懸空混凝土結(jié)構(gòu)模板支撐方式選型研究★

魏良寶

現(xiàn)代鋼筋混凝土建筑的形式多樣，各種懸空結(jié)構(gòu)(如高空連廊結(jié)構(gòu)、門式連體結(jié)構(gòu)等)一般處于高空，跨度大且體型厚大［1，2］。各懸空結(jié)構(gòu)工程特點不同，實際支模時應(yīng)根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)的特點來選擇合適的支撐體系。懸空結(jié)構(gòu)的模板支撐體系較多，但大體從其底部是否與地基接觸分為落地式、不落地式［3，4］。本文綜述了不同支撐體系的方案特點、適用范圍、經(jīng)濟性等，為實際懸空結(jié)構(gòu)的模板支撐的選型提供建議和參考。

1 落地式模板支撐

落地式支模方式是指結(jié)構(gòu)自重和施工荷載通過支撐體系直接傳遞給地基，而不用通過主體結(jié)構(gòu)或是其他形式結(jié)構(gòu)，這種支模方式主要有兩種形式:滿堂腳手架、落地格構(gòu)柱加型鋼桁架(梁)。在懸空結(jié)構(gòu)的模板支撐體系中，落地式支模方式最為常用，但是當模板支撐高度較高，并且考慮規(guī)范規(guī)定的模板支架的壓縮變形和彈性撓度在1/1 000以內(nèi)時，則支模材料用量大，搭設(shè)和拆除周期長，支模體系的自重增加較多，對基礎(chǔ)還有一定要求，同時大大增加施工過程中的危險源［2］，適用高度一般在30 m以下。

2 不落地式模板支撐

不落地支模體系是以梁(型鋼或鋼桁架)式支模體系為基礎(chǔ)，配合撐桿或拉桿形成的支模方式。斜拉桁架的支撐體系承載力較大，但考慮到有些支?？臻g無法滿足桁架高度的要求，以及經(jīng)濟性、施工便利性等因素，因此常替換成型鋼。和斜拉鋼桁架相比，增大型鋼的截面、增加斜拉桿的數(shù)量、調(diào)節(jié)斜拉桿的吊點位置也可以達到和斜拉鋼桁架同等級的承載能力，但由于型鋼平臺側(cè)向支撐的減少，和主體結(jié)構(gòu)連接點簡化，一般達不到斜拉鋼桁架同樣的整體穩(wěn)定性要求。

2.1 基本梁式模板支撐

基本梁式模板支撐采用型鋼或桁架作為承重構(gòu)件，其與周邊結(jié)構(gòu)的連接形式見圖1。

圖1 基本梁式模板支撐

2.1.1 懸挑梁式

該支撐常采用型鋼。支撐一端與主體結(jié)構(gòu)固結(jié)，另一端為自由端［7］。隨著豎向荷載的增大，端部的撓度增加很快，所以這種支撐的跨度不可能很大，且這種支撐體系支座處的作用較大，應(yīng)注意主體結(jié)構(gòu)的受力。懸挑梁式支撐跨度一般在4 m以內(nèi)，適用于自重較小的懸挑結(jié)構(gòu)。這種形式經(jīng)濟性好，用材少;工期短;施工方便，工藝簡單［8］;對施工人員要求低;高空作業(yè)量小，安全性較好，但防護要求高。

2.1.2 兩端支撐式

這種支撐方式兩端與主體結(jié)構(gòu)通過鉸接［9］或固結(jié)方式相連。鉸接的形式使得支撐跨中撓度較大，端部支座處受到的彎矩較小?？梢赃m用于框架、剪力墻等不同的結(jié)構(gòu)形式。固結(jié)的形式可以降低跨中撓度，端部與主體結(jié)構(gòu)連接處受力較大;由于固結(jié)的節(jié)點比較復(fù)雜，且實現(xiàn)需要一定的空間，所以這種支撐方式會受到主體結(jié)構(gòu)形式的限制。該支撐方式一般適用跨度為10 m～15 m，支模高度沒有太多限制;雙邊或三邊嵌固結(jié)構(gòu)均可采用。經(jīng)濟性好，用材較少，工期占用較少。但施工過程中有高空作業(yè)，需要一定的焊接、吊裝工藝，安裝技術(shù)要求較高。

2.2 撐梁式支撐體系

這種支撐方式是在梁式的基礎(chǔ)上加設(shè)撐桿［10］，見圖2。撐桿的作用相當于在梁的中部增加支座，可以大大減少支撐的懸臂長度或跨間的距離，有效降低支撐系統(tǒng)的最大撓度。由于荷載的分散作用，梁支座處主體結(jié)構(gòu)的受力和梁式支模方式相比，也有較大程度的降低。而且由于撐桿是位于支模平臺的下方，撐桿的施工不會影響工期。但撐桿作為受壓桿件，其穩(wěn)定性是該支撐方式的關(guān)鍵。撐桿的長度越大越不穩(wěn)定，所以撐桿的支座一般布置在支撐平臺下一層或兩層。撐桿與梁的連接位置不能隨意調(diào)整，所以撐桿對撓度的調(diào)節(jié)作用是有限的。這種支模方式適用于跨度和荷載中等的懸空結(jié)構(gòu)模板支撐體系，在以往工程中，這種支撐方式的最大跨度可以達到20 m以上。

圖2 撐梁式支撐體系

2.2.1 三角鋼桁架

這種支撐形式是用型鋼制作三角桁架［11］，然后可以整體吊裝到支撐平臺處。受力簡單，可以將整個桁架體系作為懸臂梁考慮，但承載力大于懸臂型鋼梁。支座處連接較復(fù)雜，對主體結(jié)構(gòu)要求高，在安裝之前需布置預(yù)埋件。該形式支撐適用于跨度一般在4 m以內(nèi)，自重中等的懸挑結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟性較好，一般不占用較多工期［12］。但型鋼用量較多，且需高空作業(yè)和一定的焊接［12］、吊裝工藝，對施工人員有一定技術(shù)要求。

2.2.2 三角鋼管架

這種支模體系是用腳手鋼管搭設(shè)三角形支模體系。這種支撐搭設(shè)形狀較復(fù)雜，與前面類型相比，整體與結(jié)點傳力情況不夠明確，受制作質(zhì)量影響大。該形式支撐適用于跨度一般在3 m以內(nèi)，自重較小的懸挑結(jié)構(gòu)。經(jīng)濟性較好，用材量較少;施工工期短，工藝簡單。但對施工人員有較高技術(shù)要求，需大量高空作業(yè)，存在安全隱患［11］。

2.2.3 鉸接撐桿

鉸接撐桿形式是將梁與撐桿分開制作，然后再進行組裝，撐桿和梁之間采用鉸接形式，可采用螺栓連接。這種支撐體系受力明確［13］，撐桿的作用不但相當于給梁加了支點，降低梁的最大撓度，且將傳給主體結(jié)構(gòu)的力分散，降低了主體結(jié)構(gòu)的受力。但撐桿作為細長的受壓構(gòu)件，仍然需要考慮其穩(wěn)定性。該形式支撐適用于跨度5 m以內(nèi)，自重中等的懸挑、兩邊或者三邊固結(jié)的結(jié)構(gòu)。經(jīng)濟性較好，用材少。工期短，施工簡便，對施工人員技術(shù)要求一般。高空作業(yè)較少，安全隱患較少。

2.3 拉梁式支撐體系

“拉梁式”支模方式和“撐梁式”支模方式原理相同，是通過增加梁的支點來提高支撐體系的承載力并降低最大撓度。和撐桿不同的是，拉桿不存在穩(wěn)定性問題，只要強度達到，拉桿就是安全的。根據(jù)需要，可以設(shè)置多道拉桿提高支撐體系的承載能力，如對于懸挑支撐平臺，跨度可達到8 m以上。而且拉桿可以采取加環(huán)筒的方式靈活的改變下端點的高度。拉桿也可以施加預(yù)應(yīng)力，做成預(yù)應(yīng)力拉桿，這將大大優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)的性能。這種支撐方式也有明顯的缺點，如拉桿吊點的位置是在支撐平臺上方，所以需要在吊點處的樓層達到一定強度后才能完成支模體系的搭設(shè)。當采用桁架梁作為主要的承重體系時，斜拉桿布置形式有多種，有預(yù)應(yīng)力斜拉鋼桁架、預(yù)應(yīng)力鋼桁架以及預(yù)應(yīng)力索托桁架等，見圖3，不同的施加預(yù)應(yīng)力方式產(chǎn)生的效果是不同的。

圖3 拉梁式支撐體系

2.3.1 斜拉型鋼

這種支撐形式是采用型鋼作為直接承力構(gòu)件，設(shè)置斜拉桿(索)［14］作為柔性支點。斜拉索可以大大降低最大撓度，而且可以通過設(shè)置多道斜拉桿，增加承載能力。和撐桿的作用相同，斜拉桿可以將荷載分散傳遞給主體結(jié)構(gòu)?？梢詫π崩瓧U施加預(yù)應(yīng)力，調(diào)節(jié)撓度，并可對施工進行調(diào)整控制［15-17］。該種支撐形式適用于跨度較大，自重中等的懸掛結(jié)構(gòu)、兩邊或三邊嵌固結(jié)構(gòu);對于懸掛結(jié)構(gòu)而言，如果設(shè)置多道拉桿，懸挑跨度可超過8 m，經(jīng)濟性較好;由于斜拉桿的施工需待斜拉桿吊點所在樓層混凝土澆筑后，并達到一定強度才行，因此該支撐對施工的工期有一定要求;其他施工簡便，對人員要求一般;存在一定高空作業(yè)。

2.3.2 斜拉鋼桁架

這種支撐形式就是將斜拉型鋼支模方式中的型鋼換為鋼桁架。鋼桁架的承載能力更大，與斜拉桿更好連接。其他結(jié)構(gòu)特點和斜拉型鋼形式相同［18，19］。該支撐形式適用于跨度大、自重高的兩邊或三邊嵌固結(jié)構(gòu)，最大跨度可達30 m以上，經(jīng)濟性較好。但需等斜拉桿支座處所在的樓層混凝土澆筑完畢后才能進行斜拉桿的安裝。施工難度較高;對施工人員要求高。必要時通過在斜拉鋼桁架的基礎(chǔ)上對斜拉桿施加預(yù)應(yīng)力，施加預(yù)應(yīng)力的好處是可以對桁架的受力重分配，優(yōu)化桁架的內(nèi)力分布，也可降低支撐體系的最大撓度，同時通過施加預(yù)應(yīng)力可以對施工進行調(diào)控［20］。

2.3.3 索托鋼桁架

這種支撐形式是將索穿過整個桁架，為桁架提供彈性支撐，控制跨中撓度并將荷載向上傳遞，且不會在桁架中產(chǎn)生有害的水平力。其承載能力要大于預(yù)應(yīng)力斜拉鋼桁架，結(jié)構(gòu)形式更合理［16］。適用于大跨度、高承重的兩邊或三邊嵌固結(jié)構(gòu)，最大跨度在30 m以上，經(jīng)濟性較好。需等斜拉桿支座處所在的樓層混凝土澆筑完畢后才能進行斜拉桿的安裝。施工難度較高;對施工人員要求高。

2.4 撐拉梁式模板支撐體系

這種支模方式兼具梁與拉桿結(jié)合和梁與撐桿結(jié)合兩種支模方式的優(yōu)缺點［2-21］。根據(jù)拉桿和撐桿的特點，一般將拉桿與梁的節(jié)點布置在靠近跨中的位置，把撐桿布置在靠近梁支座的位置，見圖4。由于撐桿和拉桿的作用，荷載傳遞到主體結(jié)構(gòu)上的力被分散了，支撐結(jié)構(gòu)的支座對主體結(jié)構(gòu)的沖切力減小。這種支撐體系的使用跨度可以達到30 m以上，隨著大跨度、大承重、形式復(fù)雜多變的懸空結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，這種支撐體系會得到更多的應(yīng)用。這種支撐方式也不僅限于兩邊嵌固的結(jié)構(gòu)，對于周邊嵌固結(jié)構(gòu)也同樣可以采用。

圖4 撐拉梁式模板支撐體系

3 結(jié)語

不同的懸空結(jié)構(gòu)形式有自己不同的特點，同一種類型的結(jié)構(gòu)形式由于跨度、自重的不同或是現(xiàn)場條件的限制，所采用的支模條件也是不同的。實際工程中，要在考慮到各個工程特點、現(xiàn)場條件以及各種支撐的特性等基礎(chǔ)上，才能選取合適的支撐形式。有些支模形式，雖然理論上性能優(yōu)異，但由于施工技術(shù)復(fù)雜等原因，如預(yù)應(yīng)力桁架體系［21］等，實際工程中應(yīng)用還較少，有待進一步的實踐來檢驗。最后，要衷心感謝南通建工集團易興中研究院級高級工程師。

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