直线加速器房超厚顶板的型钢支撑架设计及施工

田秀刚 黄欢君 孔峻嵘 朱国军 王卫国

宁波建工工程集团有限公司 浙江 宁波 315040

1 工程概况

浙江省宁波市第一医院直线加速器房项目为框架结构，建筑高度7.4 m，地上1层结构层高4 800 mm，地下1层结构层高3 900 mm。其中直线加速机房位于地下2层，净高4 400 mm，顶板厚2 650 mm，平面尺寸8.4 m×4.0 m（图1）。

图1 直线加速机房剖面示意

2 重、难点分析

模板支撑架的设计需充分考虑上部荷载，按最不利的荷载组合形式进行计算，严格控制主次楞等的变形，并确保稳定性；静荷载主要包括钢筋、混凝土及模板等自重，活荷载包括施工人员、施工设备、混凝土振捣及风荷载等；在整个受力体系中，最薄弱的环节是次楞木方，需要重点把握。

1）本工程顶板厚2.65 m，接近住宅楼的层高，考虑到防辐射等要求，需进行一次性浇筑，不能设置水平施工缝，结构自重大。

2）本项目为直线加速器房，为了能有效吸收X、γ射线，减少对人体造成的伤害，混凝土采用重晶石混凝土，该种混凝土的自重标准值为28 kN/m3，超出常规混凝土的自重。

3）顶板中钢筋粗、密集，钢筋荷载按梁取值，钢筋自重标准值为1.5 kN/m3。

3 超厚顶板支撑架设计

3.1 设计思路

对工具式等脚手架进行分析对比，选择型钢支撑架→通过受力最薄弱的环节确定主楞和立杆等材料→设计验算，对预排的间距等进行校核。

3.2 设计方案对比分析

目前模板支撑架常用的种类包括扣件式脚手架、工具式脚手架；根据DB 33/1116—2015《建筑施工安全管理规范》规定，采用扣件式钢管模板支撑架时，高大模板支撑架单根立杆的轴力标准值不应大于10 kN，若立杆的间距采用450 mm×450 mm，单根立杆约承受30 kN，即不能采用扣件式脚手架[1]。工具式脚手架选择碗扣架进行分析，通过品茗建筑安全验算软件进行验算，立杆间距300 mm才能验算通过，考虑到设置剪刀撑等，工人无法操作；鉴于上述情况，本工程采用自行设计的型钢支撑架。

3.3 型钢支撑架设计

3.3.1 型钢支撑架构造

根据国家及地方标准的要求，满堂支撑架需设置主次楞、顶托、立杆、水平杆及剪刀撑等。考虑到模板固定到次楞上，次楞采用木方；主楞和立杆采用10#工字钢；顶托采用钢板，厚度不应小于5 mm，变形不应大于1 mm，钢板直接焊接在立杆上，角部4个螺栓固定主楞，同时主楞和顶托采用点焊来进一步增加稳定性；水平杆和剪刀撑采用角钢，通过焊接与立杆进行固定（图2）。

图2 型钢支撑架节点设计

3.3.2 型钢支撑架设计计算

按照国标及DB 33/1035—2006浙江省《建筑施工扣件式钢管模板支架技术规程》规定进行设计计算，型钢支撑架受力体系中次楞木方先被破坏，通过木方确定立杆间距，再进行立杆等材料的选择。通过工程经验、预设间距等，首先验算次楞，其中顶板厚2 650 mm，次楞木方间距240 mm，立杆间距700 mm×700 mm，各种荷载值为：重晶石混凝土自重标准值28 kN/m3，钢筋自重标准值1.5 kN/m3，模板自重标准值0.3 kN/m2，施工人员及设备荷载标准值2 kN/m2，振捣混凝土时产生的荷载标准值2 kN/m2。

1）次楞设计计算：按三等跨连续梁计算，次楞截面尺寸120 mm×120 mm，次楞自重标准值0.01 kN/m。荷载值取26.783 kN/m（图3）。通过计算可得立杆间距700 mm×700 mm，次楞木方（截面尺寸120 mm×120 mm）抗剪正好满足施工要求。

图3 次楞计算示意

2）其他部位设计。通过强度、挠度及稳定性等验算，各个部位材料选用情况为模板厚度18 mm、主楞10#工字钢、立杆10#工字钢、水平杆及剪刀撑采用∠30 mm×3 mm。

4 超厚顶板支撑架搭设

4.1 施工流程

施工准备→在底板上按立杆间距弹线→安放底座→搭设型钢立杆（含顶托）并同时安装角钢扫地杆→搭设纵横向水平杆→搭设剪刀撑→铺设主龙骨→铺设次龙骨→铺设胶合板→支撑架验收

4.2 构造要求

根据DB 33/1116—2015《建筑施工安全管理规范》规定设置构造要求，距离底部200 mm设置扫地杆，水平杆间距约1 800 mm，四周及内部纵、横向每隔6～8 m设置剪刀撑，顶板设置1道水平剪刀撑[2]。在本设计中，次楞木方是最先被破坏的，考虑到施工误差等，建议采用通长的木方；按照验算及构造要求，建立BIM模型（图4）。

图4 直线加速机房BIM模型

4.3 利用BIM技术指导施工

通过BIM模型，进行材料统计，型钢、角钢等需求计划（表1）；利用BIM模型可视性，进行技术交底，直观明了；把BIM模型转化为平面图、立面图和剖面图等，指导现场的搭设（图5）。

4.4 施工要求

支撑架搭设前，需根据施工图纸和现场特点编制满堂支撑架专项方案，明确施工流程和注意事项等，对施工队伍进行专门的安全和技术交底；施工过程中，按照专项方案对现场进行检查指导。

4.4.1 底座

支撑架的基础为地下室底部，为了避免结构产生裂缝等，垫板采用10#槽钢，长度不小于2跨，开口朝上，立杆的定位通过点焊固定在垫板10#槽钢上。

表1 支撑架材料需求计划

图5 直线加速机房支撑架剖面

4.4.2 水平杆及立杆

纵横向水平杆长度不宜小于3跨；顶部水平杆标高－4.220 m，立杆悬臂少于600 mm；立杆在安装过程中，采用临时固定措施，防止在施工过程中倾覆，引发安全事故。

4.4.3 剪刀撑

在顶部设置水平剪刀撑1道，在架体四周设置竖向剪刀撑，内部横向设置1道竖向剪刀撑；竖向剪刀撑与地面的倾角应为45°～60°，水平剪刀撑与支架夹角为45°～60°。

4.4.4 次楞

次楞作为受力最薄弱的环节要重点进行把握，确保木方通长设置，截面尺寸不小于120 mm×120 mm，间距不大于240 mm。

4.4.5 拉结件

本工程型钢支撑架高宽比虽然不大于2，但结构超重，避免因不均匀受力对架体稳定性的影响，需和周边结构进行拉结。根据JGJ 30—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》规定，满堂支撑架应在支架四周和中部与结构柱进行刚性连接，连墙件水平间距应为6～9 m，竖向间距应为2～3 m。本次搭设范围为8.4 m×4.0 m，高度约4 m，根据规范要求，在4个角部与已浇筑的结构柱进行连接；在高度方向上布置2道，分别设置在底部和顶部。

4.5 安全管理

1）型钢支撑架搭设人员必须持证上岗，戴安全帽、系安全带、穿防滑鞋。

2）为了确保施工安全，型钢支撑架不与普通模板脚手架进行连接。

3）在模板加工及钢筋绑扎等的施工过程中，为了防止次楞木方等被破坏，施工人员及设备荷载标准值不允许超过2 kN/m2，钢筋等材料不能堆放在支撑架上。

4）型钢支撑架需要进行局部焊接作业，要有相应的防火措施，并派专人看守。

5）10#工字钢立杆等质量大，在搭设过程中，设置围栏及安全警示标志，严禁非操作人员入内。

6）为了确保支撑体系的安全性，混凝土浇筑采用分层法，分层厚度为300 mm，并从中间向四周进行浇筑。严禁在出料口堆料，泵送混凝土输送管不得固定在架体上；在浇筑过程中，对架体的稳定性进行监测，若发生异常现象应立即停止浇筑，消除安全隐患后，方可继续浇筑。

7）本项目为直线加速器房，为了避免混凝土裂缝的产生，在超厚顶部混凝土强度达到100%后，才能拆除支撑架，必须从上到下进行；在上部水平杆等未完全拆除前，严禁拆除抱框柱；在拆除过程中，应设置抛撑等临时性固定措施，防止型钢立杆等倾覆[3-7]。

5 结语

顶板厚度2.65 m在工程中很少遇到，同时重晶石混凝土自重大，钢筋粗且密集，公司在本项目施工之前无成熟施工经验，通过设计方案分析对比，选择型钢支撑架；自行设计节点，例如利用四角带螺栓的钢板代替U形顶托；结合BIM技术，指导材料采购、加工及搭设等；明确施工过程中的技术要求和安全事项。通过上述技术的应用，成功解决了超厚顶板自重大的施工难题。