某高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層模板支撐施工技術(shù)

孫金坤， 潘宏青， 楊 柳

(1. 攀枝花學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院， 四川攀枝花 617000；2. 攀枝花市工程結(jié)構(gòu)技術(shù)研究中心， 四川攀枝花 617000；3.西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院， 四川成都 610039)

某高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層模板支撐施工技術(shù)

孫金坤1,2， 潘宏青1,3， 楊 柳1,2

(1. 攀枝花學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院， 四川攀枝花 617000；2. 攀枝花市工程結(jié)構(gòu)技術(shù)研究中心， 四川攀枝花 617000；3.西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院， 四川成都 610039)

針對某高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)上部荷載較大、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的構(gòu)件尺寸較大、模板支撐體系施工技術(shù)復(fù)雜的特點(diǎn)，通過對比結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層支撐腳手架的施工方法及其特點(diǎn)，選定落地支撐法施工該工程項目，并準(zhǔn)確計算支撐腳手架在承載力極限狀態(tài)下和正常使用極限狀態(tài)下承載力，從而節(jié)省了腳手架和模板的使用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益，為同類工程提供有益的參考。

轉(zhuǎn)換層； 支撐架； 支撐形式； 施工技術(shù)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的各大城市的高層、超高層建筑的數(shù)量也有了突飛猛進(jìn)的增長，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)置成為這類建筑必不可少的一部分。高層、超高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)建筑的上部荷載比較大，使得結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的構(gòu)件尺寸都普遍較大，在實際的施工中常常遇到很多的施工難題，模板支撐體系的布置少有研究，然而支撐體系布置得當(dāng)不僅可以縮短周轉(zhuǎn)材料的使用周期，還能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，對工程施工具有重大的意義?；谝陨?，本文針對某短肢剪力墻結(jié)構(gòu)樓層轉(zhuǎn)換層模板支撐施工技術(shù)進(jìn)行探討和研究。

1 工程介紹

某工程項目位于攀枝花市炳三區(qū)某公路路口，該樓主樓為27層，塔樓為2層，地下3層。該樓主樓的地上4層為框架結(jié)構(gòu)，5層及以上樓層采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層位于主樓的4層，第4層的梁為鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換梁，該轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸為1 200 mm×1 600 mm。

針對本工程的轉(zhuǎn)換層的構(gòu)件截面尺寸大、構(gòu)件位置高、施工荷載大等一系列問題，本文做出了詳細(xì)的討論，以此指導(dǎo)本工程及類似工程的施工。

2 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層支撐腳手架的施工方法及其特點(diǎn)

在工程實踐中，轉(zhuǎn)換層支撐腳手架的可靠性和穩(wěn)定性是轉(zhuǎn)換層施工時需要考慮的一個非常重要的方面[1]，因此必須進(jìn)行嚴(yán)格的理論論證以及詳細(xì)的設(shè)計計算和說明。目前實際工程中最常見的3種模板施工方法為落地支撐法、疊合梁原理法和吊模法[2]。

2.1 落地支撐法

落地支撐法就是將轉(zhuǎn)換層構(gòu)件的自重及施工的全部荷載傳遞到模板上，再由模板通過腳手支撐架傳遞到在轉(zhuǎn)換層的下層結(jié)構(gòu)的頂板上[3]。這種支撐需要大量扣件腳手架或碗扣式腳手架，通常適用于施工現(xiàn)場有較多的可以周轉(zhuǎn)使用的腳手架，且要求轉(zhuǎn)換層的層高較低。在搭設(shè)模板支撐的過程中，要求支撐立桿要垂直，以保證上部荷載的能夠垂直傳遞。在腳手支撐架拆除以前需要確定合理的拆除順序，然后再進(jìn)行拆除以防發(fā)生工程事故。在結(jié)構(gòu)施工時由于模板單位面積上承受的均布荷載比較大，通常選用剛度比較大的模板(如鋼模板)。支撐架多采用扣件式鋼管腳手架作支撐，這種支撐方法通常不進(jìn)行承載力計算。但是當(dāng)轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)構(gòu)架尺寸比較大、結(jié)構(gòu)自重大、施工荷載大，采用這種支撐方法時必須進(jìn)行嚴(yán)格的荷載計算。

2.2 疊合梁原理法

疊合梁原理法就是在澆筑尺寸較大的混凝土構(gòu)件時設(shè)置水平的施工縫，將構(gòu)件分兩(多)次澆筑而成。在第一次澆筑的混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度以后，充分利用混凝土的這一強(qiáng)度，將混凝土和模板組合在一起作為二次澆筑的支撐。由于混凝土是分兩層澆筑的，第一次澆筑未能把所有的混凝土全部澆筑，混凝土的模板、腳手支撐架所承受的施工荷載可以適當(dāng)降低，模板和腳手支撐架的用量也就可以適當(dāng)降低。該施工方法可以減少一次性澆筑混凝土的重量，可以大大減少支撐架、模板的用量，便利于模板和支撐架的設(shè)計，同時又可以降低工程施工成本，節(jié)省造價。

2.3 吊模法

吊模法就是在模板下部不設(shè)支撐，利用吊桿將混凝土的自重、施工荷載及模板系統(tǒng)的自重傳遞到外加的輔助性傳力構(gòu)件或結(jié)構(gòu)自身的豎向受力構(gòu)件上，吊模系統(tǒng)由支墩、吊架、吊桿和模板組成，其荷載傳遞路徑如圖1所示。

圖1 吊模法施工荷載傳遞示意

吊模法施工具有構(gòu)造簡單、傳力明確、造價低等特點(diǎn)[4]。吊模法施工是一種相對獨(dú)立的模板支撐方法，目前行業(yè)內(nèi)還沒有相關(guān)的可遵循的技術(shù)參數(shù)，還沒有制定相應(yīng)的操作規(guī)范與設(shè)計規(guī)程。吊模法在實際工程中也僅做為一種工具式支撐使用，目前還沒有得到大規(guī)模的推廣。

3 支撐腳手架施工設(shè)計

結(jié)合高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層實際情況，本工程選用落地支撐法施工最適合。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的腳手支撐架的設(shè)計應(yīng)當(dāng)符合《建筑結(jié)構(gòu)統(tǒng)一設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定[5]，采用“以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)方法”，因此本工程在轉(zhuǎn)換梁的模板腳手支撐架設(shè)計計算時，應(yīng)分別按正常使用極限狀態(tài)和承載力極限狀態(tài)來計算、驗算相關(guān)的項目。

3.1 按承載力極限狀態(tài)的計算項目

承載力極限狀態(tài)是指當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大的極限承載能力或繼續(xù)施加荷載后結(jié)構(gòu)破壞時的臨界狀態(tài)，如結(jié)構(gòu)構(gòu)件因荷載過大，產(chǎn)生過度的塑性變形導(dǎo)致材料的強(qiáng)度發(fā)生破壞，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失去穩(wěn)定性而破壞，這種臨界狀態(tài)被稱為結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)。由此，腳手支撐架按承載力極限狀態(tài)設(shè)計計算的項目應(yīng)為：(1)立桿的承載力；(2)腳手架節(jié)點(diǎn)的連接強(qiáng)度；(3)連墻件的抗傾覆能力；(4)腳手架的立管的穩(wěn)定性；(5)腳手架基礎(chǔ)的承載力。

3.2 按正常使用極限狀態(tài)的計算項目

當(dāng)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定的允許值的限值時的狀態(tài)，如彎曲變形過大、裂紋寬度過大、局部破損等影響正常使用的破壞或變形。這就是結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)。腳手支撐架按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計計算的項目應(yīng)該有：(1)水平桿的彎曲變形驗算；(2)腳手支撐架結(jié)構(gòu)的換算長細(xì)比和單排立桿的長細(xì)比。

3.3 本工程計算內(nèi)容

一般情況下腳手架的一些桿件在正常使用的條件下都具有足夠的承載力，因此就沒有必要進(jìn)行逐項的計算[6]。本工程的計算項目為[7]：(1)立桿的穩(wěn)定承載力；(2)大跨度的水平桿件的抗彎強(qiáng)度和撓曲變形；(3)連墻件的抗拉、抗壓承載力；(4)立桿基礎(chǔ)的承載力。

本工程采用的模板支撐體系的計算如下。

首先對1 200 mm×1 600 mm的大梁截面進(jìn)行驗算。

3.3.1 梁上部分布的線荷載Q的設(shè)計值計算

根據(jù)工程實際的施工情況，梁上部分布的線荷載Q的設(shè)計值計算(kN/m)，應(yīng)當(dāng)考慮到以下荷載：

(1)大梁自重25 kN/mm2(含鋼筋)：25×1.6×1.2=48 kN/m

(2)大梁的翼板重(一邊寬0.9 m)：25 ×2×0.25×0.9=11.25 kN/m

(3)施工活荷載：(取2.2 m寬，2.5 kN/ mm2)：2.2×2.5=5.5 kN/m

(4)混凝土承受的沖擊荷載，按2.0 kN/m計算 ：1×2.0=2 kN/m

(5)混凝土振動器荷載，按2.0 kN/M計算：1×2.0=2 kN/m

(6)模板及支架荷載，根據(jù)實測按3.0 kN/m計算。

根據(jù)(JGJ 130-2011)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，荷載設(shè)計值為：

q=(1.2×48+11.25+3)+1.4(5.5+2+2)=88 kN/m

3.3.2 腳手支撐架鋼管承載力計算

腳手支撐架為選用φ48×3.5的鋼管, 承載力公式如下：

(1)

式中：P為鋼管承載力；A為鋼管的截面積，對于φ48×3.5鋼管A=489 mm2；f為鋼管的抗壓強(qiáng)度,取值為205 N/mm2；ψ為穩(wěn)定系數(shù)。

由長細(xì)比λ查表得：

(2)

λ=L0/i=2 100/15.78=171。由λ查相關(guān)表得：ψ=0.243，

則每根鋼管的承載力由式(1)得：

P=A·f·ψ=489×205×0.243=24 359N=24.36kN

但東南大學(xué)結(jié)構(gòu)實驗室破壞性試驗結(jié)果表明[8]：扣件最大抗滑力為，單扣件8kN，雙扣件12kN，因此，如果豎桿的上端采用雙扣件連接，則最大抗滑移的力只有P=12kN，從而計算出需要的立桿數(shù)為：

n=Q/P=88/12=7.3根，取8根比較安全。

這是縱向(沿梁方向)間距為500mm布置的立桿，這兩個250mm之間的橫向桿的水平間距為775mm，兩側(cè)見圖2，其它轉(zhuǎn)換大梁參照執(zhí)行。

4 結(jié)論

(1)通過對比結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層支撐腳手架的施工方法及其特點(diǎn)，最終選用落地支撐法施工該工程項目。通過對該工程轉(zhuǎn)換層模板腳手支撐系統(tǒng)的合理設(shè)計和計算，施工人員嚴(yán)格按照設(shè)計選用的材料和結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行施工，節(jié)省了大量腳手架和模板的使用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。

(2)在整個轉(zhuǎn)換層施工中，由于設(shè)計合理、措施得力，沒有發(fā)生脹模和支撐架失穩(wěn)的質(zhì)量、安全事故，保證了工程的質(zhì)量，減少了工程安全事故的發(fā)生。

[1] 姚剛，彭志，周忠明.高層建筑轉(zhuǎn)換層支撐架設(shè)計及應(yīng)用研究[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報，2003，47(2)：73-76.

[2] 劉世友，黃勇.高層建筑轉(zhuǎn)換層模板支撐方法比較[J].中國科技信息，2007，19(21)：43-44.

圖2 支撐示意

[3] 張炯.高層建筑轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)淺析[J/OL].城市建設(shè)理論研究，2013，3(17)：3.

[4] 蔣紅慶，邱松，趙明.建筑施工扣件式鋼管腳手架工程設(shè)計計算的探討[J].建筑設(shè)備，2011，5(10)：43-45.

[5] 程超.建筑轉(zhuǎn)換層施工及質(zhì)量控制[J].技術(shù)與市場,2012,33(7):3-5.

[6] 潘達(dá)說.鋼筋混凝土梁式轉(zhuǎn)換層施工要求探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014，4(3)：225.

[7] 容柏生.高層住宅建筑中的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2012，34(2)：14-19.

[8] 楊國軍.高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)[J].科技致富向?qū)В?010(21)：208-209.

孫金坤(1975～)，男，碩士，副教授，主要從事土木工程結(jié)構(gòu)技術(shù)研究、教學(xué)與管理。

TU755.2+2

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[定稿日期]2015-10-16