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大截面高支模架构件设计与施工的优化

时间:2022-10-27 20:12:01 来源:网友投稿

摘 要:本文结合工程实际,对不同受力状态下的高层建筑混凝土结构模板竖向支撑方案的受力特点和优劣性进行了比较,对轴心受压的钢管支架稳定性进行了验算分析,说明其均满足施工设计要求。同时,阐述了施工过程中支模体系的施工要点和安全措施,针对实际情况,对支架安全性补充了一些构造措施,并在施工中加大管理力度,优化过程控制,模板脚手架工程达到了预期的施工质量安全效果。

关键词:高支撑架;模板工程;稳定性;构造措施;设计;施工

Optimization design and construction of high formwork support member with large cross section

Gong Jiliang

Hunan Shaping Construction Co.Ltd

Abstract: in this paper, combined with practical engineering, project force characteristics and merits compares formwork for concrete structure verticalhigh-rise buildings of different stress stateunder the support bracket, steel tubes subjected to axial compression stability checking analysis, illustrates its all meet the design requirements. At the same time, this paper describes the construction process of the formwork system and the key points of construction safety measures, in view of the actual situation, to supportsecurity add some structural measures, and strengthen the management in the construction, optimization of process control, formwork and scaffolding engineering reached the expected effect of construction quality and safety.

Keywords: high formwork support; formwork; stability; structure; design;construction

1 工程概况

本公司项目部承建的某市中心广场项目中的单体商住建筑,采取商业楼群加A、B塔楼模式,框剪结构,地下4层、裙楼5层,主楼地上30层,总建筑面积102157.4㎡,总高度99.5米。

裙楼设计为大型商业购物广场,中心大厅部分HB~HH/H8~H14轴间地下室顶板相对标高为+0.30米,大厅上空屋面板结构标高23.3米。主梁截面500㎜×1600㎜,跨度25.80米,次梁截面300㎜×600㎜。

本工程多个部位(转换层、外连廊等)都涉及到大跨度、大截面、超高、超重构件的支模施工,其中裙楼中心大厅的支架和模板的施工是本工程的施工难点和确保工程顺利实施的关键。

2 高支撑架方案的比选

根据我项目部多次超高混凝土结构模板竖向支撑设计与施工的经验,经综合考虑,本次裙楼中心大厅顶层楼板的模板支撑架体选为轴心受压方案,理由如下(1)模板支撑架体如为偏心受压,在荷载、架体步距、立杆间距等条件相同的情况下,立杆偏心受压承载能力仅相当于轴心受压的承载能力的35%~40%左右;(2)[U1]偏心受力由于受到弯矩M的影响,立杆稳定性的最危险截面在最上端,必须在支架上部增设较为复杂的水平、垂直的横、纵向连续剪刀撑等加强措施来保证支架的稳定性,而轴心受压立杆稳定性的最危险截面在最下端,可按规程一般规定的构造措施来保证支架的稳定性。图1给出了计算机软件做出的内力图,揭示了支撑架体偏心、轴心受压最危险截面的分布规律。

图1:支架立杆不同受力状态下内力计算简图

(3)尽管偏心受压方案可减少大量螺旋可调支托的投入,但轴心受压方案在相同荷载的情况下可以加大立杆间距,横杆步距,既满足架体的稳定性,又可以减少架体材料的投入,降低施工成本。

3 支架方案的设计

支撑体系选用扣件式钢管脚手架,选用φ4 8×3.5㎜钢管,模板支架高度23.0米。钢立杆间距按1000㎜×1000㎜,横杆步距按h=1500㎜,支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支点的长度α=400㎜考虑。立杆横截面积A=4.89㎝2,截面回转半径i=1.58㎝,截面模量W=5.08㎝3。

经过计算,立杆纵横向间距按1000㎜×1000㎜设置,对于主梁下的立杆做适当调整,进行加密,主梁支架立杆沿梁跨方向间距500㎜,垂直主梁方向间距为440㎜。模板支架立杆平面布置如图所示(见图2)。

图2:支架立杆平面布置图

3.1 荷载的计算

荷载的标准值取值:(1)模板的自重:0.5 KN/㎡;(2)混凝土自重24 KN/ m3;(3)混凝土中的钢筋自重(按实际计算)板取1.35 KN/m3,梁取2.02 KN/m3;(4) 架体自重(按立杆间距1000㎜×1000㎜,水平杆步距1500㎜计,搭设高度23米)0.35×23/1.5=5.25KN;(5)施工人员及设备荷载标准值:混凝土集中堆料按300㎜厚计7.2 KN/㎡;(6)振捣荷载取2.0 KN/㎡。

支架搭设于裙楼内,周围有外脚手架及安全网围蔽,不考虑风荷载组合。

3.2 支架稳定性计算

(1)楼板下支架立杆承受的轴向力为:N板=[1.2×(24×0.12+1.35×0.12+0.5+5.25)+1.4×(7.2+2.0)]×1.0×1.0=23.43KN;立杆计算长细比λ=l0/i=(1500+400×2)/15.8=145.6,查JGJ130-2011附录C“Q235-A轴心受压构件的稳定系数”得ψ=0.324,钢管截面应力σ= N板/(ψ×A)=23430/(0.324×489)=147.89N/㎜2〈f=205 N/㎜2,符合要求。

(2)主梁下支架立杆承受的轴向力为(根据平面布置,验算时立杆间距按500㎜×500㎜计):N梁=[1.2×(24×1.6+2.02×1.6+0.5+5.25)+1.4×(7.2+2.0)]×0.50×0.5=17.44KN;立杆计算长细比λ=l0/i =(1500+400×2)/15.8=145.6,查JGJ130-2011附录C“Q235-A轴心受压构件的稳定系数”得ψ=0.324,钢管截面应力σ= N板/(ψ×A)=17435/(0.324×489)=110N/㎜2〈f=205 N/㎜2,符合要求。

4 模板的设计

(1)楼板模板选用18㎜厚覆膜胶合板,次龙骨选用50㎜×70㎜木方,间距200㎜,主龙骨选用φ4 8×3.5㎜钢管,间距1000㎜。

(2)主梁底模模板选用18㎜厚覆膜胶合板,次龙骨选用50㎜×100㎜木方,主龙骨选用φ4 8×3.5㎜钢管,梁下设置3根次龙骨,净间距175㎜;梁下主龙骨间距小于500㎜。侧模模板选用同底模,次龙骨(内楞)选用5根40㎜×70㎜木方,沿梁高方向均匀布置;主龙骨(外楞)选用2φ4 8×3.0㎜钢管,间距500㎜,对拉螺栓选用3φ14㎜,并用蝶形扣件连接,同时主龙骨通过钢管固定于支撑架体上。

经过计算楼板、主梁、侧梁模板、主次龙骨的强度和刚度,对拉螺杆拉力均满足要求。

裙楼中心大厅高架支模脚手架平面、剖面布置图如下图所示(见图3)。

图3:高支模架剖面图

5 高架支模施工

5.1 施工工序

5.2 施工要点

(1)按规范及方案要求,对所有架体使用构配件进行质量检查和验收⑻钢管按照JGJ130-2011规定,①钢管采用GB/T13793-2008或GB/T3091-2008规定的3号普通钢管,质量应符合GB/T700-2008中Q235-A级;②扣件材质应符合GB15831-2006的规定,满足对拉扣件(抗滑)承载力设计值3.2KN,直角扣件、旋转扣件(抗滑)承载力设计值8KN;满足扣件螺栓扭紧拧力矩大于40N.M,小于65N.M的要求;③模板和木枋材质应有足够的自身承载能力。验收合格后,分类堆放备用,严禁使用未经检查的构配件。

(2)在地下室顶板结构层表面强度12N/㎜2后进行,搭设前清除搭设场地内所有杂物,杆件搭设位置及立杆位置必须放线准确定位,合上下立杆位置重合,垂直度偏差〈高支撑架架高/400,同时2米高度的垂直度偏差《15㎜;上端插螺旋可调节支托,可调顶托承插入长度不能少于300mm。支架要做到传力明确、有效,确保立杆处于轴心受压状态。

(3)精心设计混凝土浇筑方案,确保模板在施工过程中均衡受力,采用由中部开始向两边扩展的浇筑方式。同时,为避免固定式混凝土输送泵进行混凝土泵送时,管道对支撑架体产生的水平冲力及振动,采用汽车泵进行混凝土泵送。

(4)作业层上的施工荷载应符合设计要求,不得超载,及时跟踪控制支架荷载。浇筑前和浇筑过程中必须检查支撑是否可靠,扣件是否松动,发现有变形、下沉的情况要及时解决,不留隐患。

(5)裙楼中心大厅顶板施工为最后施工,高支撑架从地下室顶板开始搭设,裙楼4层及以下主体结构均已浇筑完成,且模板拆除完毕和达到一定的强度,在高支架搭设时可与周边框架柱、梁连在一起,以增加整个支撑系统的刚度。

(6)搭、拆脚手架时,周边应设置围栏和警戒标志,并派专人看守,严禁非操作人员入内。脚手架使用期间,严禁拆除任何杆件。混凝土强度达到设计要求100%后按从跨中向两端、先侧模后底模的顺序进行。

5.3 构造补充

(1)遵守《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011的相关构造要求。

(2)每根立杆底部必须设置底座或垫板,立杆与底座之间不得有间隙或松动;梁底水平横杆必须设置在梁底主节点处,均可使荷载有效扩散。

(3)相邻立杆的接头和水平杆接头应错开在不同的框格层中,不得设置在同步或同跨内。立杆接长采用对接扣件,不得采用搭接,同步内间隔1根立杆的2个相隔接头在高度方向错开的距离必须大于500㎜,各接头中心到主节点的距离不大于纵距的1/3。

(4)横杆的布设:由于水平横杆对立杆会产生偏心弯矩,在支撑架搭设时,将横杆对称相间放置,水平杆1、杆2产生的偏心弯矩正好相反,通过横向水平杆3得到弯矩平衡,可消除水平杆对立杆的偏心影响。如图4所示。

图4:水平杆设置示意图

(5)扫地杆必须纵横双向设置,并采用直角扣件固定在距垫板《200㎜处的立杆上,以减少立杆下端的悬臂长度;以如遇立杆基础不在同一高度上,必须将高处的纵向扫地杆向低处通长与立杆固定。

(6)剪刀撑的设置:沿高模板支架的四周外立面满设剪刀撑,中间每隔4排支架立杆设置1道纵向剪刀撑,;主梁两侧按高于规范的构造要求,沿梁跨度方向分别搭设连续剪刀撑,由底到顶连续设置,上端与梁底水平杆连接,下端与扫地杆连接,中间分别与立杆、水平杆连接;支架两端与中间每隔4排立杆,从顶层开始向下每隔2步距设置1道水平剪刀撑。剪刀撑斜杆应尽量用旋转扣件和与之相交的立杆固定连接。

6 应用效果

由于严格地贯彻方案设计意图,该支撑架体受力清楚,结构简单,在混凝土浇筑过程中保持稳定,整体性能良好,未出现异常情况,立杆、水平杆、剪刀撑变形微小。在架体上选择了8个沉降观测点,通过施工过程中4次观测,最大沉降量均小于施工标准规范要求。模板整体稳定,经检测,拆模后的混凝土实体结构质量符合要求。

7 结语

本工程在扣件式钢管模板高支撑架的设计和施工中,对模板支架设计计算、支撑体系架体施工、混凝土浇筑、架体拆除全过程进行了严格管理和精心施工,对规范要求和以往的施工经验做了进一步的补充和优化,并根据实际情况强化了构造措施,为本工程的高架支撑和模板专项施工取得了良好的经济效益和安全效益,并积累了高架支模的施工经验,为后续同类工程的施工提供了宝贵的经验。

参考文献:

1、建筑施工手册(第五版)[M] 中国建筑工业出版社,2012

2、中国建筑科学研究院,哈尔滨工业大学 JGJ130-2011建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S]中国建筑工业出版社,2011

3、江正荣 建筑施工计算手册[M] 中国建筑工业出版社,2007

4、DB33/1035-2006 建筑施工扣件式钢管模板支架技术规程[S] 浙江大学出版社 2006

5、JGJ162-2008 建筑施工模板安全技术规范 [S]中国建筑工业出版社,2008

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