板模板支撐體系分項設計結(jié)果

梁模板支撐示意圖如下：


圖 2 400×1000框架梁模板支撐示意圖

圖 3 350×700框架梁模板支撐示意圖

圖 4 250×600梁模板支撐示意圖
所有梁側(cè)模板內(nèi)楞采用50mm×100mm木方，間距不大于150mm，外楞采用Φ48×3.0mm 鋼管雙拼，間距400 mm；穿梁螺栓水平間距不大于400 mm，穿梁螺栓豎向間距不大于400mm，穿梁螺栓直徑Φ14mm。
由于會議廳樓蓋平面呈扇面，并且結(jié)構(gòu)設計橫向主次梁為同心弧形梁，內(nèi)弧小、外弧大，因此橫向主次梁的模板支撐立桿沿圓弧形線布置，縱向主次梁的模板支撐立桿沿徑向直線布置，所有梁沿跨度方向的支撐立桿在滿足設計間距的前提下，橫向以外弧為基準同等分布置，縱向按梁徑向間距均分布置。梁板模板支撐體系經(jīng)整體綜合設計如圖5和圖6所示，整體設計數(shù)據(jù)結(jié)果見表 3。
表 3 梁、板模板支撐體系整體設計結(jié)果


圖5 800人會議廳高大模支撐平面布置圖

圖6 800人會議廳高大模支撐立面布置圖

2.4模板支撐體系構(gòu)造安全設計
由于600×1800、600×1400、400×1000框架梁的寬高比較大，為防止大梁側(cè)向失穩(wěn)，在預應力框架梁兩側(cè)設二道鋼管斜撐，第一道距梁底600mm，第二道距梁底1200mm，在400×1000超長框架梁兩側(cè)設一道鋼管斜撐，距梁底600mm。
在支撐立桿底距地面200mm處，沿縱橫水平方向（臺階部位沿坡面方向）設置掃地桿。鋼管掃地桿、縱橫向水平桿采用對接連接。
會議廳空間滿堂模板支撐沿四周由下至上設置豎向連續(xù)式剪刀撐，中間縱橫向每隔6根立桿由下到上設置豎向連續(xù)式剪刀撐，寬度為6根立桿，在縱橫相鄰的兩豎向連續(xù)式剪刀撐之間增加之字斜撐，并在頂部、中部、掃地桿處設置3道水平剪刀撐。如圖 7所示。
圖 7 會議廳共享空間模板滿堂支撐體系剪刀撐布置圖

支撐架體用水平桿在四周按豎向間距3m與框架柱連接牢固，以提高高大模支撐系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。如圖8所示。

圖 8 支撐架體與周邊框架柱連接
3 模板支撐系統(tǒng)施工
3.1施工準備
根據(jù)會議廳建筑、結(jié)構(gòu)施工圖及高大模板支撐體系設計在支承樓面上測放出樓蓋梁軸線、模板支撐立桿位置控制線，并認真復核。
會議廳階梯部分分二次施工，先施工斜板后做臺階，由于斜板坡度較大，若模板支撐立桿直接支承在其上時，支承接觸面太小，不利于荷載傳遞，因此在上部模板支撐搭設前應按建筑施工圖設計將臺階澆筑成型，且臺階混凝土強度等級不小于C20，以作為模板支撐系統(tǒng)立桿可靠支承面。
模板支撐搭設前，應按高大模板支撐系統(tǒng)安全專項施工方案，對搭設操作人員進行詳細的技術交底，特別是一些關鍵節(jié)點做法等，并按要求簽字確認。
高大模支撐采用扣件式鋼管滿堂支撐系統(tǒng)，搭設前應對鋼管、扣件進行檢查，確認合格后方可使用。
3.2模板支撐搭設
支撐系統(tǒng)立桿、水平桿等必須按整體協(xié)調(diào)設計的跨距、間距、步距搭設，做到縱橫成線，高低一致。
梁模板支撐立桿的跨距和間距必須符合支撐系統(tǒng)設計，不得隨意變更。梁底支撐承重立桿的位置必須符合支撐系統(tǒng)設計要求。若立桿遇到混凝土結(jié)構(gòu)或其它支撐桿件影響，不能按原設計定位搭設，需要變更時，應由模板支撐系統(tǒng)設計人重新進行設計，并按規(guī)定重新論證、審批后執(zhí)行。
根據(jù)各部位模板支撐搭設高度，選配鋼管立桿，并配以底座，水平桿必須用直角扣件與立桿相連，立桿接長和水平桿接長必須采用對接扣件?？奂菟〝Q緊力矩不應小于40NMm，且不大于60Nm。
立桿接長時，相鄰立桿的對接接頭不得在同步內(nèi)，且對接接頭沿豎向錯開的距離不應小于500mm，各接頭中心距主節(jié)點不大于步距的1/3。所有立桿必須落地，嚴禁將上段立桿與下段立桿錯開固定在水平桿上。
梁底承重立桿必須與水平桿用直角扣件連接，嚴禁跳步連接。梁底支承小橫桿必須用雙扣件與立桿連接牢固。
預應力框架梁與縱向超長框架梁交接處，必須按各梁模板支撐設計搭設支承立桿，不得共用立桿。
剪刀撐按模板支撐系統(tǒng)構(gòu)造設計進行搭設，每組剪刀撐斜桿與地面夾角在45º-60º之間，并應與立桿進行連接，底部斜桿的下端應支承在結(jié)構(gòu)上，嚴禁懸空。剪刀撐斜桿的連接均采用搭接，搭接長度不小于500mm，旋轉(zhuǎn)連接扣件不少于2個，并在距桿端不小于100mm處固定。
掃地桿按模板支撐系統(tǒng)構(gòu)造設計搭設，同時在階梯部分，另將高處的縱向水平桿向臺階延伸，直至與臺階立桿連接處距地高不大于200mm。
模板支撐體系與周邊框架柱用鋼管固接，與架體連接的水平鋼管必須與架體立桿相連，并向架體內(nèi)延伸不少于2跨。
由于上部荷重近600噸，在會議廳樓蓋混凝土澆筑前，滿堂模板支撐系統(tǒng)承載樓面下部的原模板支撐不得拆除，以用來傳遞、分擔上部荷重。
梁模板起拱高度取跨度的2/1000，會議廳空間結(jié)構(gòu)以橫向預應力框架梁起拱作為控制基準，縱向框架梁起拱后其頂標高應與起拱后的預應力框架梁頂標高相一致；次梁起拱后的頂標高與主梁起拱后的頂標高應一致。
搭設過程中，已完成的模板作業(yè)面嚴禁超負荷集中堆放鋼筋、機械設備及其他材料，防止支撐體系局部坍塌。
高大模板支撐體系搭設完成后，必須認真、全面地進行檢查、驗收，符合設計要求后方可進行下道工序施工。
3.3樓蓋混凝土澆筑
樓蓋混凝土由南向北依次澆筑。梁混凝土澆筑方向由跨中向兩端，對稱分層澆筑，分層厚度不得大于400mm，將梁內(nèi)混凝土澆至板底，然后與板混凝土一起澆筑。
混凝土澆注過程中，應控制傾倒混凝土時對梁、板所造成的沖擊，避免混凝土在出料口堆積過高，應將堆積的混凝土迅速向四周攤開。
澆筑過程中，必須安排專人巡查模板支架和支承情況。
3.4模板支撐體系拆除
高大模板支撐系統(tǒng)拆除，必須經(jīng)項目技術負責人及現(xiàn)場監(jiān)理工程師同意后方可進行。
拆除支撐及模板前混凝土強度必須達到100%。
預應力混凝土大梁，側(cè)模在預應力張拉前拆除，底模支架在張拉后拆除。
4 支撐系統(tǒng)檢查與驗收
4.1構(gòu)配件檢查與驗收
檢查鋼管產(chǎn)品質(zhì)量合格證，進場質(zhì)量檢測報告和質(zhì)量檢查記錄；
檢查鋼管外觀：平直、光滑，無裂痕、結(jié)疤、錯位、硬彎、毛刺、壓痕和深的劃道；
檢查鋼管的外徑、壁厚、端面等的偏差滿足規(guī)范要求；
檢查鋼管表面銹蝕深度滿足規(guī)范要求；
檢查扣件的生產(chǎn)許可證、法定檢測單位的檢測報告和產(chǎn)品合格證；
檢查扣件的進場抽樣檢測報告；
檢查扣件的實體質(zhì)量，不得有裂痕、變形，螺栓不得有滑絲。
4. 2架體檢查與驗收
搭設前對支承面進行驗收，混凝土強度等級不小于C20；
模板支架在搭設過程中應對桿件的設置、連接件、構(gòu)造措施進行跟蹤檢查；
架體搭設完畢在支設模板前，對架體進行驗收，必須滿足模板支撐系統(tǒng)設計、構(gòu)造要求及規(guī)范要求；
在澆筑混凝土前，對模板系統(tǒng)、模板支撐系統(tǒng)進行驗收；
在混凝土澆筑過程中，檢查是否超載；
每步檢查驗收必須做好記錄，備查。
5 結(jié)語
隨著建筑業(yè)科技的快速發(fā)展，大空間大跨度結(jié)構(gòu)應用將會越來越多。800人會議廳空間高大模支撐系統(tǒng)僅僅是眾多成功案例中的一例。高大模板支撐系統(tǒng)的材料投入量大、周轉(zhuǎn)慢，使施工成本加大。如何在保證結(jié)構(gòu)支撐體系安全的前提下，節(jié)省材料投入，加快周轉(zhuǎn)，從而節(jié)約成本是今后高大模板支撐設計、施工技術發(fā)展亟需解決的問題。