某商場(chǎng)門廳高大模板設(shè)計(jì)與分析

張金輪，江 莉，韓有民

(安徽工程大學(xué) 建筑工程學(xué)院，安徽 蕪湖241000)

0 引 言

隨著我國(guó)城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，樓層高、跨度大、超厚現(xiàn)澆板的建筑結(jié)構(gòu)形式也隨之出現(xiàn)，扣件式鋼管模板支撐體系的應(yīng)用越來越多，[1]高大模板 (高大模板支撐系統(tǒng)是指建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土構(gòu)件模板支撐高度超過8m，或搭設(shè)跨度超過18m，或施工總荷載大于15kN/m2，或集中線荷載大于20kN/m的模板支撐系統(tǒng))已在建筑施工過程中被廣泛應(yīng)用。而高大模板支撐系統(tǒng)失穩(wěn)坍塌的情況時(shí)有發(fā)生，其主要原因是部分施工企業(yè)對(duì)高支模體系的搭設(shè)未引起足夠的重視，對(duì)模板工程安全專項(xiàng)施工方案的編制、審批把關(guān)不嚴(yán)，對(duì)涉及施工安全的重點(diǎn)部位和環(huán)節(jié)的檢查督促落實(shí)不到位；部分施工項(xiàng)目部質(zhì)量安全保證體系不健全，責(zé)任制不落實(shí)，未認(rèn)真履行職責(zé)，現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)的支撐體系不符合規(guī)定，從而造成重大的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。[2]高大模板合理的設(shè)計(jì)方案和安全控制措施對(duì)提高工程質(zhì)量，保障施工安全具有十分重要的意義。

1 工程概況

某商場(chǎng)二期工程， 由 1＃、2＃、3＃、4＃ 建筑群組成，總建筑面積80031.20m2。其中，2＃樓，地下1層，地上11層，總建筑高度43.9m。地下室板底標(biāo)高-5.7m，2層板面標(biāo)高5.35m，3層板面標(biāo)高10.75m。2層板面在軸線1-4與軸線P-M門廳區(qū)域開洞，該區(qū)域地下室(板厚為250mm)板頂標(biāo)高為-1.2m，局部地下室以外地面做至-1.2m。該區(qū)域3層板面模板工程立桿架設(shè)高度達(dá)11.95m，結(jié)構(gòu)平面框架柱方柱截面為800mm×800mm，圓柱直徑為800mm，梁截面尺寸為 400mm×750mm(內(nèi)框架梁)，250mm×750mm(外 圍 弧 形 梁)，300mm×600mm(次 梁 )，250mm×600mm(次梁)，板厚120mm。由上述可知，2＃樓軸線1-4與軸線P-M區(qū)域3層結(jié)構(gòu)平面模板工程屬于高大模板范疇。該部分模板工程采用扣件式滿堂模板支撐體系，混凝土工程采用泵送工藝施工。

2 材料選用

桿配件、節(jié)點(diǎn)的規(guī)格、質(zhì)量和性能，是模板支架承載能力和工作安全的技術(shù)基礎(chǔ)，必須按保證和協(xié)調(diào)要求科學(xué)規(guī)范其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，嚴(yán)加控制，不得隨意放松。[3]

1.模板采用 18mm 厚膠合板(1830×915×18)，應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《混凝土模板用膠合板》ZBB70006的規(guī)定。

2.木材采用3000×100×50松木方，木材材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50005-2003)的規(guī)定。

3.鋼管采用48×3.5mm(新標(biāo)準(zhǔn)要求為48.3×3.6mm，目前本地區(qū)市場(chǎng)尚未成批生產(chǎn))，鋼管壁厚不小于3.5mm，應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《直縫電焊鋼管》(GB/T13793-2008)中規(guī)定的Q235普通鋼管的要求，并應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T700-2006)中Q235A級(jí)鋼的規(guī)定。

4.立桿底部均采用16槽鋼做為底座，縱橫向通長(zhǎng)布置；對(duì)拉螺栓采用M14普通螺桿。應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T700-2006)和《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T1591-2008)的規(guī)定。

5.扣件采用可鍛鑄鐵制作，其質(zhì)量和性能應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼管腳手架扣件》GB15831規(guī)定。

3 高大模板設(shè)計(jì)

本工程在梁、板混凝土澆注之前，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件已經(jīng)施工完成，結(jié)構(gòu)柱達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度且模板拆除完畢。門廳區(qū)域以外一定范圍內(nèi)(覆蓋面積應(yīng)超過高大模板面積的30%)，2層結(jié)構(gòu)下立桿支撐不得拆除，以保證高大模板支撐體系水平荷載向周邊傳遞。

3.1 立桿布置(詳見圖1)

圖1 3層結(jié)構(gòu)平面立桿及剪刀撐布置圖

1.梁兩側(cè)立桿布置以距兩側(cè)外邊緣250mm為宜，即使得扣件所受豎向荷載不致過大，又留置合理的施工空間。400mm×750mm梁兩側(cè)立桿間距按0.9m布置，梁底增設(shè)2根立桿，梁縱向立桿最大間距按0.8m布設(shè)。其余梁兩側(cè)立桿間距按0.8m布置，梁底增設(shè)1根立桿，梁縱向立桿最大間距按0.8m布設(shè)。本工程外圍250mm×750mm弧形梁，立桿架設(shè)先不考慮其位置影響，并延伸出弧形梁以外，再對(duì)弧形梁按分段折線梁加密處理，即按折線梁兩側(cè)立桿間距為0.8m，梁底增設(shè)1根立桿，縱向立桿最大間距按0.8m布設(shè)。此立桿布置方案即保證了立桿縱橫貫通，提高體系的整體性，又確保了外圍弧形梁立桿承載能力。研究表明：混凝土澆筑過程中存在特殊現(xiàn)象，即主梁下個(gè)別立桿退出工作，致使相鄰立桿的軸力大幅度增加，成為安全隱患，故本工程中小梁下均增設(shè)1根立桿。

2.立桿全部采用對(duì)接接長(zhǎng)，立桿的對(duì)接扣件交錯(cuò)布置，兩相鄰立桿的接頭不能設(shè)置在同步內(nèi)，同步內(nèi)隔1根立桿的兩個(gè)相隔接頭在高度方向錯(cuò)開的距離不小于500mm，各接頭中心至主節(jié)點(diǎn)距離控制在步距的1/3內(nèi)。嚴(yán)禁出現(xiàn)斷頭桿、懸空桿等架設(shè)情況。

3.縱、橫梁兩側(cè)立桿布置完成，按立桿平面縱橫貫通原則，板下立桿確定最大縱橫間距為0.8m×0.8m。

4.若連接立桿的水平桿被框架柱隔斷，在柱外邊緣200mm處補(bǔ)充立桿，加設(shè)水平橫桿作局部加強(qiáng)。

3.2 水平桿布置(詳見圖2)

1.體系中水平桿應(yīng)以最大梁高的梁下鋼管大楞作為最上一層水平桿，即節(jié)省材料，又便于施工。以400mm×750mm框架梁梁底鋼管大楞作為第一層水平桿，縱橫布置，以沿第一道水平拉桿自上而下按不超過1.5m步距布置縱橫水平桿。梁底下第一層與第二層水平桿之間加設(shè)一層水平桿作為水平加強(qiáng)層。

2.2層(作夾層處理)結(jié)構(gòu)平面標(biāo)高5.35m，以上200mm沿縱橫方向按縱下橫上設(shè)一層水平桿，兼做其他區(qū)域3層結(jié)構(gòu)模板支撐的掃地桿。

3.在地下室板頂及地面以上200mm沿縱橫方向按縱下橫上設(shè)掃地桿，掃地桿在不同標(biāo)高處，高處向低處掃地桿延伸不少于3跨。

圖2 3層結(jié)構(gòu)平面支撐體系1-1剖面圖

4.當(dāng)梁縱向立桿間距在400mm-800mm之間時(shí)，沿梁縱向每?jī)闪U中間增設(shè)一道橫向水平桿作為梁底支撐小橫桿，以保證縱向梁底模板的變形要求。

5.水平桿采用對(duì)接接長(zhǎng)，兩相鄰水平桿接頭不允許設(shè)置在同步或同跨內(nèi)，各接頭中心至最近主節(jié)點(diǎn)的距離不大于250mm。

3.3 梁、板底模板設(shè)計(jì)

梁底增設(shè)2根立桿時(shí)，梁底設(shè)3根方木；梁底增設(shè)1根立桿時(shí)，梁底設(shè)2根方木；即保證方木的承載力要求，又使得梁底立桿居中設(shè)置。板底方木按縱向間距300mm進(jìn)行布設(shè)。

3.4 梁側(cè)模板設(shè)計(jì)

400mm×750mm，250mm×750mm 梁側(cè)布置 4根枋木作為小楞，梁側(cè)沿縱向按最大間隔800mm布置2道對(duì)拉螺栓，最下一道距梁底150mm，按上疏下密原則布設(shè)；300mm×600mm、250mm×600mm梁側(cè)布置3根枋木作為小楞，梁側(cè)沿縱向按最大間隔800mm布置1道對(duì)拉螺栓，距梁底150mm；盡量保證對(duì)拉螺栓與梁底縱向小橫桿位置對(duì)應(yīng)，確保不出現(xiàn)脹?，F(xiàn)象。

3.5 剪刀撐布置

豎向剪刀撐、水平剪刀撐與主體結(jié)構(gòu)固結(jié)點(diǎn)等是影響支撐架體系整體穩(wěn)定的主要因素，剪刀撐設(shè)計(jì)的合理性直接影響體系的安全可靠，其設(shè)計(jì)地位甚至高于承載力驗(yàn)算，必須以圖示明確布置方式。

1.豎向剪刀撐布設(shè)原則：沿外側(cè)周圈四周設(shè)由下至上的豎向連續(xù)剪刀撐，中間在縱橫向設(shè)由下至上的豎向連續(xù)式剪刀撐，剪刀撐桿件的底端應(yīng)與地面或地下室頂板面頂緊，夾角宜為45度-60度。

2.水平剪刀撐布設(shè)位置：最大框架梁下第一層水平拉桿位置布設(shè)連續(xù)式水平剪刀撐；自上而下豎向剪刀撐底部設(shè)置一層水平剪刀撐；立桿底部掃地桿處布設(shè)連續(xù)式水平剪刀撐，共計(jì)3層。本工程高大模板外圍立桿布置不規(guī)則，故3層水平剪刀撐平面布設(shè)保持一致，抵抗水平荷載作用。

3.6 支架體系與主體結(jié)構(gòu)固結(jié)點(diǎn)設(shè)置

在立桿周圈外側(cè)所有結(jié)構(gòu)柱的部位、中間有結(jié)構(gòu)柱的部位，按豎向每?jī)刹介g距與結(jié)構(gòu)物設(shè)置固結(jié)點(diǎn)。即按要求用鋼管對(duì)結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行四邊抱箍，圓柱固結(jié)點(diǎn)應(yīng)增設(shè)斜向抱箍。并用鋼管連墻件將水平桿與之扣接，以增加支撐體系的側(cè)向剛度和穩(wěn)定性。

3.7 扣件選用

扣件類型包括直角扣件、旋轉(zhuǎn)扣件、對(duì)接扣件。圖2中樓板、梁豎向荷載均通過扣件傳遞，而縱、橫向水平桿的軸線與立桿軸線在主節(jié)點(diǎn)上并不匯交在一點(diǎn)。一般情況下，此偏心產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力不大，為簡(jiǎn)化計(jì)算，予以忽略。由此帶來的不安全因素，通過有關(guān)調(diào)整系數(shù)在立桿穩(wěn)定性計(jì)算中加以考慮。可見扣件抗滑承載力也是重點(diǎn)驗(yàn)算之一，設(shè)計(jì)中必須明確使用要求。本工程所有框架梁、次梁與板下立桿與水平拉桿、鋼管大楞與立桿及水平桿連接采用雙扣件扣緊，其余位置可用采用單扣件連接。

3.8 混凝土澆筑方案

先澆筑豎向構(gòu)件，達(dá)到強(qiáng)度后拆除模板再進(jìn)行梁板澆筑。本工程3層區(qū)域由中間400mm×750mm梁中部向兩邊對(duì)稱澆注，以保證澆筑過程中支撐體系的承載力與穩(wěn)定性要求。

3.9 地面硬化處理

地面最上層采用混凝土地面，以保證立桿底部承載力要求，自上至下做法如下。

1.澆筑150厚C20混凝土地面，隨搗隨抹平至-1.2m標(biāo)高(與地下室頂板面平齊，并做好排水措施)。

2.200mm厚級(jí)配碎石墊層，壓實(shí)系數(shù)不低于94%。

3.素土分層夯實(shí)600mm，每層200mm，壓實(shí)系數(shù)不低于93%。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，立桿地基承載力可達(dá)120-150KPa。

3.10 安全網(wǎng)

支撐體系外圍掛1.2米高安全網(wǎng)，中部懸掛密目安全網(wǎng)，以加強(qiáng)安全措施。

4 荷載取值

模板支撐架結(jié)構(gòu)雖屬于臨時(shí)性工程結(jié)構(gòu)，但更多體現(xiàn)出的是施工設(shè)施的特性：復(fù)雜性、變化性、隨機(jī)(意)性和難控性。[4]需要按其實(shí)際情況建立適合的設(shè)計(jì)和使用規(guī)定，并采用一些調(diào)整系數(shù)考慮各種變化因素的影響;以確保體系安全承載和正常工作條件。設(shè)計(jì)驗(yàn)算中，對(duì)主控荷載進(jìn)行了適當(dāng)放大，以提高體系的安全度。

模板自重(kN/m2)：0.50；鋼筋自重(kN/m3)：1.50；混凝土自重(kN/m3)：24.0；施工均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)：3.0，設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓取 0.40kN/m2；傾倒混凝土側(cè)壓力(kN/m2)：4.0，豎向壓力(kN/m2)：2.0；振搗混凝土荷載標(biāo)準(zhǔn)值 (kN/m2)：4.0；混凝土的澆筑速度，取3.000m/h。

5 設(shè)計(jì)驗(yàn)算

整體失穩(wěn)是滿堂支撐架的主要破壞形式，故扣件式高大模板支撐體系設(shè)計(jì)驗(yàn)算的核心內(nèi)容是樓板、大梁下立桿穩(wěn)定性與立桿地基承載力驗(yàn)算及大梁下扣件承載力驗(yàn)算。

5.1 樓板、梁下立桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算

按組合風(fēng)荷載驗(yàn)算穩(wěn)定性：N/φA+MW/W≤f

式中：N—計(jì)算立桿段的軸向力設(shè)計(jì)值(N)；

φ—軸線受壓穩(wěn)定系數(shù)，其數(shù)值的確定考慮了支架體系的整體穩(wěn)定性；

A—立桿的截面面積(mm2)；

MW—計(jì)算立桿段風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的彎矩(N·mm)；

f—鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)。

5.2 樓板、梁立桿地基承載驗(yàn)算

立桿基礎(chǔ)底面的平均壓力應(yīng)滿足右式要求

式中：pk—立桿基礎(chǔ)底面處的平均壓力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；

Nk—上部結(jié)構(gòu)傳至立桿基礎(chǔ)頂面的軸向力標(biāo)準(zhǔn)值(KN)；

A—基礎(chǔ)底面面積(m2)；

fg—地基承載力特征值(kPa)。

5.3 大梁下扣件抗滑承載力驗(yàn)算

縱向或橫向水平桿與立桿連接時(shí)，驗(yàn)算公式為：R≤Rc

其中Rc—單扣件抗滑承載力設(shè)計(jì)值，取8.00kN；雙扣件抗滑承載力設(shè)計(jì)值，取12.00kN；

R—縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設(shè)計(jì)值。

本工程按荷載最不利情況進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)驗(yàn)算均滿足承載力要求，受篇幅限制不作詳述，驗(yàn)算內(nèi)容如下：

1.400mm×750mm梁，梁兩側(cè)立桿間距0.9m，梁縱向立桿間距0.80m，立桿最大架設(shè)高度11.95m。梁底增設(shè)2根立桿，梁底3根方木小楞，梁側(cè)4根枋木小楞，沿梁縱向每間隔800mm布設(shè)2道對(duì)拉螺栓，距梁底150mm，板厚取120mm計(jì)算，驗(yàn)算梁側(cè)與梁底支撐。

2.250mm×750mm外圍弧形梁，按加密方式梁兩側(cè)立桿間距0.9m，梁縱向立桿間距0.80m，立桿最大架設(shè)高度11.95m。梁底增設(shè)1根立桿，梁底2根方木小楞，梁側(cè)4根枋木小楞，沿梁縱向每間隔800mm布設(shè)2道對(duì)拉螺栓，最下一道距梁底150mm，板厚取120mm計(jì)算，驗(yàn)算梁底支撐。

3.120mm厚樓面板縱橫向最大間距為0.80m×0.80m，立桿架設(shè)高度取11.95m。板底縱向方木間距300mm，驗(yàn)算板下模板支撐。

6 主要安全措施

模板支架的工作狀態(tài)可按混凝土澆筑前、混凝土澆筑期和混凝土澆筑后來劃分?；炷翝仓谀０逯Ъ艿墓ぷ鳡顟B(tài)非常獨(dú)特，模板支架必須承擔(dān)伴隨著混凝土的澆筑而產(chǎn)生的一系列荷載?；炷翝仓陔m然只有幾個(gè)小時(shí)，卻是最危險(xiǎn)的時(shí)期。[5]故在混凝土澆筑前的安全準(zhǔn)備工作，和混凝土澆筑過程中的觀測(cè)是十分重要的。

扣件式滿堂架搭設(shè)前，應(yīng)按施工組織設(shè)計(jì)的要求向佩有危險(xiǎn)作業(yè)操作資格證書的搭設(shè)和使用人員做技術(shù)與安全作業(yè)要求交底。并對(duì)鋼管、扣件等應(yīng)進(jìn)行檢查驗(yàn)收，嚴(yán)禁使用不合格的材料。嚴(yán)格控制實(shí)際施工荷載不超過設(shè)計(jì)荷載，鋼管等材料在支架上堆放時(shí)，堆載高度不超過10cm。

模板安裝完畢，在澆筑砼前對(duì)存在安全隱患位置重點(diǎn)檢查、巡查，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行混凝土澆注施工。澆筑過程中，支撐系統(tǒng)下嚴(yán)禁站人，外圍5米處設(shè)置警戒線，派人在警戒線外用經(jīng)緯儀設(shè)觀測(cè)點(diǎn)檢查支架承載情況。

1.立桿底座滑動(dòng)或沉降明顯，墊板晃動(dòng)(觀察)；

2.立桿垂直度：立桿頂部至底部水平偏差大于10mm(經(jīng)緯儀觀測(cè))；

3.水平桿步距：上下相鄰水平桿豎向偏差大于20mm(經(jīng)緯儀觀測(cè))；

4.立桿間距：水平偏差大于20mm(經(jīng)緯儀觀測(cè))。

發(fā)現(xiàn)上述情況之一時(shí)，既形成坍塌征兆，應(yīng)立即停止施工，疏散施工人員，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安全管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全技術(shù)評(píng)估后方能安排人員到架下加固。

7 安全管理

項(xiàng)目經(jīng)理為現(xiàn)場(chǎng)安全第一責(zé)任人，項(xiàng)目副經(jīng)理為現(xiàn)場(chǎng)直接安全責(zé)任人?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)成立高大模板施工安全管理領(lǐng)導(dǎo)組和應(yīng)急救援領(lǐng)導(dǎo)組，針對(duì)高大模板施工過程中可能發(fā)生的高空墜落、模板坍塌、物體打擊等緊急情況做好應(yīng)急準(zhǔn)備和及時(shí)響應(yīng)。

8結(jié) 語

1.本工程高大模板專項(xiàng)施工方案按照現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定等進(jìn)行支架體系的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，并通過專家組的論證，專家組同時(shí)對(duì)方案提出了相應(yīng)整改意見，要求施工中落實(shí)相應(yīng)的監(jiān)督、檢查、檢測(cè)、驗(yàn)收等各項(xiàng)監(jiān)控措施，并提出混凝土澆筑過程中安全處理的量化指標(biāo)。施工中嚴(yán)格按照方案設(shè)計(jì)要求，切實(shí)落實(shí)過程控制及安全管理工作，過程中未出現(xiàn)支架下沉、脹模、結(jié)構(gòu)開裂等質(zhì)量問題和安全事故，成功實(shí)現(xiàn)預(yù)期的質(zhì)量、安全管理目標(biāo)。

2.目前高大模板專項(xiàng)施工方案往往存在設(shè)計(jì)針對(duì)性不強(qiáng)，沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)思路等問題，致使方案不能很好地指導(dǎo)工程實(shí)際。通過對(duì)扣件式高大模板支撐體系的系統(tǒng)分析，結(jié)合大量實(shí)際工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行歸納整理，形成較為全面的設(shè)計(jì)主體內(nèi)容，對(duì)同類工程起到一定的借鑒作用。

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