高支撐架及單面支模在工程中的應(yīng)用

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摘要：本文結(jié)合工程實(shí)例對地下空間框架結(jié)構(gòu)高大支撐架、單面模板及支撐系統(tǒng)的主要施工要點(diǎn)、模板體系的受力驗(yàn)算以及整體支撐架穩(wěn)定性驗(yàn)算等計(jì)算方法進(jìn)行探討。 

關(guān)鍵詞：地下空間 高支撐架 單面支模 穩(wěn)定性  1 工程概況  本工程屬于地下空間工程，施工時(shí)需保證地面的交通正常通行，其特殊性決定了在基坑施工時(shí)只能采用直切坡深基坑開挖的方式進(jìn)行。  基礎(chǔ)：采用c40條形基礎(chǔ)，全線貫通設(shè)置?；A(chǔ)主要斷面形式有2000*1500和1600*1200兩種。  墻柱結(jié)構(gòu)：靠基巖側(cè)為剪力墻體，要求進(jìn)行原槽砼澆筑。其中底層外側(cè)墻體墻厚800；內(nèi)側(cè)墻體墻厚400，每6米增設(shè)1000*1000柱子，且在輕軌軌下梁設(shè)置加強(qiáng)墻體，墻厚1000，寬3m；底層層高約6-8m。負(fù)二層外側(cè)墻體墻厚400，每6m增設(shè)800*1000柱子；中間軸線柱網(wǎng)布置間距為6米，斷面尺寸1000*1000；負(fù)二層層高約7m-9m。負(fù)一層外側(cè)墻體墻厚400，每6米增設(shè)800*1000柱子；中間軸線柱網(wǎng)布置間距為6m，斷面尺寸1000*1000；負(fù)一層層高約7-9m。  2 高支撐架的施工設(shè)計(jì)要求  2.1 模板支架的構(gòu)造要求  2.1.1 立柱構(gòu)造及其平面布置設(shè)計(jì)要求:①梁模板高支撐架的立柱可視設(shè)計(jì)荷載情況采用單立桿或雙立桿；②立桿之間必須按步距滿設(shè)雙向水平桿，確保其在兩個(gè)方向(x，y)均具有足夠的設(shè)計(jì)剛度；③采用雙立桿時(shí)，一般應(yīng)采用同一方向的雙桿布置，以適應(yīng)水平桿的設(shè)置要求；④當(dāng)梁板荷載相差較大時(shí)，梁下和板下可采用不同的立桿間距，但只宜在一個(gè)方向變距、而另一方向不變距，以確保水平桿件的連續(xù)設(shè)置要求。  2.1.2 立桿步距的設(shè)計(jì)要求：①當(dāng)架體構(gòu)造荷載（自重）在立桿不同高度段所引起的軸向力變化不大時(shí)，可采用等步距設(shè)置；當(dāng)中部有加強(qiáng)層或支架很高，使其軸向力沿高度分布的變化較大時(shí)，可采用“下小上大”的變步距設(shè)計(jì)，但步距的變化不宜過多（見圖2）；②一般情況下，模板支架的步距以0.9-1.5m為宜，不宜超過1.5m。本工程滿堂架支模架步距取1.2m。  2.1.3 整體性構(gòu)造層設(shè)置，當(dāng)支撐架的的高度較高(例如高度大于等于6m)或者橫向高寬比≥6l時(shí)，為了加強(qiáng)其構(gòu)架的整體剛度，應(yīng)視需要設(shè)置一至數(shù)道整體性水平加強(qiáng)層（見圖1），有兩種形式①單水平加強(qiáng)層，即每隔2-3m沿水平結(jié)構(gòu)層設(shè)置水平斜桿或剪刀撐，且必須與立桿相連接，設(shè)斜桿的框格數(shù)量應(yīng)大于該水平層框格總數(shù)的1/3（見圖2）；②雙水平加強(qiáng)層，在支撐架的頂部和中部每隔10-15m設(shè)置雙水平加強(qiáng)層，在其間的四周和中部每隔10-15m設(shè)豎向斜桿，形成連接上下水平層的構(gòu)造桁架。在任何情況下，高支撐的頂部和底部（掃地桿的設(shè)置層）必須加設(shè)整體性水平加強(qiáng)層。  ■  圖2 模板支架的豎向構(gòu)造  2.1.4 剪刀撐設(shè)置:沿支架四周外立面應(yīng)滿設(shè)剪刀撐，中部視需要并依構(gòu)架框格的大小，每隔10-15m設(shè)1道。  2.1.5 頂部承載支撐點(diǎn)設(shè)計(jì):最好在立桿頂部裝設(shè)支托板，支托底板至支架頂層橫桿的高度不宜大于0.4m。當(dāng)支撐點(diǎn)位于頂層橫桿時(shí)，應(yīng)盡量靠近立桿，且不宜大于200mm。  2.2 梁板模板支架的搭設(shè)和使用要求  2.2.1 搭設(shè)要求:①嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸搭設(shè)，立桿和水平桿的接頭均應(yīng)錯(cuò)開在不同的框格層中設(shè)置；②確保立桿的垂直偏差和橫桿的水平偏差小于規(guī)范規(guī)定；③斜桿應(yīng)盡量與立桿連接，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造符合規(guī)范規(guī)定；④地基支座的設(shè)置和承載力均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。  2.2.2 施工使用要求:①精心設(shè)計(jì)砼澆筑方案，確保模板支架均衡受載；②嚴(yán)格控制實(shí)際施工荷載不超過設(shè)計(jì)荷載，在施工中設(shè)專人對施工荷載進(jìn)行監(jiān)控；③在確保安全的前提下，在澆筑開始后，派人檢查支架及其支承情況，發(fā)現(xiàn)有下沉、松動(dòng)和變形情況時(shí)，及時(shí)予以解決。  2.3 結(jié)構(gòu)腳手架模板的搭設(shè)及要求  2.3.1 材料的選擇及要求  2.3.1.1 支撐架：采用碗扣式鋼管腳手支撐架。  2.3.1.2 搭設(shè)要求。①嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸搭設(shè)，立桿和水平桿的接頭均應(yīng)錯(cuò)開布置，斜桿或剪刀撐盡量與立桿連接，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造符合相應(yīng)規(guī)范規(guī)定。②當(dāng)立桿所受豎向力特別大時(shí)，除驗(yàn)算立桿穩(wěn)定外還應(yīng)驗(yàn)算地基支座承載力或板的抗沖切承載力。本工程立桿均支承在硬質(zhì)巖面或砼面板上，可不驗(yàn)算地基承載力。  2.3.2 施工使用過程中的管理。①梁板模板支撐系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)至關(guān)重要，必須建立在較為精確的計(jì)算基礎(chǔ)上，絕不能僅靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工。②嚴(yán)格控制實(shí)際施工荷載不超過設(shè)計(jì)荷載，在荷載設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮出現(xiàn)的最大荷載，并提出控制要求，在施工中設(shè)專人對施工荷載進(jìn)行監(jiān)控。③在施工使用過程中派專人進(jìn)行檢查維護(hù)，堅(jiān)持信息化施工管理，將可能出現(xiàn)的不利情況從技術(shù)管理上得到控制，確保施工安全。  3 單面模板及支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算  3.1 荷載分析及計(jì)算參數(shù)的選用 ①模板及支架自重標(biāo)準(zhǔn)值2.5kn/m2。②鋼筋砼自重標(biāo)準(zhǔn)值(按每m3砼含量計(jì)算) 25.0kn/m3。③振搗砼對水平模板產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值2.0kn/m2；對垂直模板產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值4.0kn/m2。④施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值:取均布活荷載2.5kn/m2。⑤模板及支架荷載分系數(shù)。  ■  3.2 材料選擇 碗扣式腳手支架作模板支承支架。鋼管采用ф48×3.5，其截面特性:a=489mm，i=12.19cm，截面模量w=5.08cm，回轉(zhuǎn)半徑i=1.58cm。  頂板模板采用2cm厚膠木模板，50*100mm方木作楞。  3.3 材料力學(xué)性能及幾何參數(shù)  ■  支撐架計(jì)算按扣件式鋼管腳手支架計(jì)算參數(shù)進(jìn)行。由于碗扣式鋼管腳手架的試驗(yàn)臨界荷載一般均比扣件式鋼管腳手架提高15%以上，因此當(dāng)按扣件式腳手架計(jì)算參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)滿足要求時(shí)，碗扣式支架也必然滿足要求且更可靠。  3.4 側(cè)墻模板設(shè)計(jì)及驗(yàn)算 由于外墻模板只能采取單面支模原槽澆筑，需利用頂板的支撐架作為側(cè)向支撐。并且在側(cè)墻砼澆筑時(shí)，兩側(cè)砼側(cè)墻同時(shí)同步澆筑，將支撐架作為不可變體系進(jìn)行考慮。因此側(cè)向模板支撐設(shè)計(jì)須在頂板支撐架的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密設(shè)計(jì)。具體搭設(shè)參數(shù)需在本支撐架的基礎(chǔ)上按側(cè)向模板設(shè)計(jì)進(jìn)行搭設(shè)。  3.4.1 模板及支架設(shè)計(jì)參數(shù)。模板設(shè)計(jì)：模板采用1.8cm厚膠木模板，立檔采用50*100方木（松木），立檔間距@200，橫檔采用φ48*3.5雙鋼管，橫檔間距@600。  支撐架設(shè)計(jì)：由于側(cè)墻采用原槽砼澆筑，側(cè)墻需單面支模，且由于防水要求，業(yè)主和設(shè)計(jì)要求不設(shè)對拉螺桿（避免破壞防水層），側(cè)墻模板只能利用頂板滿堂支撐架作為側(cè)墻模板的對向水平支撐。橫向水平支撐在原有滿堂支撐架的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密?？v、橫向水平支撐桿步距@600，水平橫向間距@600。  3.4.2 模板及支架驗(yàn)算。  3.4.2.1 荷載設(shè)計(jì)值。①混凝土側(cè)壓力。標(biāo)準(zhǔn)值：根據(jù)施工手冊查計(jì)算式如下：f=0.22γct0β1β2v1/2或f=γch（計(jì)算結(jié)果取較小值）  式中：f為新澆混凝土對模板的最大側(cè)壓力（kn/m2）；γc為鋼筋砼的重力密度（取值25kn/m3）；t0新澆砼的初凝時(shí)間(h)；[可采用t0=200/(t+15)計(jì)算（t為砼的溫度，取t=15℃）可得t0=6.7h]；v為砼的澆筑速度（取v=1.5m/h）；h為砼側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆筑砼頂面的總高度（取h=7.0m）；β1為外加劑影響修正系數(shù)（砼摻外加劑取1.2）；β2為砼坍落度影響修正系數(shù)（泵送砼取1.15）  根據(jù)以上參數(shù)計(jì)算新澆筑砼產(chǎn)生的側(cè)壓力  f1=0.22×25×6.7×1.2×1.15×1.51/2=62.28kn/m2  f2=25×7.0=175kn/m2  砼側(cè)壓力設(shè)計(jì)值取f=f1×分項(xiàng)系數(shù)×折減系數(shù)  =62.28×1.2×0.9=67.26kn/m2  ②傾倒砼時(shí)產(chǎn)生的水平荷載（查施工手冊得p1=4 kn/m2）。傾倒砼時(shí)產(chǎn)生的水平荷載設(shè)計(jì)值p=p1×分項(xiàng)系數(shù)×折減系數(shù)=4×1.4×0.9=5.04kn/m2  ③荷載組合。作用于側(cè)模板上總面荷載q=f+p=67.26+5.04=72.3kn/m2  3.4.2.2 側(cè)墻模板體系驗(yàn)算。①膠合模板承載力驗(yàn)算。（按五垮連續(xù)梁計(jì)算，計(jì)算跨度l=200mm），計(jì)算簡圖如下：取膠合模板單位寬度b=1000mm，厚度取值h=16mm計(jì)算(現(xiàn)場材料實(shí)際厚度不足18mm)。其彈性模量取值e=6500×0.9=5850n/mm2。  膠合模板截面特征：抵抗矩w=1/6×bh2=42667mm3。  慣性矩i=1/12×bh3=341333mm4。  化為線均布荷載q=q×b/1000=72.3kn/m。  ■  800mm厚單面?zhèn)葔δ０迨芰唸D (按五跨等跨連續(xù)梁計(jì)算)  mmax=-0.105ql2 vmax=-0.606ql ωmax=0.644（ql2*l2）/（100ei）  a.最大彎矩mmax=0.105ql2=0.105×72.3×0.22=  0.304kn*m  產(chǎn)生的最大應(yīng)力σmax=mmax/w=0.304×106n*mm/  42667mm3=7.125n/mm2  膠合模板容許應(yīng)力查施工手冊計(jì)算得[σ]=20/1.55  =12.9n/mm2  計(jì)算結(jié)果σmax=7.125n/mm2﹤[σ]=12.9n/mm2滿足要求。  b.最大繞度ωmax=0.644ql4/(100ei)=0.644×72.3n/  mm×2004/(100×5850×341333)=0.37mm  模板結(jié)構(gòu)的容許繞度查施工手冊計(jì)算德[ω]=200/250=0.8mm  計(jì)算結(jié)果ωmax=0.37mm﹤[ω]=0.8mm滿足要求。  ②模板豎向50×100木方立檔@200mm承載力驗(yàn)算。（按五跨連續(xù)梁計(jì)算，計(jì)算跨度l=600mm），計(jì)算簡圖如下：取單根50×100木方進(jìn)行受力計(jì)算，考慮現(xiàn)場材料實(shí)際尺寸不足，因此取b=40mm，h=90mm進(jìn)行計(jì)算。  其彈性模量取值e=9000×0.8=7200n/mm2  50×100方木截面特征：抵抗矩w=1/6×bh2=54000mm3。  慣性矩i=1/12×bh3=2430000mm4。  化為線均布荷載q=q×200/1000=14.46kn/m。  ■  5*100小木楞受力簡圖 (按五跨等跨連續(xù)梁計(jì)算)  mmax=-0.105ql2 vmax=-0.606ql ωmax=0.644（ql2*l2）/（100ei）  a.最大彎矩mmax=0.105ql2=0.105×14.46×0.62=  0.547kn*m  產(chǎn)生的最大應(yīng)力σmax=mmax/w=0.547×106n*mm/  54000mm3=10.12n/mm2  查施工手冊計(jì)算50×100方木容許應(yīng)力得：  [σ]=11×0.8×1.3=11.44n/mm2  計(jì)算結(jié)果σmax=10.12n/mm2﹤[σ]=11.44n/mm2滿足要求。  b.最大繞度ωmax=0.644ql4/(100ei)=0.644×14.46n/  mm×6004/(100×7200×2430000)=0.69mm  模板結(jié)構(gòu)的容許繞度查施工手冊計(jì)算德[ω]=600/250=2.4mm  計(jì)算結(jié)果ωmax=0.69mm﹤[ω]=2.4mm滿足要求。  ③模板橫向2φ48×3.5鋼管橫檔@600mm承載力驗(yàn)算。（按五垮連續(xù)梁計(jì)算，計(jì)算跨度l=600mm），計(jì)算簡圖如下：取2φ48×3.5鋼管進(jìn)行受力計(jì)算，查施工手冊得  其彈性模量取值e=206000n/mm2  2φ48×3.5鋼管截面特征：抵抗矩w=2×5080=10160mm3  慣性矩i=2×121900=243800mm4  化為線均布荷載q=q×600/1000=43.38kn/m  ■  2?準(zhǔn)4.8*3.5鋼管大楞受力簡圖 (按五跨等跨連續(xù)梁計(jì)算)  mmax=-0.105ql2 vmax=-0.606ql ωmax=0.644（ql2*l2）/（100ei）  a.最大彎矩mmax=0.105ql2=0.105×43.38×0.62=  1.64kn*m  產(chǎn)生的最大應(yīng)力σmax=mmax/w=1.64×106n*mm/  10160mm3=161.42n/mm2  查施工手冊計(jì)算φ48×3.5鋼管容許應(yīng)力得：  [σ]=205×0.9=184.5n/mm2  計(jì)算結(jié)果σmax=161.42n/mm2<[σ]=184.5n/mm2滿足要求。  b.最大繞度ωmax=0.644ql4/(100ei)=0.644×43.38n/  mm×6004/(100×206000×243800)=0.72mm  模板結(jié)構(gòu)的容許繞度查施工手冊計(jì)算德[ω]=600/250=2.4mm  計(jì)算結(jié)果ωmax=0.72mm<[ω]=2.4mm滿足要求。  3.4.2.3 滿堂支撐架穩(wěn)定性驗(yàn)算。在本工程中，由于兩邊地通道側(cè)墻采用的單面支模進(jìn)行沿槽澆筑砼，在對側(cè)墻模板定位時(shí)采用碗扣式鋼管搭設(shè)滿堂支撐架，以承受側(cè)墻砼的側(cè)壓力對滿堂支撐架的水平橫桿產(chǎn)生的水平推力，澆筑側(cè)墻砼時(shí)兩側(cè)采用對稱澆筑，砼澆筑時(shí)的高差不得大于50cm，以保證滿堂支撐架對稱受力，以免造成側(cè)墻模板及滿堂支撐架的整體位移。因此將滿堂支撐架作為幾何不變體系對水平橫桿進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。  ①水平橫桿受力計(jì)算。支撐側(cè)墻模板的水平橫桿間距為@600mm×600mm，與模板2φ48×3.5鋼管水平橫檔之間采用頂托連接，則單根水平支撐橫桿所承受的力為：n=q×0.6×0.6=72.3kn/m2×0.6m×0.6m=26.03kn。  ②長細(xì)比“λ”計(jì)算。查施工手冊得λ=l0/i；l0=k1k2l01； l01=h+2a  式中：h為滿堂架水平橫桿歩距（由于承受水平推力，立桿間距為@600×600，故取值h=600mm）。a為水平支撐桿端頭伸出立桿中心線至模板支撐點(diǎn)的長度（取a=300mm）。k1、k2為計(jì)算長度系數(shù)（查施工手冊分別取值k1=1.243；k2=1.026）。i為φ48×3.5鋼管的回轉(zhuǎn)半徑（取值i=15.8mm）。  根據(jù)以上公式及參數(shù)計(jì)算長細(xì)比=k1k2（h+2a）/i=1.243×1.026×(600+2×300)/15.8=97。  ③容許荷載計(jì)算  根據(jù)公式[n]=ψaf  式中ψ為穩(wěn)定系數(shù)（根據(jù)“λ=97”查施工手冊得ψ=0.611）。a為φ48×3.5鋼管截面積（取值a=489mm2）。f為φ48×3.5鋼管設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度（取值f=205n/mm2）。  根據(jù)以上公式及參數(shù)計(jì)算單根水平支撐容許荷載為：  [n]=ψaf=0.611×489×205=61250n=61.25kn。  計(jì)算結(jié)果n=26.03kn﹤[n]=61.25kn滿足要求。  4 結(jié)束語  通過該工程的實(shí)際施工直至完工，嚴(yán)格的按照上述要求進(jìn)行實(shí)施和檢查驗(yàn)收，能滿足使用要求，不存在爆模及墻體變形情況。  參考文獻(xiàn):  [1]杜建華，吳嬌媚，盧穎.多點(diǎn)支撐加固坦拱橋技術(shù)研究[j].價(jià)值工程.2011(06)  [2]白山巍.淺析扣件式鋼管腳手架模板支撐失效[j].價(jià)值工程. 2010(34).  [3]吳亞金.論逆作法現(xiàn)場建筑施工與監(jiān)控[j].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊).2010(08).