狹小空間利用原有鋼結(jié)構(gòu)支模施工技術(shù)

黃 亮 孔祥雷 王 彪

中國建筑第二工程局有限公司西南分公司 重慶 400020

重慶山水主題國際休閑旅游度假區(qū)六旗山水樂園項目業(yè)態(tài)包括五星酒店、山水樂園、市民農(nóng)莊、高檔商業(yè)、高檔住宅等。項目建成后會形成具有格調(diào)、品質(zhì)、便捷、歡樂、休閑、健康等內(nèi)涵的主體小鎮(zhèn)，成為重慶市的地標(biāo)性建筑群。

標(biāo)志塔是六旗山水樂園的標(biāo)志性建筑物，用建筑手法抽象地展示出六旗logo的造型精髓，形成自下而上的悅動形態(tài)。標(biāo)志塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相結(jié)合的形式，是整個工程的代表作品。

由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的特殊性，標(biāo)志塔0～15.0 m采用高支模作為支撐架，施工難度大、危險性較高，故優(yōu)化設(shè)計圖紙，利用鋼結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)勢，采用增加型鋼梁＋壓型鋼板作為15.0 m層梁板支模體系，完美解決了15.0 m以下狹小、超高空間支模的難題。

1 工程概況

重慶山水主題國際休閑旅游度假區(qū)體驗中心項目位于重慶市璧山區(qū)沿河?xùn)|路北段，鄰近輕軌1號線璧山站（在建）。本項目標(biāo)志塔為68.0 m高聳結(jié)構(gòu)，建筑基底面積為20 m2，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)＋鋼結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為9樁承臺基礎(chǔ)。

標(biāo)志塔為本項目的標(biāo)志性建筑物，為六旗山水樂園的重要建筑，設(shè)計使用年限為50年。由于受構(gòu)筑物截面尺寸的影響，此工程整體考慮使用高支模作為支撐體系，使用落地式腳手架作為外防護(hù)架體。

山水文園標(biāo)志塔為狹小空間內(nèi)施工，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，整體高度68.0 m，尺寸由下端3.600 m×4.600 m逐步擴(kuò)展到4.029 m×4.600 m，再到4.171 m×4.600 m，最后到4.600 m×4.600 m的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，施工困難，危險系數(shù)高（圖1）。

2 支撐體系的特點與難點

標(biāo)志塔結(jié)構(gòu)工程由于受到結(jié)構(gòu)本身造型的影響，施工中對支模要求較高[1-4]。本工程下部15.0 m為2片獨立剪力墻，15.0～38.0 m為筒體結(jié)構(gòu)，38.0 m以上墻體由4片逐漸變化為1片，且從35.0 m開始，上部結(jié)構(gòu)混凝土為LC30輕質(zhì)混凝土，高度達(dá)68.0 m（圖2）。

圖1 項目效果圖

圖2 標(biāo)志塔俯視圖

在此結(jié)構(gòu)設(shè)計中，最高支模高度為15.0 m，同時存在600 mm×1 000 mm的超限梁，屬于超過一定危險需要專家論證范圍的高支模搭設(shè)。標(biāo)志塔15.0 m以下只有2片剪力墻，若采用支模架作為梁板支撐體系，高寬比大于3，且無法拉結(jié)固定，施工難度較大。

經(jīng)與鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)計以及業(yè)主、監(jiān)理的共同研究，決定利用鋼結(jié)構(gòu)鋼骨柱和型鋼梁的優(yōu)勢，增加型鋼梁＋壓型鋼板作為15.0 m層梁板支模體系，減小標(biāo)志塔建筑物施工的難度及危險性。同時，在兩剪力墻之間搭設(shè)滿堂操作架，立桿縱橫間距1.0 m，步距1.5 m，四周剪刀撐由底至頂連續(xù)布置，剪力墻兩邊的水平鋼管用頂托加木方頂緊兩邊墻體，以保證架體的整體穩(wěn)定性，此架體作為材料堆放及人員操作場地。15.0 m層梁板支模體系為工字鋼上鋪壓型鋼板，工字鋼與鋼柱高強(qiáng)螺栓連接，不采用鋼管作為支撐架。

針對施工的特點和難點，在600 mm×1 000 mm梁下設(shè)置H600 mm×300 mm×18 mm×20 mm型鋼作為支撐，型鋼采用4顆M20高強(qiáng)螺栓連接端部鋼柱，連接板寬200 mm、厚10 mm；300 mm板下設(shè)置2根300 mm× 126 mm×9 mm×14.4 mm工字鋼作為支撐，板下模板為1.2 mm的YXB95-225-675（B）壓型鋼板。15.0 m以上采用普通支模和高支模進(jìn)行施工。

3 施工部署

先安裝基頂—15.0 m標(biāo)高處鋼骨柱及鋼梁，同時安裝15.0 m層梁板下部鋼梁、壓型鋼板模板，并開始搭設(shè)外腳手架及內(nèi)部操作架，按照每段3.0 m高施工2片剪力墻[5-8]。

1）標(biāo)高15.0—20.0 m：屬于普通模板支撐體系，搭設(shè)梁板支撐架，支設(shè)剪力墻模板，該段混凝土結(jié)構(gòu)一次性施工完成。

2）標(biāo)高20.0—35.0 m：筒體結(jié)構(gòu)豎向分段施工，每次施工3 m高，剪力墻施工的同時，按照方案搭設(shè)滿堂支撐架，作為35.0 m梁板支撐架。

3）標(biāo)高35.0—38.0 m：38.0 m梁板支撐架搭設(shè)同20.0— 35.0 m。38.0 m以上為無梁板結(jié)構(gòu)，故無支模架，只搭設(shè)操作架。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 施工工藝流程

地腳螺栓安裝、埋件安裝→鋼柱安裝→鋼梁安裝→15.0 m下部鋼梁安裝→壓型鋼板安裝（壓型鋼板安裝焊接→栓釘焊接→封邊、堵頭板安裝、焊接→清理、驗收）→架體搭設(shè)→模板施工→鋼筋綁扎→混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)→架體拆除

4.2 施工方法

4.2.1 鋼結(jié)構(gòu)施工

鋼柱安裝前，引測軸線及標(biāo)高，清理底板雜物，發(fā)現(xiàn)問題提前處理，以免延誤鋼柱安裝。起吊前，鋼柱安裝爬梯、防墜器等安全措施；緩慢起吊，并防止鋼柱在地面被拖拉。當(dāng)鋼柱吊至安裝位置上方200 mm時緩慢下落，鋼柱就位穩(wěn)定后，鋼柱吊裝就位，擰緊地腳螺栓螺母以防止構(gòu)件移位或傾覆。

4.2.2 壓型鋼板設(shè)計

鋼柱安裝完成后，安裝上部鋼梁，并安裝15.0 m支撐體系的型鋼及壓型鋼板，在600 mm×1 000 mm梁下設(shè)置H600 mm×300 mm×18 mm×20 mm型鋼作為支撐，型鋼采用4顆M20高強(qiáng)螺栓連接端部鋼柱，連接板寬200 mm、厚10 mm；300 mm板下設(shè)置2根300 mm×126 mm×9 mm×14.4 mm工字鋼作為支撐，板下模板為1.2 mm的YXB95-225-675（B）壓型鋼板，15.0 m支模體系優(yōu)化設(shè)計如圖3～圖5所示。

4.2.3 壓型鋼板主要施工方法

鋪設(shè)前應(yīng)該對變形的壓型鋼板予以矯正，其頂面雜物要清理干凈，嚴(yán)防受潮，然后再涂刷油漆。先在鋪板區(qū)彈出鋼梁的中心線，主梁的中心線是鋪設(shè)壓型鋼板固定位置的控制線。由主梁的中心線控制壓型鋼板搭接鋼梁的搭接寬度，并決定壓型鋼板與鋼梁熔透焊接的焊點位置。次梁的中心線將決定熔透焊栓釘?shù)暮附游恢谩?/p>

圖3 15.0 m平面布置

圖4 1-1剖面

圖5 2-2剖面

因壓型鋼板鋪設(shè)后難以觀測次梁翼緣的具體位置，故將次梁的中心線及次梁翼緣寬度返彈在主梁的中心線上，固定栓釘時應(yīng)將次梁的中心線及次梁翼緣寬度再返彈到次梁面上的壓型鋼板上。吊運(yùn)時采用專用軟吊索，以保證壓型鋼板板材整體不變形、局部不卷邊。壓型鋼板與壓型鋼板側(cè)板間連接采用咬口鉗壓合，使單片壓型鋼板間連成整板。先點焊壓型鋼板側(cè)邊，再固定兩端頭，最后采用栓釘固定。

4.2.4 架體搭設(shè)

標(biāo)志塔15.0 m以下內(nèi)部支模架操作系統(tǒng)采用普通鋼管支撐，立桿縱橫間距1.0 m、步距1.5 m，四周由底至頂設(shè)置連續(xù)剪刀撐，剪力墻兩邊的水平鋼管用頂托加木方頂緊兩邊墻體，以保證架體的整體穩(wěn)定性，此架體作為15.0 m以下墻體施工的操作平臺[9-11]。

梁、板施工采用工字鋼＋壓型鋼板作為15.0 m層的支撐體系。其余位置采用常規(guī)的高支模及模板支撐體系進(jìn)行支撐。外部采用3排腳手架進(jìn)行防護(hù)，內(nèi)側(cè)的2排腳手架25.0 m以下采用雙排腳手架進(jìn)行搭設(shè)，最外側(cè)的1排腳手架采用單排腳手架。

4.2.5 模板施工

1）2片剪力墻施工。施工過程中每3 m施工一次，所有模板均在木工房統(tǒng)一制作、預(yù)拼，并將對拉桿眼位彈線鉆好；模板必須清理干凈，不得有雜物殘留。木方必須過刨木機(jī)，以確保尺寸一致以及滿足平整度要求。由于本工程剪力墻尺寸逐漸變化，同時墻體內(nèi)部含型鋼柱，故對拉螺桿洞需提前定位，在型鋼柱加工時，需提前在鋼柱腹板開洞，按照方案中“200 mm＋600 mm＋600 mm＋600 mm＋600 mm”的間距開對拉螺桿洞，洞直徑為19 mm。由于結(jié)構(gòu)的特殊性，采用大配模作為墻體的模板，施工中剪力墻變化的角度一致，故先按照剪力墻的角度切割2塊斜面模板，在中間增加模板以調(diào)整尺寸。

2）15.0 m梁板施工。采用壓型鋼板混凝土組合樓板結(jié)構(gòu)，可以取消傳統(tǒng)鋼筋混凝土樓板的支模施工方法，節(jié)省大量工期，同時也解決了本工程超規(guī)范高寬比架體搭設(shè)的危險性，保障施工。采用工字鋼作為支撐體系，壓型鋼板作為模板，在綁扎鋼筋的過程中，注意壓型鋼板與原結(jié)構(gòu)之間的縫隙處理。本工程采用在壓型鋼板邊緣底部用木方固定，采用擠塑聚苯板以及雙面膠對縫隙進(jìn)行處理的方式，防止在綁扎完鋼筋進(jìn)行混凝土澆筑的過程中出現(xiàn)漏漿的現(xiàn)象。

3）架體防雷。由于標(biāo)志塔結(jié)構(gòu)較高，腳手架架體亦搭設(shè)得較高，為防止雷電天氣時可能存在的危險性，架體設(shè)計防雷是一項重要工程。架體搭設(shè)至未澆筑混凝土前，在架體立桿上焊接φ12 mm鍍鋅鋼筋，從剪力墻對拉螺桿洞伸出，再與外架焊接，利用外架的防雷措施，將電流引入地下。

4.3 設(shè)計計算（15.0 m層鋼結(jié)構(gòu)支模體系計算）

4.3.1 壓型鋼板承載力計算

1）荷載統(tǒng)計。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》進(jìn)行荷載統(tǒng)計，按板厚300 mm、寬1 m進(jìn)行計算，故300 mm鋼筋混凝土均布荷載為7.65 kN/m2，施工荷載為2.5 kN/m2，壓型鋼板上荷載設(shè)計值為31.04 kN/m?？紤]動力系數(shù)1.3，荷載值為43.46 kN/m。

2）受力模型。根據(jù)15.0 m支模體系可知，壓型鋼板下部次梁間距1.267 m，主梁間距4.029 m，故按跨度為4.029 m的簡支梁進(jìn)行計算。

3）受力計算。壓型鋼板上彎矩：M=88.18 kN·m，根據(jù)《鋼與混凝土組合樓（屋）蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)造》05SG522附錄3-3可知，壓型鋼板截面慣性矩I=121.74 cm4/m，截面抵抗矩W=25.91 cm3/m，σ =M/W=3.40 N/mm2＜f =205 N/mm2，滿足要求。

4.3.2 次梁承載力計算

工字鋼次梁受荷統(tǒng)計：工字鋼次梁受荷面積為1.267 m×3.6 m＝4.561 2 m2，如圖6所示。

圖6 工字鋼次梁受荷面積示意

次梁上承受板傳遞荷載為198.23 kN、次梁上承受壓型鋼板荷載為0.62 kN，故次梁上承受荷載為198.85 kN。次梁上恒線荷載55.24 kN/m、活荷載2.5 kN/m。

5 操作性對比分析

一般現(xiàn)場梁板支撐系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的支撐架和模板進(jìn)行施工，可以按部就班地按照模板以及支撐架的方式進(jìn)行搭設(shè)。而狹小高聳結(jié)構(gòu)的標(biāo)志塔由于結(jié)構(gòu)的特殊性，搭設(shè)施工優(yōu)化為利用原有的鋼結(jié)構(gòu)增加鋼梁＋壓型鋼板作為梁及板的支撐系統(tǒng)。以下對進(jìn)行模板優(yōu)化時所考慮的具體原因進(jìn)行闡述：

1）由于標(biāo)志塔結(jié)構(gòu)設(shè)計本身的約束，15.0 m以下只有2片剪力墻，內(nèi)設(shè)鋼骨柱進(jìn)行支撐，高度較高，本身設(shè)計空間較狹小。

2）若采用高支模進(jìn)行支撐，支撐架的高度為15.0 m、寬度為4.6 m，有兩面無固定措施，高寬比大于3，危險性系數(shù)較高，施工難度較大。

3）利用原有鋼結(jié)構(gòu)增加鋼梁＋壓型鋼板作為梁、板的支模系統(tǒng)，避免了高支模的危險性。15.0 m以下架體不作為支撐系統(tǒng)，只用作操作架體。

4）對于15.0 m梁板，施工工人可操作性強(qiáng)，可縮短 工期。

6 經(jīng)濟(jì)性對比分析

傳統(tǒng)的高支模支撐體系相對于鋼梁＋壓型鋼板作為梁、板的支模系統(tǒng)，需要投入的人工及材料成本較高。在狹小的結(jié)構(gòu)空間采用傳統(tǒng)的高支模系統(tǒng)，施工高度較高，鋼管較密集，工人施工操作困難，危險系數(shù)較高。優(yōu)化后利用原有結(jié)構(gòu)中鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢增加鋼梁＋壓型鋼板作為支撐系統(tǒng)，大大解決了傳統(tǒng)支模架的難題。利用原有的鋼結(jié)構(gòu)，在工字鋼上鋪壓型鋼板，工字鋼與鋼柱采用高強(qiáng)螺栓連接，可以在標(biāo)志塔施工完成后拆除，不需要花費大量的費用及人工。

7 結(jié)語

合理利用鋼結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)勢解決施工中的支模問題，是本工程的亮點。通過對原有鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，精細(xì)化施工管理，在鋼結(jié)構(gòu)＋混凝土結(jié)構(gòu)的狹小單體中提供了施工保證措施。

文中所述的方法，既利用了原有的鋼結(jié)構(gòu)，又減小了高支模的施工難度，同時也降低了工程的成本。

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