淺析建筑工程高支模的設計與施工

摘 要：根據(jù)建筑工程高支模的特點，結合相關技術規(guī)范的要求，淺析高支模設計原則、內容;結合工程實例，論述滿堂支撐模架體系的計算方法、步驟，針對性的構造措施，施工中的注意事項。

關鍵詞：高支模特點;設計計算;構造措施;施工

1 前言

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)及公共建筑物使用功能的不斷提高，高大空間的建筑物也越來越多，施工中的高支模技術也得到了普遍的應用，高支模具有跨度大、支撐度高、荷載重、危險性大、事故率高且后果嚴重等特點，因此應予以高度重視.本文根據(jù)國家有關高支模的管理辦法及技術規(guī)范，結合本公司總承包施工的南昌綜合保稅區(qū)國際貿易中轉物流標準廠房的實際工程情況，淺析高支模設計與施工的要點、重點.

2 高支模的設計

高支模的設計具有可選搭設材料種類較多、方案布置靈活的特點，但更應該有原則、有理論依據(jù)的進行設計.

2.1 高支模設計的基本原則

2.1.1 技術先進、結構安全、經(jīng)濟合理。

2.1.2 結構安全等級及主要危險源的辨識應符合工程的實際情況。

2.1.3 結構傳力途徑明確，計算方法正確、可靠，驗算內容全面，構造措施周到。模板及支架布置方案便于施工檢查及驗收。

2.1.4 選用的模板及架體搭設材料通用常見，可周轉使用，便于保養(yǎng)維護。

2.2 高支模方案設計主要內容和程序

2.2.1 根據(jù)工程具體情況及設計與施工經(jīng)驗，初步確定總體方案。

2.2.2 根據(jù)市場或自有資源情況，選擇支模材料及確定相應的材料物理力學參數(shù)。

2.2.3 根據(jù)總體方案及所選材料，結合已有類似項目的成功經(jīng)驗，設計高支模具體布置方案，明確模板支撐及構造參數(shù)。

2.2.4 根據(jù)布置方案、建筑物的施工圖紙及相關規(guī)范，進行荷載分析、荷載設計值或標準值。荷載分析與計算是結構計算中最基礎的環(huán)節(jié)，荷載項目分析應不重不漏，荷載取值規(guī)范及組合計算正確，計算簡圖中的荷載布置與實際情況相符。

2.2.5 根據(jù)技術規(guī)范，按照模板架體的傳力途徑依次進行高支模系統(tǒng)的強度、撓度、穩(wěn)定性驗算。驗算的重點是扣件抗滑移或頂托的抗壓承載力、立桿的穩(wěn)定性。根據(jù)驗算結果可以判斷高支模系統(tǒng)的布置方案是否滿足結構安全和經(jīng)濟合理的原則，如不滿足，可以改變模板支撐及構造參數(shù)或搭設材料的種類規(guī)格，再重新驗算高支模體系的強度、撓度、穩(wěn)定性，如此反復，直到布置方案達到最優(yōu)。具體計算過程可借助可靠、成熟的專業(yè)計算軟件，有利提高計算的精確度及工作效率。

2.2.6 支撐架體的地基承載力驗算。如天然地基的承載力特征值不能滿足計算的地基壓力標準值，則需結合實際情況，對地基進行處理。

2.2.7 根據(jù)高支模架的安全等級及規(guī)范要求，說明支撐架體的構造要求或措施。

2.2.8 根據(jù)上述最終高支模體系布置方案，結合建筑物設計圖，繪制高支模平面圖、縱、橫剖立面圖、梁板支模大樣圖、節(jié)點連接大樣圖、地基處理大樣圖，以利現(xiàn)場施工人員、操作工人有直觀形象的圖紙作為高支模的實施依據(jù)，將設計成果準確無誤落實到施工現(xiàn)場。

3 南昌綜合保稅區(qū)國際貿易中轉物流標準廠房高支模的設計

3.1 南昌綜合保稅區(qū)國際貿易中轉物流標準廠房的特點分析Ⅱ

該工程為兩層全現(xiàn)澆鋼筋砼框架梁板結構，建筑長度125米，寬54米或65米，框架柱間距9米，一層建筑高度10米，二層梁板支模高度10米，按照住建部頒發(fā)的?危險性較大的分部分項工程管理辦法規(guī)定?文件，屬于高支模。二層梁結構截面尺寸為400×1200MM、400×900MM、300×700MM、250×900MM，板結構截面厚150MM或120MM。

3.2 高支模架的安全等級及主要危險源識別，擬采用的總體設計方案。

3.2.1 根據(jù)GBS5120--2016《建筑施工腳手架安全技術統(tǒng)一標準》，支模架高度大于8米但小于16米，安全等級為Ⅱ級，方案結構計算中重要性系數(shù)采用1.0.

3.2.2 主要危險源識別：高支模系統(tǒng)的強度和穩(wěn)定，高支模架體的整體穩(wěn)定，地基承載力。

3.2.3 高支?？傮w設計方案：根據(jù)已有工程經(jīng)驗，結合本工程的實際情況，本工程高支?？傮w設計方案采用梁、板、柱共用的滿堂扣件式鋼管支撐架。選取梁400×1200MM、250×900MM、板150MM三種截面作為支模驗算控制截面，相應覆蓋截面為400×900MM、300×700MM、120MM。

3.3 選取的高支模周轉材料及相應的材料物理力學參數(shù)

根據(jù)工程高支模搭設面積及工程進度安排，預估周轉材料的總體數(shù)量，結合市場或自有周轉材料的保有情況，本工程選用的周轉材料名稱、規(guī)格、主要物理力學性能參數(shù)、使用部位如下：

3.3.1 Φ48×3.0mm鋼管，截面積A=424mm2，質量3.33公斤/米，慣性矩I=10.78cm4，最小抵抗矩W=4.49cm3，回轉半徑i=15.9mm，抗彎、抗壓設計強度值f=205.00N/mm2，使用部位：支撐架體、梁側模主楞、梁底縱向模托梁。

3.3.2 鋼管構配件：單個對接扣件、旋轉扣件抗滑移承載力設計值8KN，雙個對接扣件抗滑移承載力設計值12KN;可調頂托抗壓承載力設計值40KN，用于鋼管支撐架立桿頂部.

3.3.3 M12穿梁對拉螺栓最大容許拉力值：17.85KN.

3.3.4 木方及模板：50×80mm木方W=53.33cm3， I=213.33cm4 ;木材彈性模量E=9000N/mm2，抗彎設計強度值f=15.00N/mm2，木方抗剪設計強度值fv=1.4N/mm2.木方用于梁板模板的次楞。

3.4 高支模布置方案、具體的模板支撐及構造參數(shù)，傳力途徑。

本項目的高支模布置方案經(jīng)過了幾個方案的反復計算、分析、比較，不斷優(yōu)化，最終確定以下模板支撐及構造參數(shù)。

3.4.1 梁側模參數(shù)：次楞平行梁跨度方向設置，主楞垂直于次楞設置，主、次楞間距均為300mm，采用M12穿梁對拉螺栓固定側模及主、次楞。傳力途徑：水平向荷載→側模→次楞→穿梁對拉螺栓。

3.4.2 400×1200MM（400×900MM）主梁底模：底模下設垂直于主梁方向的橫向木方支撐，間距為200mm，木方支承于梁側水平鋼管及梁底縱向水平雙鋼管上，梁底縱向雙鋼管設置于梁底承重立桿的可調頂托內。傳力途徑：豎向荷載→底?！鷻M向支撐木方→水平鋼管→可調頂托→架體立桿。

3.4.3 250×900MM（300×700MM）次梁底模：底模下設垂直于次梁方向的橫向木方支撐，間距為200mm，傳力途徑基本與主梁支模體系相似。

3.4.4 150MM（120MM）板底模：板底模設縱向木方，間距為300mm，木方支承于梁底水平橫向雙鋼管上，梁底橫向雙鋼管設置于支撐架體頂部立桿的可調頂托內，傳力途徑：豎向荷載→底?！痉健綑M向鋼管→頂托→架體立桿。

3.4.5 支撐架體的構造參數(shù)：立桿縱、橫間距1.0M，立桿步距1.5M，架體搭設高度10M.400×1200MM（400×900MM）主梁底增設承重立桿1根，承重立桿與頂托連接處增設一道縱、橫向水平拉桿，立桿上端頂托伸出長度0.3M，傳力途徑：立體所受豎向荷載→地基。

整個高支模構造體系造型簡單、實用、傳力明確、便于施工。

3.5 高支模系統(tǒng)設計的各項荷載分析與規(guī)范取值，根據(jù)?建筑施工模板安全技術規(guī)范?（JGJ162--2008），具體如下。

①模板及支撐架體自重G1k，模板標準值0.35KN/m2，架體自重可根據(jù)架體布置參數(shù)，查?建筑施工扣件式腳手架安全技術規(guī)范?（JGJ130-2011）附表按實計算;②砼自重G2k，自重標準值24KN/m3;③鋼筋自重G3k，梁筋標準值1.5KN/m2，板筋標準值1KN/m2;④新澆砼側壓力G4k按照規(guī)范公式計算;⑤施工人員及設備的標準值Q1K，1--3KN/m2⑥振搗砼時產(chǎn)生的荷載標準值Q2K，2KN/m2⑦傾搗砼時產(chǎn)生的荷載標準值Q3K，2KN/m2。由于本項目的支撐架用作砼的現(xiàn)澆支架，且架體高寬比小于1.0，所以不需考慮風荷載作用。

3.6 模板與架體承載力計算時，按照上述規(guī)范，各部位荷載設計值計算式

3.6.1 平板底模及支架：q=1.2×（G1k+G2k+G3k）+1.4Q1K

3.6.2 梁底模及支架q=1.2×（G1k+G2k+G3k）+1.4Q2K

3.6.3 梁側模q=1.2×G4k+1.4Q2K

3.7 模板與撓度（變形）驗算時，按照上述規(guī)范，各部位荷載標準值計算式：梁側模q靜=G4k;梁底模q靜=G1k+G2k+G3k

3.8 高支模體系計算內容、方法、程序、主要結果結論。本項目的具體計算借助了江西南昌地區(qū)比較常用的?安必行?軟件，以下以400×1200MM主梁模板及支撐的計算為例。

3.8.1 梁側模模板計算：根據(jù)3.4所述模板及支撐布置方案及構造參數(shù)，可以按均布線荷載作用下的三等跨連續(xù)梁計算，計算結果如下：

3.8.1.1 抗彎強度：按規(guī)范公式計算新澆砼側壓力為40.52KN/m2，再根據(jù)3.3--3.6所述，q=15.44KN/m，Mmax=0.1×q×l2（次楞間距）=0.14KN·m，σ（拉應力）=Mmax/w（側模面板截面抵抗矩）=12.4N/mm2

3.8.1.2 抗剪強度計算：Vmax（剪力）=0.6×q×l=2.78KN，τ（剪應力）=3V/2bh（截面的寬高）=0.92N/mm2<1.4N/mm2（木材抗剪強度設計值）。

3.8.1.3 撓度驗算：q靜=12.17KN/m，υmax=0.677/（100×E×I）=0.88mm

3.8.2 梁側模次楞計算：計算方法同上，只是材料參數(shù)不同，強度、撓度計算結果均滿足要求。

3.8.3 穿梁螺栓計算：單個穿梁螺栓所受最大壓力=（1.2×40.55+1.4×2）×0.3×0.3（主次楞間距）=4.63KN<17.85KN（允許值）。梁側鋼管主楞只起構造作用，故不需對其驗算。

3.8.4 梁底模計算：按均布線荷載作用下三等跨連續(xù)梁計算，q=15.98KN/m，σmax=4.0N/mm2，τmax==0.48N/mm2，υmax=0.13mm<200/250=0.8mm，均能滿足要求。

3.8.5 梁底支撐木方計算：根據(jù)前述傳力途徑及支模布置參數(shù)，按部分范圍均布線荷載作用下的兩等跨連續(xù)梁計算，q=9.64KN/m（沿主梁寬度范圍作用荷載），σmax=2.25N/mm2，τmax==0.67N/mm2，υmax=0.04mm<500/250=2mm，均能滿足要求。中間支座反力p=3.78KN

3.8.6 梁底縱向雙鋼管托梁計算：按照傳力途徑，托梁按集中荷載作用下的三等跨連續(xù)梁，集中荷載為支撐木方中間支座反力p=3.78KN，p作用的間距為支撐木方間距200mm.托梁承載力計算結果σmax=114.7N/mm2<205N/mm2，υmax=1.59mm<1000/250=4mm，由于鋼管抗剪強度不起控制作用，故不用驗算鋼管抗剪強度。

3.8.7 梁底頂托抗壓計算：按照傳力途徑，頂托豎向作用力設計值=5×3.78=18.9KN<40KN（頂托抗壓承載力設計值）。

3.8.8 梁底承重立桿穩(wěn)定性驗算（承重立桿為受力最大的立桿）

來自頂托的壓力18.9KN再加上支撐架自重設計值1.5KN（自重具體計算根據(jù)架體構造參數(shù)查規(guī)范附表），單根立桿所受荷載N=20.4KN，按照?建筑施工扣件式腳手架安全技術規(guī)范?及附表，立桿壓應力σ=N/（φA），頂部立桿σ=124N/mm2，底部立桿σ=182N/mm2，均小于立桿抗壓強度205N/mm2。

3.8.9 立桿地基承載力驗算：地基最大壓力值P=N/S（根據(jù)規(guī)范，立桿底部墊板最大受壓面積取0.25m2），P=81.6KN/m2.由于現(xiàn)場廠房內回填土處于雨季施工，分層壓實度不夠，回填土承載標準力達不到要求。結合廠房內地面的設計做法，施工完設計地面的18cm碎石墊層和20cm砼基層再搭高支模架，碎石墊層的承載力經(jīng)驗值達170KN/m2，墊層之上為砼基層，墊層承載力不需折減修正，支架地基按上述辦法處理后，滿足要求。

3.9 針對性的構造要求

據(jù)前述，該項目支撐架安全等級為Ⅱ級，架體剪刀撐應按普通型剪刀撐的構造措施來實施，建筑物框架柱距為9米，架體可采用鋼管抱箍形式與框架柱連接，以增強架體的整體穩(wěn)定性。施工時應先澆框架柱，待框架柱砼有一定強度后，再澆梁板砼。

4 高支模施工

4.1 注意事項

4.1.1 鋼管架及構配件材料進場后必須經(jīng)過二次檢測，其力學強度必須達到強度設計值。

4.1.2 現(xiàn)場施工必須按照設計方案實施。

4.1.3 梁板砼澆筑應從中間向四周逐漸推進。

4.1.4 施工時，梁板上的施工臨時荷載不能超過方案設計的標準值。

4.2 施工重點檢查內容

立桿間距、步距，立桿與水平桿的連接，掃地桿的設置，剪刀撐搭設的數(shù)量與角度，立桿的落地情況，地面排水情況，扣件的擰緊矩，頂托的伸出長度等均應滿足?建筑施工扣件式腳手架安全技術規(guī)范?。

4.3 施工監(jiān)控：重點監(jiān)控架體的水平位移及豎向沉降，尤其是主梁位置。

5 結語

高支模雖然危險性大，施工難度大，但只要方案精心設計，有據(jù)可依，施工嚴格落實到位，其風險也是完全可控的.南昌綜合保稅區(qū)國際貿易中轉物流標準廠房高支模分項工程按照本文所述設計與施工，未出現(xiàn)任何安全事故，二層梁板也未因支架原因出現(xiàn)裂縫或變形超標的現(xiàn)象。

參考文獻：

[1]建筑施工扣件式腳手架安全技術規(guī)范?（JGJ130-2011）

[2]建筑施工模板安全技術規(guī)范?（JGJ162--2008）

[3]建筑施工腳手架安全技術統(tǒng)一標準?（GBS5120--2016）

作者簡介：康宏（1972-），男，江西吉安人，本科，工程師，工作方向：土木工程。