建筑工程鋼筋混凝土結構高支模施工工法研究應用

邵明德　

建筑工程鋼筋混凝土結構高支模施工工法研究應用

邵明德

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

高大模板支撐體系廣泛應用于大跨度、大空間、自重較大的鋼筋混凝土結構施工，系統(tǒng)的強度、穩(wěn)定性等參數(shù)在設計和施工中備受關注。文章結合工程實踐，探討了采用輪扣式輔以扣件式鋼管支模方案的鋼筋混凝土結構高支模施工工法的應用。其充分利用結構自身的承載力，功能使用多樣，支撐體系承載能力大，整體穩(wěn)定性強，滿足施工安全和施工質量的需要。

高支模施工工法；輪扣；自鎖；直插；安全穩(wěn)定

引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，高層建筑物、復雜結構建筑物數(shù)量逐年增多，受此發(fā)展趨勢影響，大跨度超高度建筑施工技術應運而生，高支模體系得到廣泛應用。高支模體系應用目的是增加支撐的穩(wěn)定性，保證高空作業(yè)施工質量安全。但是高支模體系本身由于搭設高、跨度長、總負載大，因此安全風險性高，一旦失穩(wěn)發(fā)生坍塌，必將導致重大安全事故。故加強高支模體系的安全技術措施研究是非常必要的。

本文從施工工藝技術角度切入，闡述了一種以輪扣＋扣件式鋼管支模方案為結構形式的高支模施工工法應用。該工法支撐采用輪扣式與扣件式鋼管腳手架混合搭設技術。輪扣式鋼管腳手架是在盤扣式腳手架基礎上研發(fā)出來的一種支撐體系，主要構件為立桿和橫桿，通過焊接在立桿上的輪扣盤等組成空間網(wǎng)架結構。保留了盤扣式的自鎖功能，架體穩(wěn)定承載性能好。但當遇到基礎標高變化較大、不合模數(shù)部位時由于其模數(shù)固定，間距不易調整而運用不便。此時工法采用扣件式鋼管連接，通過規(guī)劃結構來形成整體承載體系，同時保證連接件中橫桿和立桿的鎖緊功能。施工時橫桿直插精度高，與傳統(tǒng)的扣件式腳手架相比，構配件標準化、模數(shù)化（橫桿最小模數(shù)為0.3 m，立桿步距模數(shù)為0.6 m，掃地桿統(tǒng)一高度0.35 m），施工中縱橫距及步距定位準確，減少了人為工作誤差，搭建速度快。通過施工工藝合理優(yōu)化，力學性能合理，承載力高，提升了安全性，滿足項目實施精細化管理的需求。

工法在材料選用、高支撐架體設計驗算與搭設、模板安裝與拆除等方面嚴格執(zhí)行國家發(fā)布的安全技術規(guī)程、安全管理規(guī)定等建設規(guī)范。

1 工程實例

某醫(yī)學高等?？茖W校升本遷建總建筑面積281929 m2，項目建設內容包括教學樓、學生教工公寓樓、食堂、實驗樓、圖書館、體育館、行政綜合樓、禮堂、校醫(yī)院等功能建筑以及運動場地、設施等室外工程。

本著安全、經濟高效的原則，結合其他工程實踐經驗，在工程中實施了鋼筋混凝土結構高支模施工工法，輪扣＋扣件式支模方案主要應用于8#禮堂、30#體育館建設中，應用部位技術指標示例如下：

（1）8#禮堂地下室層高4.55 m，較大主梁尺寸：550 mm×1000 mm、500 mm×1000 mm、400 mm×1000 mm、300 mm×1000 mm、450 mm×900 mm、300 mm×800 mm、300 mm×600 mm、200 mm×700 mm，板厚為200 mm。

8#禮堂三層層高3.6 m，較大主梁尺寸：500 mm×1200 mm、400 mm×1000 mm、300 mm×800 mm、250 mm×600 mm，邊梁尺寸：400 mm×1000 mm，板厚120 mm。

（2）30#體育館首層中空部分1～15/A～E軸，建筑高度為17 m，建筑面積約912.5 m2，較大主梁尺寸：600 mm×1100 mm、300 mm×850 mm、300 mm×800 mm、300 mm×500 mm，邊梁尺寸：300 mm×850 mm、250 mm×850 mm、300 mm×500 mm，板厚為120 mm。

30#體育館三層層高4.5 m，較大主梁尺寸：600 mm×1100 mm、300 mm×1100 mm、300 mm×1000 mm、300 mm×850 mm、300 mm×600 mm、250 mm×500 mm，邊梁尺寸：300 mm×1000 mm、300 mm×950 mm、300 mm×850 mm、300 mm×600 mm，板厚120 mm。

根據(jù)地質鉆探結果，工程場地覆蓋層主要為第四系殘坡積土，下臥基巖是泥盆系中統(tǒng)砂巖和石炭系下統(tǒng)石灰?guī)r。

2 模板、支撐系統(tǒng)材料

工程用木模板由現(xiàn)場加工，依據(jù)設計圖紙、施工方案、現(xiàn)場實際尺寸等進行選材和模板構造設計，由木工施工班組進行模板加工、拼裝，預制定型模板由相應廠家加工后運至施工現(xiàn)場。高支模模板體系選擇18 mm厚復合多層板，板材、方木材質符合GB50005規(guī)定。

輪扣式（含扣件式）腳手架架設采用Φ48 mm×3.0 mm鋼管，符合GB/T13793中規(guī)定的Q235普通鋼管要求，鋼管的鋼材質量符合GB/T700中Q235A級鋼的規(guī)定。材料表面應平直光滑，外徑、壁厚、端面等的偏差符合規(guī)范的規(guī)定，涂防銹漆。可調托撐和可調底座的鋼板力學性能不應低于GB/T700中Q235的規(guī)定，輪扣盤、橫桿端插頭、插銷、連接外套管、可調螺母的調節(jié)手柄等采用碳素鋼制造件，其力學性能應符合GB/T11352中ZG230-450牌號的規(guī)定?？奂捎每慑戣T鐵或鑄鋼制作，其質量和性能應符合GB15831規(guī)定。橫桿端插頭插入輪扣盤內時，應與輪扣盤匹配，并保證錘擊自鎖后不拔脫，抗拔力不得小于3 kN。輪扣盤在立桿上的間距宜按0.6 m的模數(shù)設置。

高支模中使用的模板、方木、鋼管等材料，在施工準備時應進行質量檢查驗收，有裂縫、變形的嚴禁使用，螺栓出現(xiàn)滑絲必須更換，確保構配件符合原有質量和力學性能要求。

3 高支模體系

3.1 支撐體系

3.1.1 支撐系統(tǒng)搭設的要求

（1）模板支撐架應根據(jù)施工方案計算確定縱橫向水平桿間距、步距，并根據(jù)支撐高度配備可調螺桿。

（2）立桿的搭設應符合下列規(guī)定：

①每根立桿底部宜設置可調底座或墊板（搭設在已施工結構底板上可不設底座）。

②立桿應采用套管連接，在同一水平高度內相鄰立桿連接位置宜錯開，錯開高度不宜小于600 mm。

③輪扣式腳手架安裝基礎應硬實，具有足夠承載能力（為回填土時應分層夯實，300 mm厚砂石換土，承載力達到150 kPa），面層混凝土硬化平整。當立桿基礎不在同一標高范圍時，應綜合考慮配架組合或采用扣件式鋼管連接搭設。

（3）水平桿的要求：

①同一區(qū)域的立桿縱向間距應成倍數(shù)關系，并按照先主梁、再次梁、后樓板的順序排列，使梁板架體通過水平桿縱橫拉結形成整體，模數(shù)不匹配位置應確保水平桿兩端延伸至少扣接兩根套扣或輪扣立桿。如圖1所示。

1-扣件水平桿；2-輪扣橫桿；a-模數(shù)間距；b-不合模數(shù)間距

②當架體高度大于8 m時，高大模板支撐系統(tǒng)的頂層水平桿步距宜比中間標準步距縮小一個輪扣間距，當架體高度大于20 m時，頂層兩步水平桿均宜縮小一個輪扣間距。

③模板支撐系統(tǒng)的水平拉桿水平和豎向間距按計算確定：體育館和禮堂項目的水平間距為6 m，豎向間隔為2 m，與周邊鋼筋混凝土結構墻柱、梁采取抱箍、頂緊等措施，剛性扣接，加強抗傾覆能力。

3.1.2 模板支撐架的剪刀撐設置應符合下列要求

（1）做好支撐體系的放線定位，使支撐體系橫平豎直。支撐架的豎向剪刀撐和水平剪刀撐應與支撐架同步搭設，剪刀撐的搭接長度不應小于1 m，且不應少于2個扣件連接。剪刀撐和整體連桿的設置，確保其整體穩(wěn)定性和抗傾覆性。

（2）搭設高度不大于5 m的滿堂模板支撐架，當與周邊結構無可靠拉結時，架體外周應在豎向連續(xù)設置輪扣式鋼管剪刀撐或扣件式鋼管剪刀撐連接；豎向剪刀撐的間距和單幅剪刀撐的寬度宜為5 m～8 m，剪刀撐與橫桿的夾角宜為45°～60°；架體高度大于3倍步距時，架體頂部應設置一道水平扣件式鋼管剪刀撐，剪刀撐應延伸至周邊。如圖2至圖4所示。

1-立桿；2-橫桿；3-斜撐；4-插銷；5-螺母；6-輪扣盤；7-斜撐扣

1-豎向剪刀撐；2-水平剪刀撐

1-豎向剪刀撐；2-水平剪刀撐

梁模板支撐架體與樓板模板支撐架體宜采用水平桿連接，當采用鋼管連接時，應用直角扣件固定在梁模板支撐架與樓板模板支撐架的水平桿上，且不應小于2跨。

模板支撐架的高寬比不宜大于3，當高寬比大于3時，在架體的周邊和內部以計算確定水平間隔及豎向間隔距離，且設置連墻件與建筑結構拉結；當無法設置連墻件時，應設置鋼絲繩張拉固定等措施。

不合模數(shù)的間距的支撐采用與輪扣同規(guī)格的鋼管搭設。

鋼管腳手架搭設時可采用逐排和通層搭設的方法，并應隨搭隨設掃地桿水平縱橫回固桿。架體搭設完成后要加設足夠的剪刀撐，在頂托與架體橫桿300 mm的距離要增設足夠的水平拉桿、水平剪刀撐，在支架四邊、主梁底兩側與中間每隔四排支架立桿設置一道縱向剪刀撐，由底至頂部連續(xù)設置，使其整體穩(wěn)定性得到可靠的保證。

3.2 模板體系

模板體系采用18 mm厚復合多層板作面板，截面尺寸50 mm×100 mm木枋作內龍骨，Φ48 mm×3.0 mm雙鋼管為外龍骨。結合工程結構形式及構件尺寸、標高等，按最不利因素考慮設計計算，以輪扣式（含扣件式）滿堂紅腳手架、托撐、方木、對拉螺栓等組成模板支撐加固系統(tǒng)，保證模板及支架體系整體強度、剛度和穩(wěn)定性。

3.2.1 模板安裝使用符合如下規(guī)定

（1）模板安裝和預埋件、預留孔洞的允許偏差和檢驗方法必須符合有關規(guī)定。模板及其支架必須保證工程結構和構件各部分形狀尺寸和相互位置正確。

（2）模板工程完成后按照設計圖紙要求檢查軸線位置、相鄰標高關系、幾何尺寸、形狀、垂直度等，模板達到拼縫嚴密，構件牢固。在澆筑混凝土過程中實時監(jiān)測高大模板支撐系統(tǒng)的模板沉降、支架變形、立桿軸力、水平豎向位移等，如發(fā)現(xiàn)松動、變形超預警值等現(xiàn)象，應及時修整牢固（在已澆筑的混凝土初凝前），危急時人員撤離危險區(qū)域。

（3）支設范圍及施工縫留設視現(xiàn)場實際生產情況而定。

3.2.2 模板架體拆除規(guī)定

（1）模板拆除順序與安裝順序相反，先支后拆，后支先拆，先拆非承重模板，后拆承重模板，先拆縱墻模板后拆橫墻模板，先拆外墻模板，再拆內墻模板；架體拆除程序依次為：先拆拉桿、腳手板、剪刀撐、斜撐，而后拆縱橫向大橫桿、立桿等（一般拆除順序為安全網(wǎng)、欄桿、腳手板、剪刀撐、橫向大橫桿、縱向大橫桿、立桿）。

（2）同條件養(yǎng)護混凝土試塊達到規(guī)范要求的拆模強度后，支撐及模板才能進行拆除工作。高大復雜的模板，要按制定的拆模方案拆除，大尺寸梁達到設計強度時才能拆支模。

4 模板支架設計及驗算

高支模方案主要用于工程主梁、邊梁、樓面板施工。30#體育館首層中空部分1～15/A～E軸，最大梁截面尺寸為600 mm×1100 mm，承受荷載最重，故選取其為研究對象，介紹模板支架的設計及受力分析驗算。

4.1 參數(shù)信息

結構樓板厚120 mm，梁寬600 mm，梁高1100 mm，層高4.50 m，結構表面考慮隱蔽，輪扣式與扣件式鋼管采用同一規(guī)格，模板材料為木模板，材料性能、施工荷載、計算系數(shù)等按規(guī)范標準值取用。

4.2 梁底模

梁底模和支架承載底側模自重、砼自重、鋼筋荷載、振搗砼荷載產生的組合荷載。方案擬采用厚度18 mm、寬度600 mm的復合多層板作為底模；截面尺寸50 mm×100 mm木枋作為內龍骨（次楞），橫向間距200 mm；Φ48 mm×3.0 mm雙鋼管作為外龍骨（主楞），橫向間距600 mm。

梁底模及支架荷載計算（計算跨數(shù)5跨）。

（1）抗彎強度。

梁底模抗彎強度σ=Mmax/W=2.96 N/mm2＜fm=13.00 N/mm2，滿足要求。

梁傳遞到第一層龍骨（次楞）的荷載Mq=0.34 kN·m，板傳遞荷載P=0.45 kN。

內龍骨（次楞）抗彎強度σ=Mmax/W=4.08 N/mm2＜fm=13.00 N/mm2，滿足要求。

外龍骨（主楞）抗彎強度σ=Mmax/W=30.29 N/mm2＜f=205.00 N/mm2，滿足要求。

（2）抗剪強度。

梁底模抗剪強度τ=KVq1L=0.38N/mm2＜fv=1.40 N/mm2，滿足要求。

內龍骨（次楞）抗剪強度τ=3 Vmax/(2A)=0.82 N/mm2＜fv=1.40N/mm2，滿足要求。

外龍骨（主楞）抗剪強度τ=3 Vmax/(2A)=8.31 N/mm2＜fv=120.00 N/mm2，滿足要求。

（3）撓度強度。

梁底模撓度υma=Kυq2L4/(100EI)x=0.10 mm＜[υ]=0.80 mm，滿足要求。

內龍骨（次楞）撓度υmax=υq＋υp=0.26 mm＜[υ]=2.40 mm，滿足要求。

外龍骨（主楞）撓度υmax=KυPL3/(100EI)=0.16 mm＜[υ]=1.80 mm，滿足要求。

4.3 側模板

梁側模和側肋承載新澆混凝土的側壓力及振搗混凝土產生的荷載，方案擬采用厚度18 mm、寬度600 mm復合多層板作為側模，豎肋間距200 mm。

（1）新澆砼的側壓力。

新澆混凝土作用于模板的側壓力F1=0.22γ×200/(T+15)β1β2V1/2=45.75 kN/m2(γ=24.0 β1=1.20 β2=1.15 V=2.0 T=30.0℃)

F2=γ H=26.40 kN/m2

通過理論和實踐，F(xiàn)1、F2兩者取小值，側壓力F=26.40 kN/m2，有效壓頭高度=F/γ=1.10。

（2）側模板荷載驗算（計算跨數(shù)5跨）。

①側?？箯潖姸圈?Mmax/W=2.90 N/mm2＜fm=13.00 N/mm2，滿足要求。

②側?？辜魪姸圈?=3 Vmax/(2 bh)0.38 N/mm2＜fv=1.40 N/mm2，滿足要求。

③側模撓度υmaxx=KυqL4/100EI=0.09 mm＜[υ]=0.80 mm，滿足要求。

4.4 對拉螺栓設置

設計方案：設2排φ12 mm對拉螺栓，螺栓橫向間距400 mm。

對拉螺栓受力N=abFs=4.68 kN＜容許拉力[Ntb]= 12.90 kN，滿足要求。

4.5 側肋強度驗算

設計方案：截面尺寸50 mm×100 mm木枋作為側肋，計算跨度327 mm，跨數(shù)3跨。

（1）側肋抗彎強度σ=Mmax/W=0.96 N/mm2＜fm=13.00 N/mm2，滿足要求。

（2）側肋抗剪強度τ=3 Vmax/(2bh)=0.44 N/mm2＜fv=1.40 N/mm2，滿足要求。

（3）側肋撓度υmax=KυqL4/100EI=0.01 mm＜[υ]=1.31 mm，滿足要求。

4.6 梁側檁梁

設計方案：φ12 mm對拉螺栓橫向間距400 mm，側肋間距200 mm，計算跨數(shù)5跨，梁側檁梁采用Φ48 mm×3.0 mm雙鋼管。

（1）檁梁抗彎強度σ=Mmax/W=20.41 N/mm2＜fm=205.00 N/mm2，滿足要求。

（2）檁梁抗剪強度τ=3 Vmax/(2bh)=3.12 N/mm2＜fv=120.00 N/mm2，滿足要求。

（3）檁梁撓度υmax=KυP，L3/(100EI)=0.03 mm＜[υ]=1.60 mm，滿足要求。

4.7 支架支撐強度驗算

設計方案：支撐材料Φ48 mm×3.0 mm鋼管，支撐橫向間距600 mm，縱向間距450 mm，立桿步距1.2 m，支架可調托座支撐點至頂層水平桿中心線的距離0.65 m，鋼管回轉半徑15.90 mm。在室內或無風環(huán)境下不考慮風荷載。

水平拉桿3層，支架重量NGk＝立桿重量＋水平拉桿重量＝262N，鋼管軸向力N＝1.2NGK＋NQK＋7590N。

（1）鋼管立桿長細比λ=LO/i=119.50＜150，滿足要求。

（2）鋼管立桿穩(wěn)定性計算為σ=39.09 N/mm2＜205.00 N/mm2，滿足要求。

當采用扣件式鋼管方案設計同尺寸梁時，鋼管立桿穩(wěn)定性計算值為196.26 N/mm2，滿足要求，但遠大于本方案的39.09 N/mm2。相較之下，輪扣式+扣件式設計方案的支架穩(wěn)定性更好，安全系數(shù)更高。

4.8 支撐支承面驗算

鋼管立桿設配套100 mm×100 mm底座，支承面為（按C25考慮）混凝土樓板,樓板厚=120 mm，上部荷載為7590 N。

（1）鋼管支承面受沖切承載力=(0.7 βhft＋0.25 σpc, m) ηUmhO=76.54 kN＞7.59 kN，滿足要求。

（2）支承面局部受壓承載力F=ωβlfccAl=227.59 kN＞7.59 kN，滿足要求。

通過以上驗算驗證，設計的主梁高支模模板、支架的強度、穩(wěn)定性等方面均符合規(guī)范要求，支撐體系整體剛度大、承載力大，撓度變形小，表明該工程的輪扣+扣件式高支模體系的設計思路正確，施工方案安全可靠，有利于保證大體積混凝土等施工作業(yè)安全、高效。

5 結束語

高支模施工工法（輪扣＋扣件鋼管支模方案）通過在某醫(yī)學高等專科學校升本遷建工程等工程的應用，解決了在梁、板等結構標高變化的建筑物存在的應用問題，建筑外形獨特，內部空間更具有實用性、立體感。通過自鎖的方式操作便捷精確，力學性能合理，安全穩(wěn)定性好，可有效提高施工效率，防止高支模架體失穩(wěn)，高支?，F(xiàn)澆構件的施工質量也得到有力保證。該工法充分重視施工前期準備工作，合理安排施工進度，加強施工過程中的項目監(jiān)管。成果也為類似高支模建筑工程的施工方案設計、驗算及實施提供了可借鑒的成功經驗。

[1] DB44/T1876－2016. 輪扣式鋼管腳手架安全技術規(guī)程[S]. 北京: 中國標準出版社，2016.

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[3] JGJ300－2013. 建筑施工臨時支撐結構技術規(guī)范[S]. 北京: 中國標準出版社，2013.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. 建設工程高大模板支撐系統(tǒng)施工安全監(jiān)督管理導則[EB/OL]. https://max.book118.com/html/2018/1124/8012003061001134.shtm，2018-11-24.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. 危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定[EB/OL]. https:// www.renrendoc.com/ paper/103333240.html，2020-11-21.

[6] 廣東省住房和城鄉(xiāng)建設廳. 房屋市政工程危險性較大的分部分項工程安全管理實施細則[EB/OL]. http://www.xingning.gov.cn/mzxnzjj/gkmlpt/content/1/1770/post_1770738.html#7220，2019-08-27.

Research and Application of High Formwork Construction Method of Reinforced Concrete Structure in Construction Engineering

High formwork support system is widely used in the construction of reinforced concrete structures with large span, large space and large self weight. The strength, stability and other parameters of the system have attracted much attention in the design and construction. Combined with engineering practice, this paper discusses the application of high formwork construction method of reinforced concrete structures with wheel buckle supplemented by fastener steel pipe formwork scheme. It makes full use of the bearing capacity of the structure itself, has various functions, has large bearing capacity of the support system and strong overall stability, and meets the requirements of construction safety and construction quality.

high formwork construction method; wheel buckle; self-locking; direct insertion; safety and stability

TU755

A

1008-1151(2022)03-0034-04

2021-12-19

邵明德（1969－），男，湖南常德人，中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司高級工程師，從事建筑結構設計與現(xiàn)場施工配合、工程管理工作。