桁架式模板支撐體系在大荷載轉(zhuǎn)換梁模板施工中的應(yīng)用

黃建西

(四川省高標(biāo)建設(shè)工程有限公司，四川成都 610081)

1 工程概況

本工程建筑結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，由整體地下室和A、B、C 棟3個主樓組成，其中:裙樓3 層;A、B 棟為高層住宅樓，建筑層數(shù):地下3 層，地上38 層，建筑高度:124.9 m;C棟為高層商務(wù)辦公樓，建筑層數(shù):地下3 層，地上34 層，建筑高度:124.9 m。本工程1～3 層裙樓為商業(yè)用房，A、B 棟4～38為標(biāo)準(zhǔn)層，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.0 m;C 棟4～29 層為標(biāo)準(zhǔn)層，層高3.0 m，30～33 層為5.2 m 的層高，34 層為5.15 m 的層高。

由于該工程為商住辦公樓，其中設(shè)計(jì)有斷面較大的框支轉(zhuǎn)換梁，框支轉(zhuǎn)換梁的具體設(shè)計(jì)概況如表1。

表1 框支轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)概況(mm)

2 桁架式模板支撐體系在工程中的應(yīng)用

2.1 框支轉(zhuǎn)換梁的施工特點(diǎn)

(1)框支轉(zhuǎn)換梁的斷面較大而跨度不大，僅局部少量布置。

(2)框支轉(zhuǎn)換梁承受上部結(jié)構(gòu)剪力墻荷載，在本層本跨起到結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的作用。

(4)梁斷面大，施工時線荷載大于20 kN/m，框支轉(zhuǎn)換梁的模板施工方案屬“超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項(xiàng)工程”，需組織專家進(jìn)行評審論證。

(5)框支轉(zhuǎn)換梁模板及支模架在混凝土澆筑時承受荷載大，對施工時支模架的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求高。

2.2 模板支撐體系選擇

對本工程B 座四層平面3、15 軸的兩根KZL2 框支轉(zhuǎn)換梁來講，由于其施工時荷載較大，如果采用傳統(tǒng)的支模方式:即將梁的模板支承荷載通過豎向立桿向下逐層傳遞至地下室底板上的做法，這不僅浪費(fèi)(要搭設(shè)6 層支撐架)，而且因傳力模式較復(fù)雜不易保證、施工難度大，故采用了桁架式模板支撐體系。

2.3 桁架式模板支撐體系的組成

桁架式模板支撐體系主要由鋼桁架、鋼牛腿和梁模板支撐體系組成(圖1～圖3)。

梁模板支撐體系仍采用50 厚木板做底模，18 厚覆膜膠合板做側(cè)模，用12 高強(qiáng)對拉螺桿和48×3.5 扣件式鋼管支撐側(cè)模。

3 桁架式模板支撐體系結(jié)構(gòu)受力分析

3.1 荷載傳遞路徑

梁自重、模板自重、施工荷載→梁底木?！M桿→鋼桁架→已澆筑的框支柱。

圖2 桁架1－1 剖面

圖3 A－A 剖面

B 座四層框支轉(zhuǎn)換梁桁架式模板支撐體系受力分析如圖4～圖6。

圖4 框架立面(KLM，T)

3.2 梁底模板受力計(jì)算

梁截面B×D=900 mm×2500 mm，木模50 mm 厚，小橫桿@300 mm，梁底模板計(jì)算主要包括模板面板和梁底支撐鋼管計(jì)算。

圖5 活載(L－L.T)

圖6 恒載(D－L.T)

(1)面板為受彎結(jié)構(gòu)，要驗(yàn)算其抗彎強(qiáng)度和剛度，按照簡支梁計(jì)算。

(2)梁底支撐鋼管的計(jì)算。作用荷載包括梁與模板自重荷載、施工活荷載等?？紤]其下的支承鋼架最少為其提供三個支點(diǎn)，其受力按兩跨連續(xù)梁計(jì)算。

(3)因面板和梁底支撐鋼管的計(jì)算與普通模板體系計(jì)算方法相同，故此處計(jì)算省略。

3.3 鋼桁架支撐體系計(jì)算

鋼桁架由四根通長［36a 槽鋼組成，兩端支承于預(yù)埋在框支柱上的20# 工字鋼牛腿上。采用計(jì)算軟件:PKPM－STS(2008年版)進(jìn)行計(jì)算。

3.3.1 荷載計(jì)算

恒荷載:25×2.5×0.9+ 0.5×(1+2)=57.75 kN/ m

活荷載:1 kN/ m

集中荷載:2 kN

最大彎矩:Mx=1.2×57.75×4.92×1/8+1.2×1×4.92×1/8+2×4.9×1/2=216.490 kN·m

My=0.000 kN·m

3.3.2 應(yīng)力計(jì)算

圖7 配筋包絡(luò)和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比(mm2)

3.3.3 鋼桁架梁計(jì)算

(1)鋼桁架梁抗彎強(qiáng)度計(jì)算。

圖8 軸力包絡(luò)圖(kN)

梁下部受拉最大彎矩M=－66.26 kN· m，最大應(yīng)力σ=112.53＜f=215.00 N/mm2滿足要求!

梁下部受拉強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力比:0.523，梁下部受拉最大彎矩M=－66.26 kN· m，穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力σ=202.35 ＜f=215.00 N/mm2滿足要求!梁下部受拉穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)力比:0.941

(2)鋼桁架梁抗剪強(qiáng)度計(jì)算。

最大剪力V = 55.55 kN，最大剪應(yīng)力τ = 20.27 ＜fv=125.00 N/mm2滿足要求!計(jì)算剪應(yīng)力比:0.162

(3)鋼桁架梁撓度計(jì)算。

①(恒+活)載作用下梁的絕對撓度

最大撓度值=5.09(mm)，最大撓度/梁跨度=1/400

②(活)載作用下梁的絕對撓度

最大撓度值=0.51(mm)，最大撓度/梁跨度= 1/500

(4)轉(zhuǎn)角處對接全焊透焊縫計(jì)算。

受力形式:拉(壓)彎剪，lw=360 mm t=9 mm N=0.00 kN，M=40.20 kN· m V= 32.07 kN，焊縫等級:一級，鋼材等級:Q235，W=lw2×t/6 = 3602×9/6=194400.00 mm3，查表:ftw=215 N/mm2;fvw=125 N/mm2

σ= N/(lw×t)+M/W=206.79 N/mm2≤(fcw)= 215 N/mm2，滿足要求。

τ=1.5V/(lw×t)= 14.85 N/mm2≤fvw=125 N/mm2，滿足要求。

σz=(σ2+3τ2)1/2=208.38 N/mm2≤1.1ftw=236.50 N/mm2，滿足要求

3.3.4 鋼桁架梁兩端部角焊縫計(jì)算

4.1 計(jì)算依據(jù)

焊縫形式:直角角焊縫，鋼材等級:Q235，受力形式:彎剪，lw= 720 mm ，he=6.00 mm，M= 0.00 kN·M，V= 55.50 kN

查表:ffw=160 N/mm2，強(qiáng)度增大系數(shù)βf=1.22，W=lw2×t/6 =518400.00 mm3，σ=M/W=0.00 N/mm2，滿足要求。τ=V/(lw×he)=12.85 N/mm2≤ffw=160 N/mm2，滿足要求。

σz=［(σ/βf)2+τ2］1/2=12.85 N/mm2≤ffw=160 N/mm2，滿足要求。

4 支座挑梁設(shè)計(jì)

4.1 計(jì)算依據(jù)

鋼材等級:Q235，梁跨度(m):0.120，梁截面:普通熱軋工字鋼I20a

梁平面外計(jì)算長度:0.240，強(qiáng)度計(jì)算凈截面系數(shù):1.000，截面塑性發(fā)展:考慮，構(gòu)件所屬結(jié)構(gòu)類別:多層鋼框架(≤12 層)，是否地震作用組合:否，梁上荷載作用方式:無荷載作用，繞X 軸彎矩設(shè)計(jì)值Mx:0.000 (kN· m)，繞Y 軸彎矩設(shè)計(jì)值My:0.000(kN·m)，剪力設(shè)計(jì)值V:70.000(kN)

設(shè)計(jì)依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017－2002)

4.2 梁構(gòu)件設(shè)計(jì)

(1)截面特性計(jì)算。

A=3.5550×10－3;Xc=5.0000×10－2;Yc=1.0000×10－1;Ix=2.3690×10－5;Iy= 1.5790×10－6;ix= 8.1600×10－2;iy=2.1100×10－2;W1x=2.3690×10－4;W2x=2.3690×10－4;W1y=3.1600×10－5;W2y=3.1600×10－5。

(2)鋼桁架梁強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果。截面塑性發(fā)展系數(shù):γx=1.050最大應(yīng)力:f=0.000 ＜［f］=215.000(N/mm2)，梁構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算滿足。

(3)鋼桁架梁整體穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果。

平面外計(jì)算長度(m):0.240，平面外長細(xì)比λy:11，受彎整體穩(wěn)定系數(shù)φb:0.904。

最大應(yīng)力:f=0.000＜f=215.000(N/mm2)，梁構(gòu)件整體穩(wěn)定驗(yàn)算滿足。

(4)梁構(gòu)件抗剪驗(yàn)算結(jié)果。

計(jì)算點(diǎn)(形心點(diǎn))以上對中和軸面積矩(m3):Sx=1.3610×10－4，梁 構(gòu) 件 計(jì) 算 最 大 剪 應(yīng) 力(N/mm2):57.450 ＜fv =125.000，梁構(gòu)件抗剪驗(yàn)算滿足。

(5)局部穩(wěn)定驗(yàn)算。

翼緣寬厚比B/T=3.42 ＜翼緣容許寬厚比［B/T］=13.0，腹板計(jì)算高厚比H0/Tw=22.74＜鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范GB 50017容許高厚比［H0/Tw］=80.0，支座梁構(gòu)件驗(yàn)算滿足要求。

4.3 框支柱混凝土局部承壓驗(yàn)算

柱支座承受單根支座梁的荷載為:N=70.000 kN，12#工字鋼寬度為:74 mm。

混凝土局部承壓面積:S=74×380=28120 mm2，σ=N/S=70×103/28120=2.4 N/mm2。

框支柱混凝土等級為C50，完全可以滿足要求。

5 梁側(cè)模板計(jì)算

計(jì)算斷面寬度900 mm，高度2500 mm，兩側(cè)樓板厚度120 mm。模板為覆膜防水膠合板18 mm 厚，內(nèi)龍骨布置9 道間距@300，內(nèi)龍骨采用50 mm×100 mm 木方，外龍骨間距600 mm，外龍骨采用雙鋼管48 mm×3.5 mm，對拉螺栓布置對拉5 道，在斷面內(nèi)水平間距300 mm、600 mm、600 mm、600 mm，斷面跨度方向間距600 mm，直徑12 mm，［fy］= 310 N/ mm2。

經(jīng)驗(yàn)算，側(cè)模面板和內(nèi)、外龍骨的抗彎、抗剪強(qiáng)度和撓度變形均滿足要求。

對拉螺栓的直徑:12 mm，對拉螺栓有效直徑:10 mm，對拉螺栓有效面積:A=76.000 mm2，對拉螺栓所受的最大拉力N=20.283 kN＜對拉螺栓最大容許拉力值［N］=76×310=23.56(kN)，對拉螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求。

6 桁架式模板支撐體系施工方法分析

與傳統(tǒng)的大荷載轉(zhuǎn)換梁模板施工方法相比，桁架式模板支撐體系施工方法具有如下幾個方面的優(yōu)點(diǎn):

(1)承受梁模板施工荷載的主承力構(gòu)件—鋼桁架可在鋼結(jié)構(gòu)工廠內(nèi)加工制作，其加工制作方法簡單、方便，制作質(zhì)量更易于保證。

(2)梁模板施工荷載通過鋼桁架傳遞給兩端的框支柱，其結(jié)構(gòu)更為合理，受力傳遞簡單、明確，增大了大荷載轉(zhuǎn)換梁模板施工的安全性。

(3)采用桁架式模板支撐體系施工方法施工大荷載轉(zhuǎn)換梁，其荷載傳遞更為簡捷、合理，不僅增強(qiáng)了施工的安全性，還大大減少了扣件、鋼管等周轉(zhuǎn)材料的投入。

(4)鋼桁架拆除后可重復(fù)使用，這種支模方式更為經(jīng)濟(jì)、合理。

7 結(jié)束語

綜上所述，桁架式模板支撐體系與傳統(tǒng)的模板支撐施工方法相比，具有經(jīng)濟(jì)、合理、操作簡便、易于施工，施工質(zhì)量、安全更易保障等優(yōu)點(diǎn)，隨著城市高層建筑的不斷增多，大荷載轉(zhuǎn)換大梁的施工越來越多，桁架式模板支撐體系解決了大荷載框支轉(zhuǎn)換梁模板支撐施工難的施工難題，具有良好的應(yīng)用前景。