型钢混凝土转换梁高支模施工技术及安全性分析

黄胜方

（淮北职业技术学院，安徽淮北235000）



型钢混凝土转换梁高支模施工技术及安全性分析

黄胜方

（淮北职业技术学院，安徽淮北235000）

摘要：型钢混凝土转换梁模板支设系统由于承受荷载大、受力复杂、施工难度大且危险性大导致一些质量安全事故的发生。结合具体工程实例，介绍了将型钢支撑与脚手架支撑结合的型钢混凝土梁的支撑施工技术，并对其进行了安全性分析，取得了良好的经济技术效果，为类似工程的设计与施工提供借鉴与参考。

关键词：型钢混凝土梁；胎架；高支模；施工技术；安全性

0引言

型钢混凝土转换梁已成为高层建筑结构中建筑功能与空间转换的重要结构体系，但其支撑体系的施工是影响整个工程质量、安全与经济的关键环节。按照建质［2009］87号文件的规定，转换梁支撑系统一般均属于超过一定规模的危险性较大的工程。但是，目前我国尚未建立起系统的针对型钢混凝土转换梁支撑体系的相关规范、规程，在施工中对其质量安全控制以经验为主，导致一些质量安全事故的发生［1-2］。本文以具体工程为例，利用型钢混凝土转换梁中型钢与钢管支撑的分担比例，介绍了型钢混凝土梁的支撑施工技术，并对其进行了安全性分析，为类似工程提供借鉴和参考。

1 工程概况及施工方案

某建筑依山倾斜而建，山顶与山底高差约60m。由于建筑功能的转变及结构大空间的需要，在八层、九层分别设置了型钢混凝土转换梁将两部分结构主体相连。其中大部分截面为1200mm× 3500mm，内设大型H型钢，截面为H3100×700×40× 50mm，最大跨度35.4m，整体长度72m，层高7m。构件的截面和跨度均较大，自重及上部荷载巨大，高支模系统比较复杂、施工难度大且有较大危险性。如何针对带有大型型钢的型钢混凝土梁选取安全、经济的支撑体系是一个值得研究的课题。

目前转换梁的常用的支撑体系有常规支模法、叠合梁施工法、荷载传递法、附加型钢或桁架支撑法、吊模法等施工方法［3］。常规支撑法即从八层一直支撑到基础层，成本太高且周期长，不适用于本工程；吊模法施工工艺较复杂，且目前理论研究滞后于工程应用，本工程不予采用。考虑到型钢梁与型钢柱均存在型钢，可先将二者连接形成整体结构后，将一部分荷载通过型钢柱传到下层结构；浇筑混凝土时将高深的转换梁分三层浇筑，转换梁下的支撑系统只需承担第一次混凝土浇筑时的荷载，充分利用结构的自承重功能，分层浇筑也大大缓解了过高的水化热对梁体的不利影响。

2 型钢支撑施工技术及安全性分析

根据施工方案，首先采用独立的型钢胎架将型钢梁形成空间整体结构。施工中采用焊接H型钢作为临时支撑体系，配合塔吊进行高空原位焊接安装。H型钢的主截面形式为H600×300×20× 20。型钢胎架设计图及现场施工图分别如图1、图2所示。

图1 支撑胎架设计图

图2 支撑胎架现场图

考虑到型钢胎架中的圆钢管主要起构造作用，对型钢产生的弯矩不大，按照轴心受力构件进行分析［4］。以最大跨度为35.4m的型钢梁作为分析对象，其单跨重为64.4t，共分四段拼装，梁下布置三个支撑胎架，其中承受最大重量的型钢胎架受力为170.52KN，因型钢胎架的截面无孔眼削弱，不必验算强度。

型钢胎架的主受力构件H600×300×20×20型钢胎架的相关技术参数如下：

1）刚度验算

型钢胎架的刚度采用长细比进行控制。

型钢胎架两个方向的长细比均小于其容许长细比［λ］=150，则刚度要求满足。

2）整体稳定性验算

采用简化的稳定系数法进行验算，按照构件绕x轴计算。查表得ϕ=0.774，构件的整体稳定性为：

根据计算结果可知，支撑胎架的整体稳定性符合要求。

3）局部稳定性验算

实腹式组合钢构件主要通过限制局部板件的宽厚比来保证构件的局部稳定条件。则对于此工字钢的宽厚比的要求为

由计算结果知型钢胎架的翼缘及腹板的稳定性符合要求。

由以上分析可以得出，型钢胎架施工过程中的受力安全性及稳定性是可以保障的。为增加构件的整体稳定性，在施工中采用直径350mm内径10mm的圆钢管进行连接，并采用斜撑固定。为防止柱顶及柱脚发生受压屈曲，加入了部分连接板及加劲板，保证构件的受力安全性。

3 高支模施工技术及安全性分析

3.1 高支模设计方案

根据模板设计的规范要求及本工程的模板支撑施工方案，模板体系采用厚为坚固平整的九夹板，厚度为18mm。主龙骨采用规格为40mm× 90mm的木方，数量为梁侧设12根，梁底设6根，间距均为300mm；次龙骨采用间距为400mm的Ф48× 3.5钢管。沿梁高设置7根M16全螺纹对拉螺杆进行加固，第一道距离梁底不大于200mm，其余间距不大于450mm；脚手架支撑体系采用扣件式钢管脚手架，规格同次龙骨。立杆纵向间距为0.8m，沿梁宽度方向为0.4m，梁下有4根顶撑加固，步距为1.5m。在距离梁边300mm处有立杆支撑。梁底支撑须设置顶托，顶托拉丝不得超过20cm；底部距地20cm设置纵横向扫地杆；为保证大梁整体稳定性，在梁两侧增加斜撑固定，并在梁底增加横杆与斜撑相连接。型钢混凝土梁高支撑架体设计图如图3所示。

图3 转换梁高支模设计图

3.2 高支模安全性分析

通过对形成空间整体结构的型钢混凝土梁型、柱钢骨架和脚手架支撑系统受力分担比例的研究发现，型钢骨架承担的施工荷载的比例为40%～45%之间，即脚手架承担的荷载标准值可以乘以0.55～0.6的折减系数作为其荷载标准值［5］。鉴于转换梁对于本工程的重要性及安全性考虑，本文不考虑型钢骨架承担翼缘处荷载的有利因素，采取型钢梁与脚手架分别承担其施工荷载的方法进行安全性分析［6-8］。

3.2.1 梁底面板的安全性分析

面板为典型的受弯构件，采用厚度为18mm的覆面木胶合板。施工过程中所承受的主要静荷载的取值主要为 G1k=1.5kN/m2、G2k=24kN/m3、G3k= 1.5kN/m3，动荷载主要为Q1k=1.0kN/m2，Q2k=2.0kN/ m2。结合实际工况，为计算简便，不考虑风荷载、地震荷载、雪荷载等荷载。计算指标为［f］=15N/ mm2，E=10000N/mm2。面板的截面特征为：W＝54000mm3，I＝486000mm4，字母含义参见《建筑施工模板安全技术规范》JPJ162-2008［6］的相关规定。

取单位宽度1m，按四等跨连续梁考虑计算，计算简图如图4。

q1静＝0.9×1.35×［G1k+（G2k+G3k）×h］×b＝0.9×1.35× ［0.1+（24+1.5）×3.5］×1＝108.56kN/m

q1活＝0.9×1.4×0.7×Q2k×b＝0.9×1.4×0.7×2×1＝1.76kN/m

q2＝（G1k+（G2k+G3k）×h）×b=［0.1+（24+1.5）×3.5］× 1＝89.35kN/m

1）强度验算

Mmax＝0.107q1静L2+0.121q1活L2＝0.107×108.56× 0.242+0.121×1.76×0.242＝0.68kN·m

σ＝Mmax/W＝0.68×106/54000＝12.62N/mm2≤［f］＝15N/mm2

则梁底面板的强度满足要求。

2）挠度验算

νmax＝0.632qL4/（100EI）=0.632×89.35×2404/（100×10000×486000）＝0.385mm≤［ν］＝l/400＝240/400＝0.6mm

则梁底面板的挠度满足要求。

3.2.2 小梁验算

根据受力工况及简化计算，分别按四等跨连续梁及悬臂梁计算。经计算，梁底方木所受的荷载分别为q1＝30.36kN/m，q2＝24.56kN/m，计算指标分别为［f］=15.44N/mm2，E=9350N/mm2，［τ］=1.78N/ mm2。截面特征为分别为I=243cm4，W=54cm3。字母含义同梁底板。

1）强度验算

Mmax＝max［0.107q1l12，0.5q1l22］＝max［0.107× 30.36×0.42，0.5×30.36×0.152］＝0.52kN·m

σ＝Mmax/W＝0.52×106/54000＝9.62N/mm2≤［f］＝15.44N/mm2

则小梁的强度满足要求。

2）挠度验算

ν1＝0.632q2l14/（100EI）＝0.632×24.56×4004/ （100×9.35×103×2.43×106）＝0.17mm，远小于挠度允许值［ν］＝l/400＝400/400＝1mm，

ν2＝q2l24/（8EI）＝24.56×1504/（8×9.35×103×2.43× 106）＝0.07mm，远远小于挠度允许值［ν］＝l/400＝150/400＝0.38mm

则小梁的挠度满足要求。

3.2.3 主梁验算

主梁采用钢管，规格为Ф48×3.5mm，可调托座内有2根主梁。计算指标为［f］=205N/mm2，［τ］= 125N/mm2，E=206000N/mm2，截 面 特 征 为 I= 12.19cm4，W=5.08cm3。

不计主梁自重，由于两根主梁合并，抗弯、抗剪、挠度验算荷载值均取半，按照三跨连续梁计算，计算简图如图5下：

1）抗弯验算

根据计算得到主梁的弯矩图，如图6所示：

σ＝Mmax/W＝0.43×106/5080＝84.68N/mm2≤［f］= 205N/mm2

则主梁的抗弯强度满足要求。

图4 面板的计算简图

图5 主梁的计算简图

2）抗剪验算

同理得到主梁的剪力图，如图7所示：

Vmax＝5.65kN

τmax＝2Vmax/A=2×5.65×1000/489＝23.11N/mm2≤［τ］＝125N/mm2

则主梁的抗剪强度满足要求。

3）挠度验算

同理得到主梁的变形图，如图8所示。

图6 主梁弯矩图（kN·m）

图7 主梁剪力图（kN）

图8 主梁变形图（mm）

νmax＝0.14mm，远小于挠度允许值［ν］＝l/400＝400/400＝1mm，

则主梁的挠度满足要求。

3.2.4 立柱的稳定性验算

立杆采用Ф48×3.5钢管，步距为1500mm，顶层水平杆中心线至支撑点的长度a为100mm。计算指标分别为A=489mm2，I=15.8mm4，W=5.08cm3，［f］= 205N/mm2，μ1=1.386，μ2=1.755，其中μ1、μ2分别表示顶部与非顶部立杆的计算长度系数，其他字母含义同面板。

长细比验算：

顶部与非顶部立杆段的计算长度分别为：l01= kμ1（hd+2a）=1×1.386×（1500+2×100）=2356.2mm

l02=kμ2h=1×1.755×1400=2457mm

λ=l0/i=2457/15.8=155.51≤［λ］=210

则立柱的长细比满足要求。

稳定性验算：

顶部立杆段：l01=kμ1（hd+2a）=1.155×1.386× （1500+2×100）=2721.411mm

λ1＝l01/i＝2721.411/15.8＝172.241，查表得，φ1＝0.24，

立柱最大受力N＝max［R1，R2，R3，R4］＝max ［9.7，21.78，21.78，9.7］＝21.78kN

f＝N/（φA）＝21.78×103/（0.24×489）＝185.57N/ mm2≤［f］＝205N/mm2

则顶部立杆段的稳定性满足要求。

非顶部立杆段：l02=kμ2h=1.155×1.755×1400= 2837.835mm

λ2＝l02/i＝2837.835/15.8＝179.61，查 表 得 ，φ2＝0.223

立柱最大受力N同顶部立柱，即N=21.78kN，

f＝N/（φA）＝21.78×103/（0.22×489）＝199.72N/ mm2≤［f］＝205N/mm2

则非顶部立杆段的稳定性满足要求。故立杆的长细比及稳定性均满足要求。

3.2.5 可调托座验算

可调托座最大受力同立杆最大受力，即Nmax= 21.78kN，小于其承载力容许值30kN，故可调托座的承载力满足要求。

3.2.6 对拉螺栓验算

计算过程同主梁，对拉螺栓受力N＝0.95×3.6× 2＝6.85kN，轴向拉力设计值Ntb＝24.5kN，故对拉螺栓的受力满足要求。

3.2.7 楼板承载力验算

由于八层转换梁的单体面积较大且施工工艺复杂，施工周期长，当转换梁浇筑混凝土时，转换梁所对应的七层楼板混凝土的强度等级为C50，厚度200mm。经计算［9］，立杆的轴心压力设计值为N=N1+N2=21.78kN+0.66kN=22.44kN，其中N1为立杆的最大受力值，N2为脚手架的自重。不配附加筋的局部受压承载力为：

Fl=0.9βcβlfcAln=0.9×1×3×23.1×489.055

=30.50kN>N=22.44kN

则七层楼板的受压承载力符合要求。为增加楼板的局部受力安全性，在七层楼板的立杆处设置了垫板，并保留六层、七层的脚手架达到混凝土的设计强度后才按规定拆除。同时在转换梁下部相对应的位置加强支撑，上下层对位。

4 施工构造措施

除了严格设计、施工验算外，在构造上采取立杆全部采用对接形式、板底承载小横杆和立杆采用双扣件、梁底中间立杆与梁侧同时搭设、按规定设置剪刀撑和扫地杆、按规定进行起拱、严控施工荷载、严把材料关等措施加强控制高支模的施工质量，同时对高支模施工过程中派专人进行监控监测，确保其施工过程的安全。

同时，分层浇筑混凝土有效缓解了大体量混凝土所产生的大量水化热可能产生的裂缝对梁体造成的影响。

5 结束语

本文采用荷载传递法、叠合梁浇筑法等综合性方法解决了大跨度型钢混凝土转换梁支撑的难题。本工程充分利用型钢梁与型钢柱连成空间整体后分担施工荷载的有利因素，脚手架的荷载标准值大大减少；而叠合梁浇筑法则有效减少了脚手架所承担的施工荷载，降低了大体量混凝土产生的水化热对梁体可能产生的裂缝的损害，保证了型钢混凝土梁支撑的质量及安全，有效地加快了材料周转，缩短了施工工期，极大地节约了施工成本，取得了良好的技术经济效果。

参考文献：

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［4］钢结构设计规范:GB 50017-2003［S］.中国建筑工业出版社，2003.

［5］王安君，张同波，于德湖.大截面型钢混凝土梁及其模板支架体系协同受力分析［J］.青岛理工大学学报，2012，33 （5）.

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［7］黄明.报告大厅顶板与大梁高支模的设计与施工［J］.建筑施工，2005，27（11）.

［8］贾佐铭.颐和雅居商住楼转换梁支撑系统设计［J］.施工技术，2006，26（3）.

［9］建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范:JGJ130-2011［S］.

［10］吴道敏.江东和谐世纪F3～F6转换层大截面梁模板支撑方案优化设计［J］.施工技术，2008，37（增）.

（责任编辑：郝安林）

The Construction Technology and Security Analysis About High-formwork of Steel Reinforced Concrete Transfer Girder

HUANG Shengfang
（Huaibei Professional and Technical Academy，Huaibei 235000，China）

Abstract：Owing to withstanding large loads and force is complex and it is difficult to construct and risk is high，the framework supporting system of steel reinforced concrete transfer girder has been resulting in numerous of quality or safety accidents.Combining specific projects，this article introduces an construction technology of frame⁃work support system applied in the steel reinforced concrete beam，which combines steel support with scaffolding support.And we conducts security analysis about it.Afterwards we achieve good economic and technological ef⁃fect，and therefore provide the appropriate reference for the design and construction of similar projects.

Key words：steel reinforced concrete beams；tire rack；high-formwork；construction technology；security

中图分类号：TU37

文献标志码：A

文章编号：1673-2928（2016）02-0043-05

收稿日期：2015-12-13

作者简介：黄胜方（1981-），男，硕士，高级工程师，讲师，主要研究方向：建筑结构抗震设计、建筑施工及监理等。