某大礼堂超高大跨度模板工程施工技术分析

2020-05-18苏文庭

福建建筑 2020年4期

苏文庭

(福建泉大建设有限公司福建厦门 361009)

0 引言

大跨度结构施工，尤其是超高大跨度现浇模板工程，由于容易出现质量和安全事故受到高度关注。超高大跨度现浇模板，指的是有下列任一情况[1]：模板的支撑高度超过8m；模板的跨度大于18m；施工时施加在模板上的均布荷载超过15kN/m2；模板上的线荷载超过20kN/m。这种大跨度现浇模板结构施工的关键因素是模板安全和架体的搭设。

针对超高大跨度现浇模板安全和架体的搭设，庄金平等[2]通过现场实测超高大跨度模板支撑立杆的内力，分析了不同的浇筑方法和楼(屋)面形式对立杆内力变化的影响；杨娜等[3]采用生死单元法，以某工程高大模板支撑架为例，分析了支撑系统构件对高大模板工程的重要性；李明伟等[4]以某工程的混凝土墙模板为例，分析了模板对拉螺栓强度、刚度及抗剪强度，并验算了该方案对拉螺栓间距的可行性；石伟国[5]通过对比目前使用的模板、扣件式脚手架和混凝土施工的主要相关规范，分析了模板工程计算方式及构造措施。吴建雄[6]对比了两种模板立杆稳定计算方法，分析了某超高大跨度的凌空台口梁模板支撑。

综上可见，超高大跨度梁模板工程的分析，主要是针对其支撑和计算以及施工技术分析，但是对于不同的结构形式模板工程的分析差别较大。因此，本研究拟以某大礼堂超高大跨度现浇结构模板工程为例，对现浇结构超高跨度梁模板工程搭设和拆除的施工技术进行分析，并对模板、支撑、主次龙骨、模板梁侧对拉螺栓进计验算，验算和分析结果为类似工程提供参考。

1 工程概况

福建厦门医学高等专科学校二期工程-大礼堂，建设地点位于厦门市集美区灌口镇三社村、厦门医学高等专科学校内，大礼堂建筑共3层，建筑总面积为2752m2；大堂挑高区域高度为16.45m，1～3层的层高分别为5.10m、6.30m、4.20m；主体结构为现浇钢筋混凝土框架结构。工程超高大跨现浇模板主要有大堂挑高区域的超重梁和超高梁板模板，构件情况如下：二层台阶标高4.240处有截面为400mm×1700mm的超重梁；三层挑高区域有截面为250×800的超高环梁(次梁)；屋顶层大堂挑空有截面500mm×1900mm、500mm×2200mm等超高大跨度度梁。梁最大跨度32.00m；大部分板厚度120mm。图1为屋顶层超高梁板模板论证区域位置图；图2为现场施工完成模板拆除后的框架主体结构内景；图3为工程竣工后外立面。

该项目超高大跨度现浇结构模板工程，虽然建筑面积较少、工程量不大，但是存在跨度较大、重量大和高度超高等显著特点，施工技术较为复杂。因此，必须对其高大模板及其支撑体系的施工方案进行具体的安全论证。

图1 屋顶层超高梁板模板论证区域位置图

图2 框架主体结构内景

图3 大礼堂外立面

2 超高大跨度现浇模板工程施工技术

2.1 施工要求

工程中，超高大跨度梁和超重梁的模板为高大模板，属于(住房城乡建设部令第37号)《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》的分项工程，在施工前，根据该工程性质、工程结构特点，对超高大跨度梁和超重梁模板支撑的安全，编制专项施工方案。组织专家对其安全性进行论证，根据专家论证意见修改施工方案，最后经过施工项目负责人和总监理工程师确认后，施工单位按相关的规定进行有关报备手续。高大模板施工时，应确保模板支撑架稳定，施工完毕后，组织相关单位和人员按照要求进行验收，验收合格后进入下一道施工工序。

2.2 施工技术

2.2.1立杆基础

模板支撑架立杆基础为钢筋混凝土楼板或厚度为100mm的C15地梁面素混凝土垫层，在每根立杆底部设置木垫板，其长度2-3跨，木垫板规格尺寸为(200mm×50mm)。对于立杆基础为素混凝土垫层，垫层下的回填土采用粗砂土，其密实度不小于0.90，分层夯实，厚度为300mm。

2.2.2立杆

为了保证立杆稳定性，支撑架采用满堂式，立杆之间间距900mm～1100mm，梁两侧楼板采用对称设置的立杆，立杆距梁侧距离不超过500mm，立杆间距包括板和梁底沿纵向应成倍数。梁板支撑立杆以梁为中心对称布置同时施工。当立杆坐落在楼层时，高大模板施工期间，其下面楼层的模板支撑保留不拆除。

2.2.3扫地杆

为了增加支撑底部的稳定性，设置扫地杆在立杆底距离地面高度200mm处，按照纵下横上的顺序设置，扫地杆接长方式采用对接，相邻接头水平错开且不同跨，距离宜大于500mm，接头中心到主节点之间距离宜小于立杆间距的1/3。

2.2.4水平拉杆

工程上部楼层的超重梁和超高梁模板高度较大，支撑容易发生整体稳定，为了保证施工时的安全，在可调支托底部立杆顶端，设置水平间距小于1500mm的水平加固杆，与周围建筑顶紧顶牢。当立杆基础高度不同时，将高低差小于1000mm高处纵向，以扫地杆向低处延长两跨，且与立杆固定。

2.2.5剪刀撑

为了增加模板系统的稳定性，在水平和竖向设置加强型剪刀撑。竖向剪刀撑，沿超重梁长立杆双侧布置，宽度为4跨，连续设置在由底至顶架体外侧周边及内部纵横向；水平剪刀撑，设置在扫地杆的设置层距架体底平面不超过6m处，宽度为3m～5m。采用搭接长度不小于1m、多于2个旋转扣件固定的方式接长剪刀撑斜杆。剪刀撑采用旋转扣件固定在与之相交的水平杆或立杆上，旋转扣件中心线至主节点的距离不大于150mm。

2.2.6顶托

可调顶托的作用是便于安装钢管以及调整高度。顶托与最上面一道水平拉杆之间的距离不超过300mm，顶托的螺杆插入钢管中的深度不小于150mm，伸出立杆顶部的长度小于200mm。顶托安装时，保证螺杆中心与钢管中心在同一直线上，其外径与内径的间隙不大于3mm。

2.3 工艺流程

超高大跨度梁、超重梁的模板及支撑的施工工艺流程如图4所示。

图4 施工工艺流程图

2.4 支撑架搭设

根据立杆平面布置图进行支撑架定位，采用逐排和通层搭设的方法。为保证搭设顺利进行，搭设前对工作面进行清理，并随搭随设扫地杆水平纵、横向加固杆。图5为支架立杆搭设，立杆的稳定性靠立杆垂直度、扫地杆与顶部水平拉杆之间的间距来保证，现场支模时立杆的垂直度偏差不大于架体总高度的1/500，且不大于±50mm，在满足水平拉杆步距(1.5m)条件下平均分配具体步距，且每步、每跨均双向设置水平拉杆。

水平杆接长采用对接扣件连接，接头不在同一跨内，交错布置。立杆上的对接扣件接头交错布置，不在同步内，各接头中心到主节点之间的距离不大于步距1/3。如图6所示为立杆与可调托撑的搭设，根据支撑高度来设置，模板承重架与已浇筑的混凝土柱作为拉结节点，增强模板整体稳定性。模板支架完成搭设后，项目部首先对其进行自检，然后通知公司的相关主管部门组织技术人员再次检查。检查合格后，再交由总监理工程师确认后，投入到工程中使用。

图5 立杆搭设

图6 可调托撑搭设

2.5 梁模板安装

图7为现场梁模板的安装示意图。安装时，首先弹出柱子的轴线、梁位置分布线以及水平标高控制线，根据设计标高将顶托的标高调至预定高度，然后在托板上安放龙骨。现浇钢筋混凝土梁、板的模板，根据设计和施工规范要求起拱[7]，主、次梁交接时，先起拱主梁，然后起拱次梁。该工程梁和楼面模板均采用915mm×1830mm×18mm(厚)胶合板。现场支模时，为了防止梁身模板不平直、梁底不平及下挠以及出现梁梁侧模炸模等现象，在支模时遵从侧模包底模的原则，在梁与柱交接处的模板支模时，一般缩短梁底模尺寸。在混凝土浇筑前用水将模板完全湿润，浇筑时按照混凝土浇筑顺序施工且随浇随捣。

2.6 楼面模板安装

图8为现场楼板模板安装图。安装时，先通线，然后调整可调顶托标高至预定的高度，在托板上安放主龙骨，固定好后安放横楞，然后在横楞上从四周铺起、在中间收口安装胶合板模板。

图7 梁模板安装

图8 楼面模板安装

2.7 混凝土浇筑

该工程的混凝土采用商品混凝土，为了防止架体失稳以及支撑架与柱可靠固结，浇筑时用汽车泵泵送，浇筑时先浇筑框架柱的混凝土，待混凝土凝结硬化达到一定的强度之后，再浇筑梁板的混凝土。浇筑作业安排在晴朗的白天进行，保证浇筑混凝土的质量，各负责人员以及施工员相互监督，协调工作，而且专门派安全员加强对支撑变形的检测。

2.8 模板拆除

拆模条件是混凝土强度达到设计强度的100%后，并确定不再需要模板，方可拆除[7]。模板拆除时，工人站在临时搭设的脚手板上，按照后装先拆、先装后拆的顺序整体拆除；对于同一楼层从梁中开始对称拆除，不同楼层自上而下逐层进行。如图9所示为梁模板现场拆模情况。

图9 梁模板拆除

2.9 施工安全措施

为保证工程安全，现场成立安全救援小组，由该工程项目负责人担任组长，项目技术负责人担任副组长，安全组织和人员负责安全工作，脚手架支撑的搭设与拆除由有专业资格证书的人员担任，工人现场拆模时需要戴安全帽，对于容易滑倒地段检查作业人员是否穿防滑鞋及高度较高时是否系安全绳，全方位保证超高大跨模板搭设、混凝土浇筑、模板拆除的顺利进行。

3 超高大跨度梁模板和支撑验算

如图10所示为梁模板支撑架立面图；如图11所示为梁模板组装示意图。为保证模板、支撑安全，验算其强度，刚度，稳定性和变形。以高度为2200mm的梁验算例，截面宽度500mm，高度2200mm，两侧楼板厚度为120mm，对拉螺栓竖向最大间距按300mm考虑，共布置6道，直径为12mm，内龙骨间距250mm。

图10 梁模板支撑架立面简图

图11 梁模板组装示意图

3.1 梁底面板验算

梁底面板按受力分析简化为受弯构件，为保证安全性，需验算抗弯强度和挠度。图12为梁底面板计算简图、内力图和变形图。模板面板在荷载作用下按多跨连续梁计算内力，其上作用有梁、模板的自重、振捣混凝土产生的荷载等。

(a)计算简图

(b) 剪力图(kN)

(c)弯矩图(kN·m)

(d) 变形图(mm)图12 梁底面板计算简图、内力及变形图

通过图12(c)弯矩图中的最大弯矩0.324kN·m，可计算面板抗弯强度的计算值为10.88N/mm2，小于面板的抗弯强度设计值15.00N/mm2；通过剪力图12(b)最大剪力3.88kN，可计算截面抗剪强度计算值为0.98N/mm2，小于截面抗剪强度设计值 1.40N/mm2；通过变形图12(d)可知面板最大挠度计算值为 0.44mm，小于面板的最大挠度允许值1mm，满足要求。

3.2 立杆稳定性验算

当不考虑风荷载时，稳定计算公式为：

经计算，得到σ=84.07N/mm2，立杆抗压强度设计值[f]=184.50N/mm2，σ<[f]，满足要求。

当考虑风荷载时，稳定计算公式为：

经计算，得到σ=89.739N/mm2，立杆抗压强度设计值[f]=184.50N/mm2,σ<[f]，满足要求。

3.3 梁侧模板面板验算

梁侧面板按受力分析同梁底面板为受弯构件，为保证侧模安全，需要验算抗弯强度、挠度等。图13为梁侧模板面板计算简图、内力图和变形图，模板面板按照连续梁进行简化计算，面板计算宽度取2.08m。

(a)梁侧模板面板计算简图

(b)剪力图(kN)

(c)弯矩图(kN·m)

(d) 变形图(mm)图13 梁侧模板面板计算简图、内力及变形图

通过图13弯矩图(c)最大弯矩0.86kN.m，可计算出其抗弯强度计算值为7.66N/mm2，小于最大抗弯强度设计值15.00N/mm2；通过剪力图13(b)最大剪力20.64kN，可计算抗剪强度计算值为0.83N/mm2，小于截面抗剪强度设计值 1.40N/mm2；通过变形图13(d)可知面板最大挠度计算值为0.48mm，小于面板的最大挠度允许值1mm，满足要求。

3.4 梁侧模板龙骨的验算

梁侧模板内龙骨的荷载由模板传递而来，经受力分析通常可按均布荷载作用下的连续梁计算内力。图14为内龙骨计算简图、内力图和变形图。

(a)内龙骨计算简图

(b) 内龙骨剪力图(kN)

(c)内龙骨弯矩图(kN·m)

(d) 内龙骨变形图(mm)图14 梁侧模板内龙骨计算简图、内力及变形图

通过弯矩图14(c)最大弯矩0.144kN·m，可计算抗弯强度计算值为1.72N/mm2，小于内龙骨的抗弯强度设计值13.0N/mm2；通过剪力图14(b)最大剪力2.83kN，可计算截面抗剪强度计算值为0.85N/mm2，小于截面抗剪强度设计值1.30N/mm2；通过变形图14(d)可知内龙骨的最大变形为0.013mm，小于最大挠度允许值1.2mm，满足要求。

梁侧外龙骨计算方式同内龙骨，不同之处在于外龙骨承受内龙骨传递的集中荷载，按集中荷载作用下的连续梁计算内力。经验证，抗弯强度小于设计强度，支撑钢管最大挠度为0.14mm，小于500/150=3.3mm与10mm。

3.5 对拉螺栓验算

对拉螺栓强度计算公式N=abFS，公式中N为对拉螺栓强度，a为横向间距，b为竖向间距，FS模板侧压力设计值。根据施工工艺，初步选用直径为12mm对拉螺栓，有效直径为10mm，有效截面面积76mm2，对拉螺栓横向间距为500mm，竖向间距为300mm，共设置6道。结果表明：对拉螺栓所受最大拉力为11.59kN，小于对拉螺栓最大容许拉力值12.90kN，说明对拉螺栓安全性能够得到保证。