大跨度混凝土梁高支模系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算與施工監(jiān)控措施分析探討

摘要:建筑工程高支模技術(shù)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，是監(jiān)理工作的重點(diǎn)所在。本文結(jié)合筆者多年工程監(jiān)理實(shí)踐與工程實(shí)例，詳細(xì)闡述了大跨度結(jié)構(gòu)混凝土梁模板支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)與受力驗(yàn)算，并對施工過程中的監(jiān)控措施要點(diǎn)進(jìn)行了探討和總結(jié)。

關(guān)鍵詞:混凝土梁;高支模系統(tǒng);設(shè)計(jì)驗(yàn)算;監(jiān)控措施

中圖分類號:TU93+1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

文章編號:1008-0422(2009)11-0105-02

1引言

目前大跨度、超高、超長混凝土結(jié)構(gòu)不斷增多，其支撐體系的質(zhì)量與安全關(guān)系重大，日益成為建筑工程質(zhì)量與安全監(jiān)控的重點(diǎn)。隨著《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ130-2001)的頒布實(shí)施，近年來常用落地式雙排腳手架由于進(jìn)行了較為嚴(yán)格的設(shè)計(jì)計(jì)算，架體破壞事故出現(xiàn)較少，但用腳手架桿配件搭設(shè)的模板支撐架以及非落地式和不規(guī)范施工架體的失穩(wěn)破壞事故則有明顯上升趨勢，尤其是大跨度高支撐架的失穩(wěn)破壞常造成大量的人員傷亡和重大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，高支撐架施工前應(yīng)根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)，以確保施工時高支撐架的整體穩(wěn)定及安全。

2工程概況

湖南某建筑工程項(xiàng)目為教學(xué)辦公綜合樓，總建筑面積32000m2，建筑層數(shù)為6層(底層局部架空)，建筑高度28.700m，架空層主要為停車場及設(shè)備用房。

該樓分別在東面和西面設(shè)置了人行入口和車行入口，為保證入口高度及整體效果，采用了超高、大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁結(jié)構(gòu)。東面預(yù)應(yīng)力梁截面為1000mm×l000mm，跨度20m，結(jié)構(gòu)標(biāo)高19.970m。西面預(yù)應(yīng)力梁截面最大為1400 mm×1000mm，跨度最大為16m，結(jié)構(gòu)標(biāo)高19.970m，東面和西面梁板支撐搭設(shè)高度分別為20m和23m。

3混凝土梁模板支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于本工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件較大，因此構(gòu)件恒載及施工活荷載均較大，而支撐體系高度較高，支撐體系支設(shè)難度較大。綜合考慮支撐體系應(yīng)滿足施工方便、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、易于操作等因素，確定采用滿堂鋼管腳手架支撐體系。模板均采用18mm厚的木膠合板，支撐系統(tǒng)采用截面50mm×l00mm方木和 48×3.5mm的鋼管，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測鋼管壁厚為2.6mm。

以1400mm×1000mm主梁模板支撐為例進(jìn)行計(jì)算。其鋼管立桿沿梁寬方向間距450mm，沿梁長方向間距850mm，板下立桿縱橫向間距均為600mm，立桿

步距為1.5m，支撐系統(tǒng)見圖1。

根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ130-2001)的要求，確定計(jì)算內(nèi)容如下:(1)梁模板的面板抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和撓度計(jì)算;(2)小橫桿的強(qiáng)度和撓度計(jì)算;(3)扣件抗滑移計(jì)算;(4)立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。

4模板支撐系統(tǒng)受力驗(yàn)算分析

本工程所用材料參數(shù)及荷載取值如下:

2.6mm厚Φ48鋼管:A=371mm2，[f]=205N/mm2，i=16.1mm，I=9.58×l04mm4;E=2.06×l05N/mm，W=3.99×103mm3。

18mm模板:A=1.53×l03mm2，[f]=10.5N/mm2，I=4.13×l05mm4，E=9000N/mm2，[τ]=1.4N/mm2，W=4.59×104mm3。

鋼筋混凝土自重荷載25kN/m3;模板自重荷載0.35kN/m3;振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載2.0kN/m3。

4.1模板面板計(jì)算

面板為受彎結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際搭設(shè)情況確定按多跨連續(xù)梁計(jì)算，方木作為連續(xù)梁計(jì)算支座，將靜荷載按均布荷載，活荷載按集中荷載考慮。計(jì)算簡圖見圖2。

4.1.1荷載與內(nèi)力計(jì)算

(1)鋼筋混凝土梁自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值q1=25×I×0.85=21.25kN/m。

(2)模板自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值q2 =0.35×0.85×

[2×(1.0-0.25)+1.4+0.6]/1.4=0.74kN/m。

3)活荷載為施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值與振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載P1=2×1.4×0.85=2.38kN。均布荷載q=1.2q1+1.2q2=26.39kN/m。集中荷載P=1.4P1=3.33kN。

經(jīng)計(jì)算，從左至右各支座反力分別為N1=3.63kN，N2=10.56kN，N3=11.91kN，N4=10.56kN和N5=3.63kN，

最大彎矩為Mmax=0.35kN·m，最大撓度為vmax=0.6733mm，最大剪力為Qmax =5.61kN。

4.1.2抗彎強(qiáng)度計(jì)算

截面抗彎強(qiáng)度必須滿足f=M/W<[f]，式中:f為面板的強(qiáng)度計(jì)算值;M為面板的最大彎矩值;W為面板的凈截面抵抗矩;[f]為面板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

經(jīng)計(jì)算得到面板抗彎強(qiáng)度計(jì)算值f=0.35×106/4.59×104=7.625N/mm2<[f]，滿足要求。

4.1.3抗剪強(qiáng)度計(jì)算

截面抗剪強(qiáng)度必須滿足τ=3Q/2bh<[τ]，式中:Q為面板最大剪力:b、h分別為面板的截面寬度和厚度;[τ]為面板的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。經(jīng)計(jì)算得到面板抗剪強(qiáng)度計(jì)算值τ=3×5.61×l03/(2×850×l8)=0.55N/mm<[τ]，滿足要求。

4.1.4撓度計(jì)算

截面撓度必須滿足v<[v]=l/250，式中:v為面板最大撓度，v=0.6733mm，[v]為面板的最大允許撓度值，取350/250=1.4mm，顯然滿足要求。

4.2小橫桿的強(qiáng)度計(jì)算

小橫桿按方木集中荷載作用下的連續(xù)梁計(jì)算。方木的集中力為集中荷載.而方木的集中力剛好為面板計(jì)算時得到的各支座反力.取梁截面兩側(cè)立桿的間距

作為支撐鋼管的計(jì)算跨度，每個扣件連接點(diǎn)作為支座。計(jì)算簡圖見圖3。

經(jīng)計(jì)算，從左至右各支座反力分別為N1=0.093kN、N2=5.21kN、N3=15.026kN、N4=15.38kN、N5=5.21kN和N6=0.093kN，最大彎矩為Mmax=0.69kN.m，最大撓度為vmax=0.24mm。抗彎強(qiáng)度f=0.69×l06/3。99×l03=173N/mm2<[f]=205N/mm2，滿足要求。vmax<[v]=450/150=3mm，滿足要求。

4.3扣件抗滑移計(jì)算

縱向或橫向水平桿與立桿連接時.扣件的抗滑承載力應(yīng)滿足R≤[Rc]，式中:R為縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設(shè)計(jì)值，Rc為扣件抗滑承載力設(shè)

計(jì)值。有關(guān)資料指出:當(dāng)直角扣件的擰緊力矩達(dá)40～65N·m時，試驗(yàn)表明:單扣件在12kN的荷載下會滑動。其抗滑承載力一般取8.0kN:雙扣件在20kN的荷載下會滑動，其抗滑承載力一般取12.0kN。

本例中小橫桿計(jì)算中最大支座反力值為N3=15.026kN和N4=15.38kN，均大于8.0kN，需對扣件進(jìn)行抗滑處理。具體處理方法為:大梁底小橫桿與立桿相交處采用單扣連接。小橫桿底部的大橫桿采用雙扣與立桿連接，并抵緊小橫桿。梁底內(nèi)側(cè)兩根立桿處滑移力最大。采用斜桿卸荷，卸荷斜桿直接與小橫桿采用直角扣件以卸除一部分滑移力。

4.4立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算的公式為σ=N/(φA)≤[f]，式中:N為立桿的軸心壓力設(shè)計(jì)值，為橫桿的最大支座反力和腳手架鋼管的自重之和;A為立桿凈截面積;[f]為立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;φ為軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)，可由長細(xì)比λ=l0/i，查表得到。從上式可以看出，只要確定A值就可以確定立桿的承載能力。

4.4.1立桿軸心壓力值

每根立桿承受的自重:(每米鋼管自重為7.85×371×10-3=2.91kg/m);

G立桿+G橫桿+G斜桿+G扣件=23×2.91+(0.45

+0.85) ×2.91+23×2.91+(4×l.84+15×2×1.32)=237，57k2.33kN

橫桿的最大支座反力是N4=15.38kN，故立桿軸心壓力值N=15.38+2.33=17.71kN。

4.4.2立桿 值計(jì)算

受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù) 由長細(xì)比λ= l0/i查表得到，其中l(wèi)0為立桿的計(jì)算長度，一般有如下計(jì)算方式:

(1)l0=h+2a;(2) l0=k1μh;(3) l0=k1k2(h+2a);其中，公式(1)是國家規(guī)范給出模板支架穩(wěn)定性計(jì)算的公式，公式(2)為規(guī)范給出的計(jì)算雙排腳手架立桿穩(wěn)定性的公式，公式(3)為采用分析修正法計(jì)算單肢立桿穩(wěn)定性時的公式(1)、(2)、(3)計(jì)算得到的值分別為:0.5034、0.3595和0.355.相對應(yīng)的σ1=94.83N/mm2、σ2=133N/mm2和σ3=134.5N/mm2?？梢园l(fā)現(xiàn)公式(2)和(3)比較接近，而且也比公式(1)保守，但均滿足公式σ=N/(A)≤[f]。在確定立桿穩(wěn)定性時，無論是按那種方式取值，支撐系統(tǒng)必須是幾何不可變桿系結(jié)構(gòu)或非幾何不可變桿系結(jié)構(gòu)，因此在支撐系統(tǒng)搭設(shè)中一定要按照要求設(shè)置足夠的剪刀撐和水平加強(qiáng)桿。

5支撐系統(tǒng)構(gòu)造及施工要求

5.1模板支架的構(gòu)造要求

1)立桿之間必須按步距滿設(shè)雙向水平桿，確保其在兩個方向均具有足夠的設(shè)計(jì)剛度;

(2)梁板下立桿間距不同時，應(yīng)優(yōu)先按梁下布置，板下立桿布置應(yīng)確保水平桿件的連續(xù)設(shè)置要求:

(3)整體腳手架的頂部和底部(掃地桿的設(shè)置層)必須設(shè)置整體性水平加強(qiáng)層，豎向每隔6m沿水平結(jié)構(gòu)層設(shè)置一道水平斜桿，且必須與立桿相連接;

(4)支架四周外立面應(yīng)滿設(shè)剪刀撐，中部按每4根立桿間距設(shè)置一道:

(5)立桿頂部應(yīng)裝設(shè)支托板，支托底板至支架頂層橫桿的高度不大于0.4m。

5.2梁板模板支架搭設(shè)要求

(1)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸搭設(shè)，立桿和水平桿的接頭均應(yīng)錯開在不同的框格層中設(shè)置:

(2)搭設(shè)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制鋼管的整體彎曲度，確保立桿的垂直偏差和橫桿的水平偏差滿足規(guī)范要求，斜桿應(yīng)盡量與立桿連接;

(3)腳手架搭設(shè)前應(yīng)對基礎(chǔ)進(jìn)行檢查，若基礎(chǔ)出現(xiàn)異常情況時應(yīng)及時處理，滿足要求后才允許搭設(shè)腳手架。

5.3支模施工過程中的監(jiān)控措施

高支模技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及到設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、檢測等多個部門，尤其在施工安全方面更為重要，因此，應(yīng)認(rèn)真做好安全、質(zhì)量的技術(shù)交底工作，應(yīng)設(shè)一名專職的質(zhì)量安全人員在現(xiàn)場對整個施工現(xiàn)場進(jìn)行質(zhì)量與安全監(jiān)控，包括對現(xiàn)場材料的檢驗(yàn)以及對預(yù)埋吊環(huán)、套環(huán)、連接構(gòu)件及焊縫的檢查驗(yàn)收，以保證其位置正確、連接無誤，每道工序完成后，須先自檢，經(jīng)質(zhì)安、監(jiān)理驗(yàn)收完成后，方可進(jìn)行下一道工序施工。

5.4混凝土澆筑施工過程中的監(jiān)控

(1)混凝土澆筑時應(yīng)采用從中部開始再向兩邊擴(kuò)展的澆筑方式。為了避免物料集中和減小施工過程中產(chǎn)生過大的活荷載。對梁采用了分層澆筑的方法進(jìn)行施工，先從梁一側(cè)向另一側(cè)澆筑，第一次澆筑高度為0.5m，在混凝土初凝前澆筑另一半混凝土，然后澆筑板體混凝土;

(2)嚴(yán)格控制實(shí)際施工荷載不超過設(shè)計(jì)荷載，禁止鋼筋等材料在支架上方堆放，避免泵管出料El處產(chǎn)生混凝土過度堆積.在施工中設(shè)專人對施工荷載進(jìn)行監(jiān)控;

(3)在確保安全的前提下，應(yīng)對支架整體位移進(jìn)行監(jiān)測，在澆筑開始后，派人檢查支架及其支承情況，發(fā)現(xiàn)有下沉、松動等變形情況時，須及時予以解決。

6結(jié)語

綜上所述，通過按照支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案組織施工，順利完成本工程大跨度預(yù)應(yīng)力梁的施工任務(wù)，經(jīng)過觀測，該支撐系統(tǒng)在施工過程中整體變形值最大值為12mm，滿足整體要求，通過實(shí)踐證明，該方案切實(shí)可行。

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