高大空間模板體系設(shè)計(jì)與施工

謝 磊，劉晟源，王 鵬

（中航建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 101407）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展以及對(duì)建筑功能需求的不斷提升，給建筑施工技術(shù)帶來新的研究課題。北京某小學(xué)新建工程有多個(gè)高大空間部位，存在多部位超跨超大超高現(xiàn)澆混凝土梁、板，這些超常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)通常面積、高度及自重大，導(dǎo)致施工中作為模板支撐的腳手架搭設(shè)跨度大、高度高，而且上部混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)存在的各種荷載，為支撐架的設(shè)計(jì)和施工提出更高要求。

根據(jù)該新建工程存在多部位超跨、超大、超高的現(xiàn)澆混凝土梁、板結(jié)構(gòu)，工程模架施工存在梁板超高、梁分布范圍廣、梁超重、梁截面尺寸規(guī)格多、框架梁與板立桿分布關(guān)系協(xié)調(diào)、模架體系拉接、底部頂板回頂及立體防護(hù)困難等一系列施工難題。如何優(yōu)化連續(xù)高大模架的設(shè)計(jì)與施工，確保高大空間區(qū)域樓板、梁順利進(jìn)行混凝土澆筑，是亟須研究的課題。

1 工程概況及施工難點(diǎn)

1.1 工程概況

北京某小學(xué)新建工程設(shè)計(jì)有報(bào)告廳、體育館、舞蹈教室等高大空間，存在多部位連續(xù)超大超高的現(xiàn)澆混凝土梁、板，最大高度達(dá)14.75m，框架梁最大截面達(dá)600mm×1 700mm；該工程采用弧線形造型，高大空間區(qū)域模架支撐體系設(shè)計(jì)需根據(jù)結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)進(jìn)行專門編制。

結(jié)合工程建筑布局、結(jié)構(gòu)形式、工期情況，超限模板支撐架隨主體結(jié)構(gòu)施工同步搭設(shè)，主體結(jié)構(gòu)施工至上述標(biāo)高后，超限和超高模板區(qū)域開始施工模板、鋼筋、混凝土。

1.2 施工難點(diǎn)

依據(jù)工程圖紙與相關(guān)法律法規(guī)所定義高大空間施工范圍，對(duì)本工程中所有超限梁、超跨度梁、超高板進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.2.1 超限梁與超跨度梁

1）報(bào)告廳地下至2層頂梁7.350m標(biāo)高處及梁底13.350m。

2）體育館（籃球館）4.100～16.200m標(biāo)高處及梁底10.6m。

1.2.2 超高板

1）報(bào)告廳地下至2層頂梁7.350m標(biāo)高處，層高14.750m，超高板板厚150mm。

2）體育館（籃球館）4.100～16.200m 標(biāo)高處，層高11.97m，板厚130mm。

模架體系選用輪扣式滿堂落地支架，架體受力為U形托+主龍骨軸心受力傳力方式，高大空間支撐體系中必須確保施工過程嚴(yán)格按照預(yù)先審批并經(jīng)專家論證通過的方案進(jìn)行施工。

確保立桿間距和步距、自由端高度、橫縱向剪刀撐的設(shè)置，并充分考慮高大空間支撐體系邊緣的支撐牢固，利用已澆筑完畢的框架柱與之進(jìn)行牢固連接，保證整體穩(wěn)定性。

通過嚴(yán)格的驗(yàn)收和變形觀測(cè)等安全保證措施，保證支架的使用功能得以實(shí)現(xiàn)，確保高大空間支撐體系區(qū)域的樓板、梁順利進(jìn)行混凝土澆筑。

2 模架支撐體系設(shè)計(jì)

2.1 整體模架設(shè)計(jì)思路

梁板模板均采用15mm厚木膠合板，梁下次龍骨沿梁長(zhǎng)方向布置；主龍骨垂直梁方向布置；主龍骨下設(shè)U形托，梁下立桿橫向以梁中對(duì)稱布置。板下主龍骨沿橫軸方向布置、次龍骨沿縱軸方向布置；主龍骨下設(shè)U形托撐。

模架下的支撐均位于結(jié)構(gòu)底面，架體底部設(shè)置50mm×100mm的木方作為墊木，樓板模架墊木統(tǒng)一與主龍骨同向設(shè)置。

表1 報(bào)告廳高大框架梁模架體系

表2 報(bào)告廳高大框架梁模架體系

圖1 報(bào)告廳模架支撐立桿布置平面

圖2 報(bào)告廳模架支撐立桿布置剖面

圖3 體育館模架支撐立桿布置剖面

2.2 構(gòu)造措施

模架設(shè)計(jì)計(jì)算是體系的理論保障，合理的構(gòu)造措施是保證體系穩(wěn)定的條件。加強(qiáng)構(gòu)造措施如下。

1）基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)滿足模架承載力需求 報(bào)告廳、體育館、連廊、舞蹈教室的模架支撐體系要落在混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)頂板上，小于150mm時(shí)此處頂板模板支撐體系保留，且至少保留2層結(jié)構(gòu)支撐架進(jìn)行卸荷。

2）掃地桿 立桿下部200mm處設(shè)置縱橫向水平桿。

3）立桿自由端 梁、板模架立桿自由端均控制在600mm以內(nèi)，大于600mm的增加1道水平桿。

4）剪刀撐 架體采用鋼管扣件剪刀撐，支撐腳手架設(shè)置豎向剪刀撐，剪刀撐與四周及每跨跨中設(shè)置，剪刀撐間距不大于6跨且不大于6m；支撐腳手架設(shè)置水平剪刀撐，與豎向剪刀撐由底至頂連續(xù)設(shè)置，剪刀撐斜桿與地面頂緊，剪刀撐設(shè)置于梁板操作面下部，剪刀撐豎向間距不大于6跨；每個(gè)剪刀撐的跨數(shù)最大為6跨且寬度最大為6m；剪刀撐應(yīng)連續(xù)設(shè)置，并應(yīng)布置均勻、對(duì)稱。水平剪刀撐布置在豎向剪刀撐交叉的水平桿層。

5）與結(jié)構(gòu)剛性拉結(jié) 為保證架體整體穩(wěn)定性，外圍架體在柱處沿柱高方向每隔2.4m設(shè)置1道拉結(jié)抱柱，并與四周墻體每2步進(jìn)行回頂。

2.3 模板支撐架安全計(jì)算參數(shù)與計(jì)算結(jié)果

采用計(jì)算軟件按最不利情況對(duì)梁模架體系各計(jì)算參數(shù)確認(rèn)。經(jīng)計(jì)算，模架初步設(shè)計(jì)所采用的參數(shù)可滿足各構(gòu)件各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)要求，確定模架設(shè)計(jì)參數(shù)。

3 模架體系施工

3.1 模架搭設(shè)要求

模架搭設(shè)施工時(shí)要嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與論證方案，確保體系設(shè)計(jì)構(gòu)想的具體展現(xiàn)，直接決定高大空間支撐體系安全穩(wěn)定性。

1）支架基礎(chǔ)樓板混凝土強(qiáng)度必須滿足支模施工要求，按施工方案要求放線定位。搭設(shè)立桿前，要先根據(jù)支模平面圖放出每根立桿位置，并確保放置墊板水平，保證立桿垂直。

2）按方案布置平面和構(gòu)造要求搭設(shè)模板支撐架，支設(shè)工藝如下：墊木板→彈線、立桿定位→豎立桿→安裝掃地桿→第1道水平剪刀撐→安裝第1步橫桿→安裝第2步橫桿→臨時(shí)斜撐→安裝第3步橫桿→安裝第4步橫桿→安裝豎向剪刀撐→安裝第5步橫桿→接立桿→安裝封頂桿→加設(shè)豎向剪刀撐→第2道水平剪刀撐→鋪設(shè)橫縱肋→鋪板底模→架體抱柱。

3）立桿間必須按步距滿設(shè)雙向水平桿，確保兩方向具有足夠的設(shè)計(jì)剛度。相鄰立桿的接頭位置應(yīng)錯(cuò)開布置在不同步距內(nèi)，立桿與橫桿用扣件扣緊。立桿接長(zhǎng)必須采用對(duì)接扣件連接。2根相鄰立桿的接頭不應(yīng)設(shè)置在同步內(nèi)，同步內(nèi)隔1根立桿的2個(gè)相鄰接頭在高度方向的距離不宜小于500mm；各接頭中心至主節(jié)點(diǎn)的距離不宜大于步距的1/3。

4）結(jié)構(gòu)梁下模板支架的立桿縱距應(yīng)沿梁軸線方向布置；立桿橫距應(yīng)以梁底中心線向兩側(cè)對(duì)稱布置，而且最外側(cè)立桿距梁側(cè)邊距離不得大于150mm。設(shè)在模板支架立桿頂部的可調(diào)U形托，U形托總長(zhǎng)度500mm，其絲桿外徑不得小于36mm，伸出長(zhǎng)度不得超過200mm。

5）模架必須設(shè)置縱、橫向掃地桿，縱向掃地桿應(yīng)采用直角扣件固定在距墊板不大于200mm處的立桿上，橫向掃地桿應(yīng)采用直角扣件固定在緊靠縱向掃地桿下方的立桿上。模板支架頂部支撐點(diǎn)與支架頂層橫桿的距離不應(yīng)大于500mm。橫桿接長(zhǎng)采用對(duì)接扣件連接，2根相鄰橫桿的接頭不宜設(shè)置在同步或同跨內(nèi)，不同步或不同跨2個(gè)相鄰接頭在水平方向錯(cuò)開的距離不宜小于500mm；各接頭中心至最近主節(jié)點(diǎn)的距離不宜大于縱距的1/3。

6）架體豎向剪刀撐應(yīng)由底至頂連續(xù)設(shè)置，剪刀撐水平夾角45°～60°。架體水平剪刀撐采用“十”字形。作為水平剪刀撐與結(jié)構(gòu)的拉結(jié)點(diǎn)可直接與邊梁抱拉。水平剪刀撐與框架柱采用抱柱的水平桿進(jìn)行拉結(jié)。剪刀撐斜桿應(yīng)用旋轉(zhuǎn)扣件固定在與之相交的橫向水平桿的伸出端或立柱上，旋轉(zhuǎn)扣件中心線距主接點(diǎn)的距離不應(yīng)大于150mm。

7）架體搭設(shè)過程中應(yīng)根據(jù)GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的要求，進(jìn)行過程中檢查，包括：搭設(shè)場(chǎng)地完工后及腳手架搭設(shè)前；首層水平桿搭設(shè)安裝后；每搭設(shè)一個(gè)樓層高度階段使用前；腳手架每搭設(shè)2～4步或不大于6m的高度。

8）架子整體搭設(shè)完成后在梁底第1道水平桿位置設(shè)置1層大眼安全網(wǎng)+密目安全網(wǎng)，在架體中間同時(shí)設(shè)置1道大眼安全網(wǎng)，以防止人員跌落及雜物掉落時(shí)傷人。

3.2 混凝土澆筑

為避免模架體系受新澆筑混凝土作用發(fā)生質(zhì)量事故，對(duì)混凝土澆筑方案進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)。

本工程超限模板施工區(qū)域位于報(bào)告廳、體育館、地下連廊、舞蹈教室等處，結(jié)合工程建筑布局、結(jié)構(gòu)形式、工期情況，超限模支撐架隨主體結(jié)構(gòu)施工同步搭設(shè)，主體結(jié)構(gòu)施工至上述標(biāo)高后，超限和超高模板區(qū)域開始施工模板、鋼筋、混凝土（豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件分開澆筑施工）墻柱模板拆除完后再進(jìn)行梁板施工。

報(bào)告廳、體育館、地下連廊、舞蹈教室等處頂板梁混凝土采用汽車泵澆筑，混凝土澆筑順序從樓板中間向周邊、從中間向兩端進(jìn)行澆筑，不得從一端向另一端進(jìn)行。

為確保模板支架施工過程中均衡受荷，混凝土分層澆筑，避免集中卸料，嚴(yán)格控制混凝土的澆筑厚度及澆筑速度，梁分層澆筑厚度≤500mm，并勻速澆筑?？蚣芰簼仓r(shí)，由中間向兩端澆筑，保持支撐受力均勻，澆筑方向如圖4，5所示。

圖4 報(bào)告廳頂板梁澆筑順序

圖5 體育館頂板梁澆筑順序

3.3 支撐架體沉降監(jiān)測(cè)

施工過程中，規(guī)范化的監(jiān)控監(jiān)測(cè)是必要的，本項(xiàng)目采用輪扣式鋼管支撐架作為支撐體系，在搭設(shè)支撐架、鋼筋安裝、混凝土澆搗前、施工過程中及混凝土初凝、終凝前，必須隨時(shí)監(jiān)測(cè)。

沉降觀測(cè)采用水準(zhǔn)儀，方法為“視準(zhǔn)線法”，即測(cè)量讀取視準(zhǔn)線與后視基點(diǎn)的水平標(biāo)高，定為初始值，以后每次測(cè)值（即視準(zhǔn)線與后視基點(diǎn)的水平標(biāo)高）與初始值的差值即為架體沉降量值。

高大空間支撐體系部位根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位圖紙進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置，并用紅漆做好標(biāo)識(shí)。水平方向在模板支撐架的角部及四邊中部分別設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；豎直方向在支撐架的頂層、底層及每5步設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并用紅漆做好標(biāo)識(shí)。

3.4 支撐架拆除

混凝土澆筑過程中，觀測(cè)頻率為1次/h，采用激光標(biāo)線儀對(duì)支撐體系進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)體系的水平、垂直位置是否有偏移。觀測(cè)點(diǎn)可采取在臨邊位置的柱和鋼管架上涂紅漆作為監(jiān)測(cè)標(biāo)記。

混凝土澆筑過程中，在混凝土澆筑前每天監(jiān)測(cè)1次，在澆筑混凝土過程中應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率不超過30min1次，在混凝土澆筑完畢后至混凝土終凝前，監(jiān)測(cè)頻率為每4h1次。依據(jù)架體的設(shè)計(jì)軸力確定監(jiān)控值，當(dāng)沉降不均勻或變化較大時(shí)，架體沉降值的預(yù)警值設(shè)為10mm，當(dāng)架體沉降超過預(yù)警值后，停止?jié)仓?，觀察架體情況，當(dāng)桿件間縫隙正常壓縮、整體均勻情況繼續(xù)施工；當(dāng)局部突發(fā)性變形時(shí)，人員立即撤離。

監(jiān)測(cè)結(jié)果報(bào)告必須包括監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及允許值、報(bào)警值、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析、監(jiān)測(cè)結(jié)評(píng)述，所有記錄必須形成書面材料。

4 實(shí)施效果

本模架體系屬于超跨、超高、超重模板支撐體系，是危險(xiǎn)性較大的分項(xiàng)工程。按要求編制安全專項(xiàng)方案并進(jìn)行專家論證，方案順利通過并得到專家好評(píng)。

根據(jù)施工方案由深化設(shè)計(jì)組進(jìn)行模架BIM模型建模，驗(yàn)證方案合理性，模型效果如圖6，7所示。

圖6 報(bào)告廳模架BIM模型

圖7 體育館模架BIM模型

方案實(shí)施過程中，通過周密組織、精心施工、明確職責(zé)，職責(zé)落實(shí)到每個(gè)部門的每個(gè)崗位，施工全過程管理受控?；炷翗?gòu)件拆模后無沉降變形，構(gòu)件平整度、垂直度、截面尺寸偏差符合規(guī)范要求，混凝土觀感良好。該部位混凝土觀感已成為本工程的一大亮點(diǎn)，技術(shù)效益顯著，社會(huì)效益良好。

5 結(jié)語

該模板支撐體系采用常規(guī)材料進(jìn)行超限梁板模板支撐體系設(shè)計(jì)與施工，通過工程實(shí)踐與應(yīng)用，得出如下結(jié)論：經(jīng)過嚴(yán)密設(shè)計(jì)及計(jì)算，建立完善的安全施工管理體系，采用該設(shè)計(jì)方案施工提高了施工速度和安全系數(shù)，大大降低工程成本。

工程應(yīng)用實(shí)踐證明，該技術(shù)所形成的工法科學(xué)合理，指導(dǎo)性、可操作性強(qiáng)，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可為今后超限梁板模板施工提供參考。