采用钢管搭设桁架配重式斜柱模板支撑架的设计与施工工艺

夏 鑫

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 工程概况

南京华新城项目AB地块二期A1、B1商业附楼项目位于南京市建邺区。裙房出屋面的聚宝盆结构在标高28.95 m处开始凸出结构独立，并与相应环梁楼板形成稳定体系。在36.95～49.00 m标高处，柱开始向盆心倾斜13°，向内倾斜2.89 m，并在顶部设有悬挑环梁和楼板。聚宝盆结构三维如图1所示。

图1 聚宝盆结构三维示意

2 斜柱模板支架构造设计

2.1设计思路

斜柱模板体系采用由定型圆木模、扁钢带箍、组拼方模肋板、竖向方木和钢管围檩组合形成的斜柱模板基本构造[1-2]，形成内圆外方的模板构造，便于模板体系的加固。

在屋面层搭设落地模板支撑架，沿高度方向，在斜柱的底部、中部及顶部柱身截面的两侧，搭设钢管扣件连续剪刀撑，可形成2个步高的钢管扣件加强桁架梁。

相对于斜柱倾斜方向，在其相反方向的钢管扣件桁架梁上设置配重，形成反向力矩，平衡斜柱自重和模板向内的水平分力，确保斜柱模板体系的承载力和稳定性。

2.2构造设计方案

采用全站仪进行斜柱和排架转角处的测量定位，精准标记斜柱和排架立杆的位置。

通过对结构施工荷载的计算，得出排架立杆的间距，结合测量位置在结构楼板上对立杆进行弹线定位，按照方案搭设整体的满堂模板排架。

斜柱模板体系采用由定型圆木模、扁钢带箍、组拼方模肋板、竖向方木和钢管围檩组合形成的斜柱模板基本构造，形成内圆外方的模板构造。

模板构造搁置在落地支撑架上，并设置斜向钢管支撑[3]与柱水平钢管围檩进行扣接，将荷载传递给整体的满堂模板排架。

在钢管扣件加强桁架梁尾端设置配重，形成反向力矩，平衡斜柱自重和模板向内的水平分力，确保斜柱模板体系的承载力和稳定性。

桁架配重平衡式落地钢管支撑架斜柱支模施工构造如图2、图3所示。

图2 斜柱模板支撑架平面示意

图3 斜柱模板支撑架剖面示意

2.3构造安全验算

根据脚手架平、立面布置以及斜柱浇筑次数，有限元分析共分8个工况（图4）。模型选取柱中心线两侧脚手架，与主体结构相接部分设置为固定边界，配重和浇筑时产生的侧面压力分别以恒荷载形式施加，其中侧压力取浇筑高度为1.5 m时，混凝土产生于斜撑的节点荷载，荷载组合为1.35（自重＋节点侧向压力＋配重），脚手架钢材为Q235，截面为φ48 mm×3 mm。

图4 不同工况有限元模型

工况划分：浇筑第n段斜柱，荷载施加于第n段斜撑节点上，配重设置n层。根据核算，不同工况下向心方向变形值如表1所示，变形云图如图5所示。

图5 不同工况下变形云图

表1 不同工况下向心方向变形值

不同工况下斜撑轴向最大应力值如表2所示，应力云图如图6所示。

表2 不同工况下斜撑轴向最大应力值

图6 不同工况下应力云图

由有限元分析结果可知，所有工况中变形最大值为10.8 mm，变形较小，满足施工要求。脚手架应力最大值为67.5 MPa，小于钢材设计强度215 MPa，脚手架斜撑强度满足要求。

3 斜柱模板支架施工工艺流程

3.1工艺流程

施工前准备工作→满堂整体排架和斜柱模板施工→斜柱模板和整体排架连接施工→桁架梁和配重施工→混凝土浇筑施工

3.2施工前准备工作

仔细查阅斜柱和下部结构楼板的施工图纸，了解斜柱及其下部各层的结构构造，包括混凝土结构强度，斜柱的倾斜方向、角度、高度等。

编制施工方案，并对施工作业人员进行详细交底。

根据模板构造体系计算所需模板、方木、钢管、扣件等材料的数量，进行材料准备。

3.3满堂整体排架及斜柱模板施工

整体结构呈圆形，排架施工前均在下部结构楼板上画线定位立杆的具体位置。不同扇面排架的交界处需注意水平牵杆的搭接长度应满足要求。纵横向的水平杆确保设置到位，架体底部、中部、顶部及竖向按间距不大于6 m设置1道水平剪刀撑。

在架体外侧周边及内部纵横向每5跨且不小于3 m设置宽度为5跨的竖向剪刀撑。依据斜柱模板安全性计算结果来确定模板和方木的规格和间距布置情况。安装定型圆木模和制作方模肋板，并用方木及钢管围檩紧固模板。斜柱模板体系分3段，每段4 m，由下向上进行施工。

3.4斜柱模板与整体排架连接施工

在斜柱与满堂排架投影范围内，于排架立杆上设置斜撑杆，并与斜柱模板的钢管围檩固定连接。斜撑杆连接范围需延伸至少2根立杆，水平涉及3排立杆，竖向沿斜柱全高设置。

3.5桁架梁及配重施工

斜柱两侧排架的底部、中部、顶部设置覆盖2步的桁架梁，桁架梁采用钢管连续剪刀撑的形式。斜柱位置4排立杆的横杆桁架梁尾部设置负重，负重在斜柱分段浇筑前，均匀地设置在架体的每步横杆上。

3.6混凝土浇筑施工

混凝土浇筑前做好浇筑的交底工作。使用料斗分段浇筑混凝土，安排专人进行现场监管，控制浇筑速度和振捣质量。浇筑完成做好混凝土的养护工作。

4 斜柱模板支架施工质量控制要点

4.1满堂整体排架及斜柱模板施工质量控制

钢管、扣件、模板、方木规格需满足计算要求，做好进场的外观检测工作。随满堂排架搭设进度，剪刀撑同步设置到位，其垂直度、平面角度、搭设范围满足方案和规范要求，搭设时严格控制立杆间距、步距的尺寸。制作模板时控制方木的间距，同时相邻单元间控制模板的平整度和拼缝大小。大面模板安装到位后，对模板拼缝处进行修补处理，确保不漏缝。对钢管水平围檩、斜撑和支点构造必须严格检查验收。由于斜撑较密，必须按照搭设顺序及时检查整改和加固，避免全部搭设完毕后人员无法进入加固的情况发生。

4.2斜柱模板与整体排架连接施工质量控制

要逐个检查斜撑钢管与斜柱模板[4]钢管围檩的连接是否可靠。斜撑连接的平面、立面范围需符合方案的要求，斜撑要与每根接触的横杆在靠近立杆节点处有效扣接。

4.3桁架梁及配重施工质量控制

桁架梁设置的位置要与方案相符，连续设置的剪刀撑与排架节点扣接牢固。

桁架梁尾部的配重在斜柱分段浇筑前均匀设置在架体的每步横杆上，并与整体排架绑扎牢固。

4.4混凝土浇筑施工质量控制

混凝土进场后核对部位、强度等级、数量等信息是否正确，同时测量坍落度情况。混凝土浇筑前应处理好新老混凝土结构接缝处的疏松、灰尘、垃圾和杂物问题，浇水湿润时不得有积水。控制混凝土浇筑速度，避免在斜柱局部一次性浇筑过高的情况，并控制振捣质量[5]，尽量避免对外侧模板振捣过多。

5 结语

该凌空斜柱桁架配重式钢管模板支架施工较为便捷，通过将排架设置在上部楼板结构上，大大节约了总体排架的搭设量，有明显的社会和经济效益。利用钢管搭设的桁架梁，取材方便、构造简单、操作便捷、适用性强，很好地兼容整体排架体系，共同承受施工荷载。斜柱支模构造体系中，通过使用方模肋板，形成内圆外方的模板构造，大大降低了圆柱模板加固的难度，对于高空临边悬挑混凝土斜柱支模施工工程有一定的借鉴作用。在日后同类工程施工中，我们将继续改进这一支模构造体系，使其更加合理和可靠。