房屋建筑高大模板應(yīng)用技術(shù)安全性研究

陳 平

（四川航焱建筑工程有限責(zé)任公司，四川 宜賓 644000）

房屋建筑工程已經(jīng)具有非常成熟的施工技術(shù)。目前，我國(guó)超過(guò)100m 的超高層建筑不計(jì)其數(shù)，在施工過(guò)程中，由于高大模板支設(shè)不良導(dǎo)致的安全問(wèn)題層出不窮，因此，發(fā)生的重大安全事故也較多[1]。大多超高層建筑在結(jié)構(gòu)施工的過(guò)程中需要支設(shè)高大模板，而施工方多數(shù)迫于工期壓力和業(yè)主催促進(jìn)度等工程要求，簡(jiǎn)化支設(shè)的條件，使高大模板在安裝過(guò)程中存在安全隱患，隨著主體結(jié)構(gòu)的施工荷載不斷增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)，引起安全事故，給工程和人員造成巨大損失[2]。該文對(duì)房屋建筑的具體工程項(xiàng)目以及高大模板支設(shè)過(guò)程中的安全性問(wèn)題進(jìn)行研究，對(duì)存在的安全隱患進(jìn)行排查，并進(jìn)行受力分析，為房建超高層建筑高大模板的技術(shù)安全性應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 工程概況

“鐵投·華匯天地二期”項(xiàng)目四標(biāo)段位于成都市雙流縣華陽(yáng)鎮(zhèn)清河社區(qū)，該工程建筑面積556771.4m2，建筑高度178.45m，其中地下兩層、主樓地上41 層，屬于超高層房建工程，主樓采用框架-剪力墻（核心筒）結(jié)構(gòu)，其中15#樓二單元存在大量高支模施工，有荷載大于20kN·m的梁和構(gòu)架結(jié)構(gòu)層施工支模高度大于8m 的梁；工程所在區(qū)域交通任務(wù)繁重，施工場(chǎng)地有限，社會(huì)環(huán)境較為復(fù)雜。為確保超線(xiàn)荷載、高支模板和支架在使用周期內(nèi)具有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，能承受新澆混凝土的自重、側(cè)壓力和工程中所產(chǎn)生的荷載以及風(fēng)荷載，需要對(duì)工程中的高大模板及其支架進(jìn)行安全性研究。作為超高層房建工程，應(yīng)用高大模板的安全分析過(guò)程必須完整[3]，并指導(dǎo)實(shí)際施工。該文根據(jù)實(shí)際工程對(duì)高大模板應(yīng)用技術(shù)的安全性進(jìn)行分析。

2 高大模板安全性分析

2.1 高大模板傳力機(jī)制以及架體支設(shè)

高大模板的傳力機(jī)制如下：首先，由鋼筋混凝土荷載通過(guò)面板（覆膜膠合板）傳遞給小梁（木方）[4]；其次，通過(guò)小梁傳遞給主梁（鋼管）；最后，由主梁傳遞給高大模板立桿[5]。高大模板傳力的過(guò)程需要經(jīng)過(guò)細(xì)致驗(yàn)算，各層模板支撐架體的受力都會(huì)隨上部結(jié)構(gòu)荷載的變化而變化，混凝土澆筑后，要考慮硬化過(guò)程、上部架體以及結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載的安全性。因此，在考慮傳力機(jī)制的過(guò)程中，需要對(duì)高大模板的架體搭設(shè)增加安全儲(chǔ)備的系數(shù)。在高大模板支設(shè)過(guò)程中，其上混凝土布料機(jī)的支設(shè)桿件要求如圖1 所示。為保證支架的穩(wěn)定性，并保障其安全，必須進(jìn)行加固處理。

圖1 高支模布料機(jī)架體加固示意圖 （單位：mm）

高支模的布料機(jī)設(shè)備進(jìn)行支架加固結(jié)構(gòu)如圖1 所示。為保證高大模板的穩(wěn)定性，需要整體加設(shè)閉合剪刀撐，整體高大模板及其架體支設(shè)的平面如圖2 所示。按照示意圖安裝，能夠最大限度地保障高大模板結(jié)構(gòu)的安全，從圖中可以看出，高支模布料機(jī)支撐墊板的設(shè)置非常重要[6]。在施工荷載等活荷載以及主體結(jié)構(gòu)等靜載的雙重加持下，最終保證整體的穩(wěn)定性。

圖2 高大模板支撐體系平面圖

2.2 高大模板體系受力安全性監(jiān)測(cè)分析

為使高大模板的變形量在安全范圍內(nèi)，需要進(jìn)行高大模板的桿件支撐體系安全性分析[7]。為更清晰地說(shuō)明問(wèn)題，采用在鋼管立桿上安裝傳感器進(jìn)行受力監(jiān)測(cè)的方法。監(jiān)測(cè)“鐵投·華匯天地二期”項(xiàng)目四標(biāo)段的15#樓二單元五層樓板施工后的支撐變形情況，得出應(yīng)力變化，如圖3～圖7所示。

圖3 15#樓二單元高大模板立桿支撐應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

從圖3、圖4 可以看出，“鐵投·華匯天地二期”項(xiàng)目四標(biāo)段的15#樓二單元五層的施工高大模板的整體情況，立桿與水平桿在樓板頂部與樓板底部均趨向于平緩。應(yīng)力隨時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸加大，但最大不超過(guò)12MPa（拉或壓應(yīng)力），水平桿縱向與橫向呈相反趨勢(shì)，縱向水平桿呈現(xiàn)壓應(yīng)力（整個(gè)應(yīng)力值為負(fù)值）；而橫向水平桿呈現(xiàn)拉應(yīng)力（整個(gè)應(yīng)力值為正值）。

圖4 15#樓二單元高大模板水平桿支撐應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

從圖5、圖6 可以看出，在高大模板支設(shè)拆除前，架體安全性偏向穩(wěn)定，立桿、水平桿的應(yīng)力迅速增加，然后趨于穩(wěn)定；與主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度增至穩(wěn)定后的區(qū)域基本一致，說(shuō)明高大模板支設(shè)與結(jié)構(gòu)主體變形保持統(tǒng)一，整體穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)安全隱患。

圖5 15#樓二單元拆模前支撐架體立桿應(yīng)力變化曲線(xiàn)

圖6 15#樓二單元拆模前支撐架體水平桿應(yīng)力變化曲線(xiàn)

圖7 是上部荷載對(duì)整體高大模板的影響程度，通過(guò)近一周的監(jiān)測(cè)控制，疊加施工荷載對(duì)模板以及架體整體影響較小，從受力表征來(lái)看，施工荷載始終保持在約2MPa，說(shuō)明主體結(jié)構(gòu)樓板對(duì)高大模板的壓力處于穩(wěn)定范圍內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)突變的情況，模板支設(shè)方式符合安全要求。

圖7 上部施工荷載對(duì)15#樓二單元五層樓板承擔(dān)的應(yīng)力變化

3 高大模板力學(xué)模型計(jì)算

3.1 面板計(jì)算

對(duì)高大模板的架體受力體系進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，整體安全性和單一構(gòu)成要素對(duì)高大模板的支設(shè)會(huì)有一定程度的影響，因此需要對(duì)單一構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)模型分析，進(jìn)而從微觀上驗(yàn)算高大模板整體安全性能，如圖8 所示。主要對(duì)強(qiáng)度、剛度以及反力情況進(jìn)行研究[8]。

圖8 高支模面板力學(xué)簡(jiǎn)化模型

強(qiáng)度驗(yàn)算如公式（1）和公式（2）所示。

式中：M為彎矩；W為抵抗矩；σ為正應(yīng)力；q1靜為面板靜載；q1活為面板動(dòng)載，主要是施工荷載。

撓度驗(yàn)算如公式（3）所示。

式中：vmax為支架體撓度值；q2為面板荷載，主要是施工荷載。

座反力計(jì)算如下。

設(shè)計(jì)值（承載能力極限狀態(tài)）如下：

R1=R5=0.393q1靜L+0.446q1活L=0.393×87.659×0.1+0.446×4.455×0.1=3.644kN，R2=R4=1.143q1靜L+1.223q1活L=1.143×87.659×0.1+1.223×4.455×0.1=10.564kN，R3=0.928q1靜L+1.142q1活L=0.928×87.659×0.1+1.142×4.455×0.1=8.644kN。

標(biāo)準(zhǔn)值（正常使用極限狀態(tài)）：R1'=R5'=0.393q2L=0.393×61.3×0.1=2.409kN，R2'=R4'=1.143q2L=1.143×61.3×0.1=7.007kN，R3'=0.928q2L=0.928×61.3×0.1=5.689kN。

R為支座反力。

3.2 主梁計(jì)算

主梁計(jì)算簡(jiǎn)化受力模型如圖9 所示，為便于分析，主梁自重忽略不計(jì)，合并2 根主梁，其受力不均勻系數(shù)為0.6，則單根主梁所受集中力為Ks×Rn，Rn為各小梁所受最大支座反力。

圖9 高支模主梁力學(xué)簡(jiǎn)化模型

抗彎計(jì)算如公式（4）所示。

抗剪計(jì)算如公式（5）所示。

式中：τmax為切應(yīng)力。

撓度計(jì)算如公式（6）所示。

支座反力計(jì)算：承載能力極限狀態(tài)，支座反力依次為R1=0.749kN，R2=6.933kN，R3=6.933kN，R4=0.749kN。

立桿所受主梁支座反力依次為P1=0.749/0.6=1.249kN，P2=6.933/0.6=11.555kN，P3=6.933/0.6=11.555kN，P4=0.749/0.6=1.249kN。

3.3 其他節(jié)點(diǎn)分析

在樓層越來(lái)越高的情況下，高大模板支設(shè)存在局部穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，當(dāng)考慮高大模板施工技術(shù)安全性問(wèn)題時(shí)，需要增加扣件和短鋼管來(lái)進(jìn)行支撐。該文采用自由段處加橫桿的方式對(duì)樓板進(jìn)行支托并進(jìn)行扣件鎖定，如圖10 所示。具體位置應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行升降調(diào)節(jié)，確保自由段鋼管長(zhǎng)度在0.5m 內(nèi)。

圖10 自由段處加橫桿示意圖

通過(guò)安全性監(jiān)測(cè)分析和力學(xué)模型計(jì)算可以看出，高大模板體系整體要注意防側(cè)傾。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)模板支設(shè)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)判斷，對(duì)鋼管、扣件以及主梁、面板的研究，對(duì)應(yīng)力的傳導(dǎo)均為基于基本的軸力作用，而未考慮水平向帶來(lái)的側(cè)向拉力或者可能形成的側(cè)向彎矩（扭矩）等力學(xué)響應(yīng)。

4 結(jié)論

綜上所述，該文從實(shí)際工程案例出發(fā)，對(duì)超高層房建工程的高大模板支撐體系進(jìn)行研究，重點(diǎn)對(duì)高大模板支設(shè)過(guò)程中的安全性進(jìn)行論證，并通過(guò)模型計(jì)算，明確高大模板在施工中的問(wèn)題。注重整體受力監(jiān)測(cè)，同時(shí)確保構(gòu)件的力學(xué)驗(yàn)算符合要求，注意控制節(jié)點(diǎn)和防側(cè)傾就能最大限度地保障高大模板應(yīng)用技術(shù)的安全。