桁架式模板支撐系統(tǒng)在超高層建筑施工中的應(yīng)用

胡文濤

（甘肅第三建設(shè)集團(tuán)有限公司，蘭州 730000）

1 前言

某高層建筑施工項(xiàng)目為某城區(qū)的CBD 核心區(qū)，該項(xiàng)目集商業(yè)、酒店和辦公等服務(wù)為一體，總建筑面積為169631m2，其中地上為128581m2，地下為41050.21m2。主樓地上設(shè)計(jì)57 層，地下設(shè)計(jì)4 層，總高度為280m。

2 項(xiàng)目施工介紹

本項(xiàng)目主體建筑結(jié)構(gòu)采用一種新型的鋼管砼框架-RC 芯子的組合形式，在高層建筑中設(shè)置了一個(gè)巨型的、隨著高層建筑的上升而上升的、與角柱分叉融合的兩個(gè)彎道。由于該結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的抗側(cè)結(jié)構(gòu)，且沒(méi)有設(shè)置拉桿網(wǎng)架，部分樓面存在嚴(yán)重的內(nèi)壓，對(duì)結(jié)構(gòu)平面的總體力學(xué)性質(zhì)提出了更高的要求。在構(gòu)造的施工圖紙上，在第2 至5、11、22、33 個(gè)樓層的地板都是現(xiàn)澆的。

樓板支撐模板工作層的高度為：第一層為7.61 米，第二層為4.99 米，第三層為4 米，第四層為10 米；其中21、32 層支撐模板的工作層高都為4.2 米。其中，1 層的大多數(shù)區(qū)域都是跨層的門廳，它的層高為12.6m，若采用滿堂的鋼管支撐架來(lái)進(jìn)行現(xiàn)澆板的施工，會(huì)造成造價(jià)高、工期長(zhǎng)、占地面積大的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，本文創(chuàng)新地提出了在鋼梁（H 型鋼梁、箱型梁）上設(shè)置網(wǎng)架支撐體系的設(shè)計(jì)方法。

3 桁架式模板支撐系統(tǒng)概述

桁架型模塑支撐體系使用以鋼橫梁的上下翼緣為支撐點(diǎn)來(lái)進(jìn)行吊桿的安裝，并將吊桿的托梁作為支撐點(diǎn)來(lái)進(jìn)行拼桿，將拼桿和模子放置在拼桿上，綁扎鋼筋、澆筑樓板混凝土[1]。當(dāng)?shù)孛娴幕炷镣耆S護(hù)完畢時(shí)，為進(jìn)行回轉(zhuǎn)作業(yè)，可將裝配式桁架及掛座系統(tǒng)拆卸下來(lái)。

對(duì)于具有各種翼緣厚的鋼梁，這種支撐體系采用各種吊架體系：對(duì)于翼緣厚小于200mm 的H 型鋼，采用利用吊盤的方式，吊架體系1 被吊在鋼梁上翼緣上（參見(jiàn)圖1a）；H 型鋼制的邊框?qū)挾却笥?00mm，使用由卡盤緊固到鋼橫桿下翼緣的掛座系統(tǒng)（參見(jiàn)圖1b）；用于箱形梁體的掛座系統(tǒng)3（參見(jiàn)圖1c），該裝置由吊盤從鋼橫梁的上翼邊陲下。桁架梁是由端部桁架單元與標(biāo)準(zhǔn)桁架單元（L=100、300、1000mm 三種尺度）用螺絲進(jìn)行組裝而形成的，以桁架梁的長(zhǎng)短為依據(jù)，選擇適當(dāng)構(gòu)架單元來(lái)進(jìn)行結(jié)合。安裝完畢后，將桁架梁的兩頭置于掛座系統(tǒng)的支撐上，通過(guò)掛座系統(tǒng)的調(diào)節(jié)螺母或頂撐節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)托梁的高低。

圖1 桁架梁?jiǎn)卧?/p>

4 計(jì)算桁架式模板支撐系統(tǒng)承載力

4.1 桁架承載力計(jì)算

以結(jié)構(gòu)鋼梁及承模桁架梁的布置為基礎(chǔ)，對(duì)最不利的情況展開(kāi)了分析：桁架梁跨越按照結(jié)構(gòu)鋼梁最大間距為3.0m，桁架梁間隔為1.2m，在建筑荷載中，包括了模板、樓板自重和建筑施工活荷載（以2.5kN/m2為基準(zhǔn)），而桁架梁的計(jì)算方法是依據(jù)簡(jiǎn)單的梁式來(lái)進(jìn)行的。以此為依據(jù)，檢驗(yàn)主梁的整體穩(wěn)定性、吊盤的凈斷面拉伸強(qiáng)度、吊桿的拉伸強(qiáng)度、加高層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定能力、H 型鋼結(jié)構(gòu)的總體穩(wěn)定性等，均符合規(guī)范的設(shè)計(jì)要求。

4.2 H 型鋼梁翼緣承載力分析

在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于H 型鋼框架的框架結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用到框架結(jié)構(gòu)中。采用ANSYS 程序，對(duì)H型鋼組合梁翼緣承載力進(jìn)行了計(jì)算，重點(diǎn)探討了H 型鋼組合梁翼緣承載力與其斷面尺寸之間的相互影響。利用ANSYS 軟件中的Shell181 單元對(duì)H 型鋼框架結(jié)構(gòu)的上翼緣和下腹板進(jìn)行了三維數(shù)值仿真，以確保計(jì)算的準(zhǔn)確性。在建立模型時(shí)，將考慮焊接后的剩余應(yīng)力及剩余變形對(duì)模型的影響，采用三向鉸鏈對(duì)梁進(jìn)行三向鉸鏈約束，將其作為簡(jiǎn)支梁，并對(duì)梁下翼緣進(jìn)行多組集中載荷，以實(shí)現(xiàn)固定載荷及變化載荷的仿真。

在計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)人為地控制柵格的邊界長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)柵格尺度的控制。在選擇梁的翼緣的承載力時(shí)，將翼緣發(fā)生強(qiáng)度失效時(shí)的承載力Fep1（kN）與在沒(méi)有垂直限制的情況下，主梁撓度達(dá)1/400 時(shí)的承載力Fep2（kN）進(jìn)行對(duì)比，以較小的一個(gè)作為最后的翼緣對(duì)支座的承載力。在載荷間隔為1000mm 的情況下，其結(jié)果如表1 所示。

表1 各種截面類型下支座梁承載力

基于本項(xiàng)目工程中的樓板最大荷載為6kN/m2，跨度為4200mm，鋼桁架之間的間距為1000mm，可以計(jì)算出其支座的最大荷載為12.6kN，支撐的梁截面類型為500×200×10×16，支座的梁承載力為14.4kN，滿足實(shí)際的工程要求。

5 安裝掛座系統(tǒng)及桁架梁

在重新進(jìn)行施工之前，必須對(duì)掛座系統(tǒng)、桁架梁的堆積和裝配地點(diǎn)進(jìn)行明確，并對(duì)進(jìn)入工地的零件進(jìn)行檢查與確認(rèn)，其中有型號(hào)、數(shù)目及外形質(zhì)量。對(duì)支承體系的特殊設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)要有一定的了解，要用不同的色彩來(lái)區(qū)別各種類型的支撐體系，便于在施工中辨認(rèn)。1 層架空層高度為12.60m，為超限地區(qū)，不能使用移動(dòng)作業(yè)架，支承系統(tǒng)的安裝、拆除工作均需使用曲臂小車，其他樓層采用移動(dòng)腳手架安裝、拆除桁梁[2]。

在使用掛座系統(tǒng)1 和3 時(shí)候，首先要將掛板安裝在鋼梁上的翼緣上，可以將吊桿、地板、調(diào)整螺帽在地板上組裝為一體，再用螺釘將吊盤與吊盤聯(lián)結(jié)，再調(diào)整螺帽，使底盤與鋼柱下側(cè)邊夾持。用螺帽調(diào)節(jié)支架的高度，使支架的兩端可以調(diào)節(jié)支架的高度。

在使用掛座系統(tǒng)2 時(shí)，首先要將底板和底座用螺栓夾住鋼梁的下翼緣，并按照鋼梁的高度加上一層，然后再設(shè)置一個(gè)頂撐節(jié)，可以旋轉(zhuǎn)該頂撐節(jié)，使支架的方向和橫梁的方向相交。最終，把一個(gè)頂絲固定在鋼梁上的翼緣下面，以便用這個(gè)支承節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)支架的高度，來(lái)達(dá)到對(duì)桁架梁的兩個(gè)端部高度的調(diào)節(jié)。

在進(jìn)行預(yù)裝之前，按照支架間的間距進(jìn)行裝配，兩個(gè)支架間用螺栓連接。桁架梁可以在地上直接拼裝，如果沒(méi)有任何起重設(shè)備，也可以用手將各個(gè)構(gòu)件抬到作業(yè)臺(tái)上然后再拼裝。當(dāng)桁架梁和桁架梁裝配好后，將桁架梁的兩頭直接放在吊桿上。掛座系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)螺母、頂撐節(jié)等方式，對(duì)支架的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，將支架梁端部的高度調(diào)節(jié)至放下木方模后，可使支架梁頂面與鋼梁頂面平行。

6 拆除模板鋪設(shè)及支撐系統(tǒng)

用14mm 的厚膠合木模板，46mm×92mm 的木方做龍骨。在板材跨度≤1200mm 時(shí)，應(yīng)將板材與板材跨度平行放置，間隔不得超過(guò)300mm。在進(jìn)行模板放置時(shí)，應(yīng)按照相同的次序、相同的方向?qū)p，并確保每條縫下面都有一條龍，并將其拼縫緊密；應(yīng)確保其表面沒(méi)有錯(cuò)動(dòng)，且其上翼緣與模架的高度相同[3]。當(dāng)樓面板的混凝土強(qiáng)度滿足要求時(shí)，可拆除底層模板。吊架體系可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘或上支撐節(jié)來(lái)使每個(gè)鋼架降至100mm 或更高。當(dāng)桁架梁吊座系統(tǒng)落下后，首先要將其頂部的模板和木方拆掉，最后才能夠?qū)⑵湎到y(tǒng)和桁架梁進(jìn)行拆除。

7 項(xiàng)目實(shí)施情況與鋼梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)

該項(xiàng)目以東部2 層為實(shí)驗(yàn)區(qū)，在實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，進(jìn)行3-5 層的現(xiàn)澆樓蓋的施工。其中3 層的層高較高，在3 層高基礎(chǔ)上以曲臂車為作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行支護(hù)體系的安裝。在整個(gè)工程建設(shè)中，整個(gè)支架體系的設(shè)置、拆卸工作都順利完成。由于時(shí)間緊迫，采用桁架式模板支撐體系能迅速、安全地實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)。

在本項(xiàng)目開(kāi)展期間，由于支撐系統(tǒng)有可能會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的鋼梁造成不良的效果，為此，在對(duì)其進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，選擇一處大跨的關(guān)鍵位置，對(duì)上部翼緣、下部翼緣、腹板進(jìn)行預(yù)澆注。在混凝土澆筑過(guò)程中，澆筑完畢后2 天，以及拆除后3 天進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得出在試驗(yàn)過(guò)程中，鋼筋混凝土梁受力最大值為119 MPa 的結(jié)論，試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。結(jié)果表明，在鋼筋混凝土框架內(nèi)，使用網(wǎng)格型支撐體系對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)無(wú)不良影響。

另外，在質(zhì)量控制上需要注意鋼桁架加工所允許的偏差和檢查方法，如表2 和表3 所示：

表2 鋼桁架加工允許的偏差和檢查方法

表3 模板安裝允許的偏差和檢查方法

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合本研究?jī)?nèi)容分析，桁架式模板的支撐體系特點(diǎn)是：

（1）無(wú)需安裝全截面的鋼管支架，節(jié)省造價(jià)，減少時(shí)間，不占下面的建筑面積；

（2）吊架體系以吊盤或卡盤的方式與鋼梁進(jìn)行無(wú)損傷的連接，不需要進(jìn)行焊接和打孔，保證不會(huì)對(duì)鋼梁本身的工作能力造成不利的后果；

（3）對(duì)于具有不同翼緣的鋼梁，可以選擇各種懸掛體系，而桁架梁可以通過(guò)端桁架梁和標(biāo)準(zhǔn)桁架梁的間隔，按照鋼梁的間距進(jìn)行任意組合，使得整體支撐體系具有很好的配置和應(yīng)用前景。

（4）所有部件都是用螺絲固定在一起，使部件的質(zhì)量很小，便于手工操作。整體支撐體系易于安裝、拆卸，提高工程的進(jìn)度。

結(jié)果表明，采用網(wǎng)格型模撐法可以有效地處理超高層建筑中的現(xiàn)澆樓蓋問(wèn)題，對(duì)同類工程具有一定的參考價(jià)值。