悬空混凝土结构模板支撑方式选型研究★

2012-11-05魏良宝

山西建筑 2012年2期

魏良宝

现代钢筋混凝土建筑的形式多样，各种悬空结构(如高空连廊结构、门式连体结构等)一般处于高空，跨度大且体型厚大［1，2］。各悬空结构工程特点不同，实际支模时应根据悬空结构的特点来选择合适的支撑体系。悬空结构的模板支撑体系较多，但大体从其底部是否与地基接触分为落地式、不落地式［3，4］。本文综述了不同支撑体系的方案特点、适用范围、经济性等，为实际悬空结构的模板支撑的选型提供建议和参考。

1 落地式模板支撑

落地式支模方式是指结构自重和施工荷载通过支撑体系直接传递给地基，而不用通过主体结构或是其他形式结构，这种支模方式主要有两种形式:满堂脚手架、落地格构柱加型钢桁架(梁)。在悬空结构的模板支撑体系中，落地式支模方式最为常用，但是当模板支撑高度较高，并且考虑规范规定的模板支架的压缩变形和弹性挠度在1/1 000以内时，则支模材料用量大，搭设和拆除周期长，支模体系的自重增加较多，对基础还有一定要求，同时大大增加施工过程中的危险源［2］，适用高度一般在30 m以下。

2 不落地式模板支撑

不落地支模体系是以梁(型钢或钢桁架)式支模体系为基础，配合撑杆或拉杆形成的支模方式。斜拉桁架的支撑体系承载力较大，但考虑到有些支模空间无法满足桁架高度的要求，以及经济性、施工便利性等因素，因此常替换成型钢。和斜拉钢桁架相比，增大型钢的截面、增加斜拉杆的数量、调节斜拉杆的吊点位置也可以达到和斜拉钢桁架同等级的承载能力，但由于型钢平台侧向支撑的减少，和主体结构连接点简化，一般达不到斜拉钢桁架同样的整体稳定性要求。

2.1 基本梁式模板支撑

基本梁式模板支撑采用型钢或桁架作为承重构件，其与周边结构的连接形式见图1。

图1 基本梁式模板支撑

2.1.1 悬挑梁式

该支撑常采用型钢。支撑一端与主体结构固结，另一端为自由端［7］。随着竖向荷载的增大，端部的挠度增加很快，所以这种支撑的跨度不可能很大，且这种支撑体系支座处的作用较大，应注意主体结构的受力。悬挑梁式支撑跨度一般在4 m以内，适用于自重较小的悬挑结构。这种形式经济性好，用材少;工期短;施工方便，工艺简单［8］;对施工人员要求低;高空作业量小，安全性较好，但防护要求高。

2.1.2 两端支撑式

这种支撑方式两端与主体结构通过铰接［9］或固结方式相连。铰接的形式使得支撑跨中挠度较大，端部支座处受到的弯矩较小。可以适用于框架、剪力墙等不同的结构形式。固结的形式可以降低跨中挠度，端部与主体结构连接处受力较大;由于固结的节点比较复杂，且实现需要一定的空间，所以这种支撑方式会受到主体结构形式的限制。该支撑方式一般适用跨度为10 m～15 m，支模高度没有太多限制;双边或三边嵌固结构均可采用。经济性好，用材较少，工期占用较少。但施工过程中有高空作业，需要一定的焊接、吊装工艺，安装技术要求较高。

2.2 撑梁式支撑体系

这种支撑方式是在梁式的基础上加设撑杆［10］，见图2。撑杆的作用相当于在梁的中部增加支座，可以大大减少支撑的悬臂长度或跨间的距离，有效降低支撑系统的最大挠度。由于荷载的分散作用，梁支座处主体结构的受力和梁式支模方式相比，也有较大程度的降低。而且由于撑杆是位于支模平台的下方，撑杆的施工不会影响工期。但撑杆作为受压杆件，其稳定性是该支撑方式的关键。撑杆的长度越大越不稳定，所以撑杆的支座一般布置在支撑平台下一层或两层。撑杆与梁的连接位置不能随意调整，所以撑杆对挠度的调节作用是有限的。这种支模方式适用于跨度和荷载中等的悬空结构模板支撑体系，在以往工程中，这种支撑方式的最大跨度可以达到20 m以上。

图2 撑梁式支撑体系

2.2.1 三角钢桁架

这种支撑形式是用型钢制作三角桁架［11］，然后可以整体吊装到支撑平台处。受力简单，可以将整个桁架体系作为悬臂梁考虑，但承载力大于悬臂型钢梁。支座处连接较复杂，对主体结构要求高，在安装之前需布置预埋件。该形式支撑适用于跨度一般在4 m以内，自重中等的悬挑结构，经济性较好，一般不占用较多工期［12］。但型钢用量较多，且需高空作业和一定的焊接［12］、吊装工艺，对施工人员有一定技术要求。

2.2.2 三角钢管架

这种支模体系是用脚手钢管搭设三角形支模体系。这种支撑搭设形状较复杂，与前面类型相比，整体与结点传力情况不够明确，受制作质量影响大。该形式支撑适用于跨度一般在3 m以内，自重较小的悬挑结构。经济性较好，用材量较少;施工工期短，工艺简单。但对施工人员有较高技术要求，需大量高空作业，存在安全隐患［11］。

2.2.3 铰接撑杆

铰接撑杆形式是将梁与撑杆分开制作，然后再进行组装，撑杆和梁之间采用铰接形式，可采用螺栓连接。这种支撑体系受力明确［13］，撑杆的作用不但相当于给梁加了支点，降低梁的最大挠度，且将传给主体结构的力分散，降低了主体结构的受力。但撑杆作为细长的受压构件，仍然需要考虑其稳定性。该形式支撑适用于跨度5 m以内，自重中等的悬挑、两边或者三边固结的结构。经济性较好，用材少。工期短，施工简便，对施工人员技术要求一般。高空作业较少，安全隐患较少。

2.3 拉梁式支撑体系

“拉梁式”支模方式和“撑梁式”支模方式原理相同，是通过增加梁的支点来提高支撑体系的承载力并降低最大挠度。和撑杆不同的是，拉杆不存在稳定性问题，只要强度达到，拉杆就是安全的。根据需要，可以设置多道拉杆提高支撑体系的承载能力，如对于悬挑支撑平台，跨度可达到8 m以上。而且拉杆可以采取加环筒的方式灵活的改变下端点的高度。拉杆也可以施加预应力，做成预应力拉杆，这将大大优化支撑结构的性能。这种支撑方式也有明显的缺点，如拉杆吊点的位置是在支撑平台上方，所以需要在吊点处的楼层达到一定强度后才能完成支模体系的搭设。当采用桁架梁作为主要的承重体系时，斜拉杆布置形式有多种，有预应力斜拉钢桁架、预应力钢桁架以及预应力索托桁架等，见图3，不同的施加预应力方式产生的效果是不同的。

图3 拉梁式支撑体系

2.3.1 斜拉型钢

这种支撑形式是采用型钢作为直接承力构件，设置斜拉杆(索)［14］作为柔性支点。斜拉索可以大大降低最大挠度，而且可以通过设置多道斜拉杆，增加承载能力。和撑杆的作用相同，斜拉杆可以将荷载分散传递给主体结构。可以对斜拉杆施加预应力，调节挠度，并可对施工进行调整控制［15-17］。该种支撑形式适用于跨度较大，自重中等的悬挂结构、两边或三边嵌固结构;对于悬挂结构而言，如果设置多道拉杆，悬挑跨度可超过8 m，经济性较好;由于斜拉杆的施工需待斜拉杆吊点所在楼层混凝土浇筑后，并达到一定强度才行，因此该支撑对施工的工期有一定要求;其他施工简便，对人员要求一般;存在一定高空作业。

2.3.2 斜拉钢桁架

这种支撑形式就是将斜拉型钢支模方式中的型钢换为钢桁架。钢桁架的承载能力更大，与斜拉杆更好连接。其他结构特点和斜拉型钢形式相同［18，19］。该支撑形式适用于跨度大、自重高的两边或三边嵌固结构，最大跨度可达30 m以上，经济性较好。但需等斜拉杆支座处所在的楼层混凝土浇筑完毕后才能进行斜拉杆的安装。施工难度较高;对施工人员要求高。必要时通过在斜拉钢桁架的基础上对斜拉杆施加预应力，施加预应力的好处是可以对桁架的受力重分配，优化桁架的内力分布，也可降低支撑体系的最大挠度，同时通过施加预应力可以对施工进行调控［20］。

2.3.3 索托钢桁架

这种支撑形式是将索穿过整个桁架，为桁架提供弹性支撑，控制跨中挠度并将荷载向上传递，且不会在桁架中产生有害的水平力。其承载能力要大于预应力斜拉钢桁架，结构形式更合理［16］。适用于大跨度、高承重的两边或三边嵌固结构，最大跨度在30 m以上，经济性较好。需等斜拉杆支座处所在的楼层混凝土浇筑完毕后才能进行斜拉杆的安装。施工难度较高;对施工人员要求高。

2.4 撑拉梁式模板支撑体系

这种支模方式兼具梁与拉杆结合和梁与撑杆结合两种支模方式的优缺点［2-21］。根据拉杆和撑杆的特点，一般将拉杆与梁的节点布置在靠近跨中的位置，把撑杆布置在靠近梁支座的位置，见图4。由于撑杆和拉杆的作用，荷载传递到主体结构上的力被分散了，支撑结构的支座对主体结构的冲切力减小。这种支撑体系的使用跨度可以达到30 m以上，随着大跨度、大承重、形式复杂多变的悬空结构的出现，这种支撑体系会得到更多的应用。这种支撑方式也不仅限于两边嵌固的结构，对于周边嵌固结构也同样可以采用。

图4 撑拉梁式模板支撑体系

3 结语

不同的悬空结构形式有自己不同的特点，同一种类型的结构形式由于跨度、自重的不同或是现场条件的限制，所采用的支模条件也是不同的。实际工程中，要在考虑到各个工程特点、现场条件以及各种支撑的特性等基础上，才能选取合适的支撑形式。有些支模形式，虽然理论上性能优异，但由于施工技术复杂等原因，如预应力桁架体系［21］等，实际工程中应用还较少，有待进一步的实践来检验。最后，要衷心感谢南通建工集团易兴中研究院级高级工程师。

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