弧形空间结构高大模板支撑体系设计与施工

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[摘 要]：近年来，高大模板支撑系统坍塌事故时有发生，社会影响和经济损失巨大。尽管目前市场上有多款软件可以用来进行模板支撑的设计、计算，但在不同的工程结构中其应用仍具有局限性，不能完全依赖于软件。高大模板支撑系统的设计、施工及验收必须针对工程结构特点、结合现场实际，进行整体协调设计、科学施工、全面验收，才能确保高大模板支撑系统稳定可靠，保证施工安全，防止重大坍塌事故的发生。
[关键词]：空间结构 高大模板支撑体系 整体设计 科学施工 安全
1 工程简述
1.1 工程概况
某行政会议中心南北长约65m，东西宽约105m，框架三层，建筑高度18.6m，总建筑面积14747平方米，平面围绕主轴线呈扇形展开。会议中心东区二、三层为800人会议厅，建筑面积约800m2，高大空间结构，最大高度为11.035m，横向最大净跨度达26.6m，纵向最大净跨度有32.6m，扇面楼盖采用主次梁设计，横向框架梁为三榀后张拉钢筋混凝土预应力弧形梁，中部纵向框架梁为超长钢筋混凝土梁。
1.2 主要构件参数
根据结构施工图， 800人会议厅结构构件参数见表1。
表 1 会议厅梁、板构件参数
2 模板支撑体系设计
2.1 设计原则与流程
高大模板支撑体系设计必须首先遵循安全可靠的原则，在此基础上做到技术经济。支撑体系设计流程为先横向预应力框架梁、后纵向框架梁，先主梁后次梁，先分项设计后整体设计，先主体结构后构造措施。
2.2 模板支撑系统选材
模板面板均采用11mm 厚多层夹板，采用50mm×100mm杉木方，支撑体系中的立杆、水平纵横拉杆、扫地杆、剪刀撑均选用Φ48×3.0mm 钢管；梁侧模固定采用穿梁对拉螺栓，外楞采用双钢管。
2.3支撑体系结构设计
横向弧形预应力大梁按直线梁设计，在多次初选参数，并通过品茗安全计算软件验算后，各梁模板支撑体系结构设计尺寸见表2。
表 2 梁、板模板支撑体系分项设计结果

梁模板支撑示意图如下：


图 2 400×1000框架梁模板支撑示意图

图 3 350×700框架梁模板支撑示意图

图 4 250×600梁模板支撑示意图
所有梁侧模板内楞采用50mm×100mm木方，间距不大于150mm，外楞采用Φ48×3.0mm 钢管双拼，间距400 mm；穿梁螺栓水平间距不大于400 mm，穿梁螺栓竖向间距不大于400mm，穿梁螺栓直径Φ14mm。
由于会议厅楼盖平面呈扇面，并且结构设计横向主次梁为同心弧形梁，内弧小、外弧大，因此横向主次梁的模板支撑立杆沿圆弧形线布置，纵向主次梁的模板支撑立杆沿径向直线布置，所有梁沿跨度方向的支撑立杆在满足设计间距的前提下，横向以外弧为基准同等分布置，纵向按梁径向间距均分布置。梁板模板支撑体系经整体综合设计如图5和图6所示，整体设计数据结果见表 3。
表 3 梁、板模板支撑体系整体设计结果


图5 800人会议厅高大模支撑平面布置图

图6 800人会议厅高大模支撑立面布置图

2.4模板支撑体系构造安全设计
由于600×1800、600×1400、400×1000框架梁的宽高比较大，为防止大梁侧向失稳，在预应力框架梁两侧设二道钢管斜撑，第一道距梁底600mm，第二道距梁底1200mm，在400×1000超长框架梁两侧设一道钢管斜撑，距梁底600mm。
在支撑立杆底距地面200mm处，沿纵横水平方向（台阶部位沿坡面方向）设置扫地杆。钢管扫地杆、纵横向水平杆采用对接连接。
会议厅空间满堂模板支撑沿四周由下至上设置竖向连续式剪刀撑，中间纵横向每隔6根立杆由下到上设置竖向连续式剪刀撑，宽度为6根立杆，在纵横相邻的两竖向连续式剪刀撑之间增加之字斜撑，并在顶部、中部、扫地杆处设置3道水平剪刀撑。如图 7所示。
图 7 会议厅共享空间模板满堂支撑体系剪刀撑布置图

支撑架体用水平杆在四周按竖向间距3m与框架柱连接牢固，以提高高大模支撑系统整体稳定性。如图8所示。

图 8 支撑架体与周边框架柱连接
3 模板支撑系统施工
3.1施工准备
根据会议厅建筑、结构施工图及高大模板支撑体系设计在支承楼面上测放出楼盖梁轴线、模板支撑立杆位置控制线，并认真复核。
会议厅阶梯部分分二次施工，先施工斜板后做台阶，由于斜板坡度较大，若模板支撑立杆直接支承在其上时，支承接触面太小，不利于荷载传递，因此在上部模板支撑搭设前应按建筑施工图设计将台阶浇筑成型，且台阶混凝土强度等级不小于C20，以作为模板支撑系统立杆可靠支承面。
模板支撑搭设前，应按高大模板支撑系统安全专项施工方案，对搭设操作人员进行详细的技术交底，特别是一些关键节点做法等，并按要求签字确认。
高大模支撑采用扣件式钢管满堂支撑系统，搭设前应对钢管、扣件进行检查，确认合格后方可使用。
3.2模板支撑搭设
支撑系统立杆、水平杆等必须按整体协调设计的跨距、间距、步距搭设，做到纵横成线，高低一致。
梁模板支撑立杆的跨距和间距必须符合支撑系统设计，不得随意变更。梁底支撑承重立杆的位置必须符合支撑系统设计要求。若立杆遇到混凝土结构或其它支撑杆件影响，不能按原设计定位搭设，需要变更时，应由模板支撑系统设计人重新进行设计，并按规定重新论证、审批后执行。
根据各部位模板支撑搭设高度，选配钢管立杆，并配以底座，水平杆必须用直角扣件与立杆相连，立杆接长和水平杆接长必须采用对接扣件。扣件螺栓拧紧力矩不应小于40NMm，且不大于60Nm。
立杆接长时，相邻立杆的对接接头不得在同步内，且对接接头沿竖向错开的距离不应小于500mm，各接头中心距主节点不大于步距的1/3。所有立杆必须落地，严禁将上段立杆与下段立杆错开固定在水平杆上。
梁底承重立杆必须与水平杆用直角扣件连接，严禁跳步连接。梁底支承小横杆必须用双扣件与立杆连接牢固。
预应力框架梁与纵向超长框架梁交接处，必须按各梁模板支撑设计搭设支承立杆，不得共用立杆。
剪刀撑按模板支撑系统构造设计进行搭设，每组剪刀撑斜杆与地面夹角在45º-60º之间，并应与立杆进行连接，底部斜杆的下端应支承在结构上，严禁悬空。剪刀撑斜杆的连接均采用搭接，搭接长度不小于500mm，旋转连接扣件不少于2个，并在距杆端不小于100mm处固定。
扫地杆按模板支撑系统构造设计搭设，同时在阶梯部分，另将高处的纵向水平杆向台阶延伸，直至与台阶立杆连接处距地高不大于200mm。
模板支撑体系与周边框架柱用钢管固接，与架体连接的水平钢管必须与架体立杆相连，并向架体内延伸不少于2跨。
由于上部荷重近600吨，在会议厅楼盖混凝土浇筑前，满堂模板支撑系统承载楼面下部的原模板支撑不得拆除，以用来传递、分担上部荷重。
梁模板起拱高度取跨度的2/1000，会议厅空间结构以横向预应力框架梁起拱作为控制基准，纵向框架梁起拱后其顶标高应与起拱后的预应力框架梁顶标高相一致；次梁起拱后的顶标高与主梁起拱后的顶标高应一致。
搭设过程中，已完成的模板作业面严禁超负荷集中堆放钢筋、机械设备及其他材料，防止支撑体系局部坍塌。
高大模板支撑体系搭设完成后，必须认真、全面地进行检查、验收，符合设计要求后方可进行下道工序施工。
3.3楼盖混凝土浇筑
楼盖混凝土由南向北依次浇筑。梁混凝土浇筑方向由跨中向两端，对称分层浇筑，分层厚度不得大于400mm，将梁内混凝土浇至板底，然后与板混凝土一起浇筑。
混凝土浇注过程中，应控制倾倒混凝土时对梁、板所造成的冲击，避免混凝土在出料口堆积过高，应将堆积的混凝土迅速向四周摊开。
浇筑过程中，必须安排专人巡查模板支架和支承情况。
3.4模板支撑体系拆除
高大模板支撑系统拆除，必须经项目技术负责人及现场监理工程师同意后方可进行。
拆除支撑及模板前混凝土强度必须达到100%。
预应力混凝土大梁，侧模在预应力张拉前拆除，底模支架在张拉后拆除。
4 支撑系统检查与验收
4.1构配件检查与验收
检查钢管产品质量合格证，进场质量检测报告和质量检查记录；
检查钢管外观：平直、光滑，无裂痕、结疤、错位、硬弯、毛刺、压痕和深的划道；
检查钢管的外径、壁厚、端面等的偏差满足规范要求；
检查钢管表面锈蚀深度满足规范要求；
检查扣件的生产许可证、法定检测单位的检测报告和产品合格证；
检查扣件的进场抽样检测报告；
检查扣件的实体质量，不得有裂痕、变形，螺栓不得有滑丝。
4. 2架体检查与验收
搭设前对支承面进行验收，混凝土强度等级不小于C20；
模板支架在搭设过程中应对杆件的设置、连接件、构造措施进行跟踪检查；
架体搭设完毕在支设模板前，对架体进行验收，必须满足模板支撑系统设计、构造要求及规范要求；
在浇筑混凝土前，对模板系统、模板支撑系统进行验收；
在混凝土浇筑过程中，检查是否超载；
每步检查验收必须做好记录，备查。
5 结语
随着建筑业科技的快速发展，大空间大跨度结构应用将会越来越多。800人会议厅空间高大模支撑系统仅仅是众多成功案例中的一例。高大模板支撑系统的材料投入量大、周转慢，使施工成本加大。如何在保证结构支撑体系安全的前提下，节省材料投入，加快周转，从而节约成本是今后高大模板支撑设计、施工技术发展亟需解决的问题。