高空鋼結構在高大模板支撐體系中的設計與施工

趙 衛(wèi) 國

(山西省第二建筑工程公司，山西 太原 030013)

高空鋼結構在高大模板支撐體系中的設計與施工

趙 衛(wèi) 國

(山西省第二建筑工程公司，山西 太原 030013)

以陽曲縣轉型發(fā)展產業(yè)園區(qū)企業(yè)總部大樓工程為依托，對高空鋼結構組合結構作為高大模板支撐體系支座的設計方案進行了研究，分析計算了高大模板支撐體系及鋼結構的受力情況，并闡明了詳細的施工措施，經實踐表明采用該方案取得了良好的經濟效益。

鋼結構，模板，支撐體系，計算

0 引言

高大模板支撐體系作為危險性較大的分部分項工程，在建設部《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》(建質[2009]87號)中對其進行了規(guī)定，因為近年來在高大模板支撐體系上時常會發(fā)生坍塌事故，因此建設部又制定了《建設工程高大模板支撐系統(tǒng)施工安全監(jiān)督管理導則》(建質[2009]254號),對高大模板支撐體系的設計和施工作了詳細規(guī)定。現代建筑已經呈現出風格時尚現代、造型千變萬化的趨勢，建筑造型越來越復雜，即建筑平面隨著樓層不斷縮進或凸出，要施工這些主體混凝土結構，對高空高大模板支撐體系提出了更高的要求，這就需要在高大模板支撐體系設計上既要安全牢固，又要科學經濟合理，降低工程量，提高工效。尤其要在技術上科學先進，作為工程施工強有力的技術保障，實現經濟效益和社會效益。

1 工程概況

本文介紹的工程是陽曲縣轉型發(fā)展產業(yè)園區(qū)企業(yè)總部大樓，建筑使用性質：辦公建筑類別;二類高層建筑,建筑設計使用年限：50年；結構形式：地下1層，鋼筋混凝土框剪結構，地上16層為框架結構；結構設防烈度：8度(三級抗震)；建筑耐火等級：地上部分耐火等級一級，地下室耐火等級為一級；屋面防水等級：二級；地下室防水等級：一級；地下1層建筑面積：2 385.12 m2；地上建筑面積：27 510.26 m2；建筑層數：地上16層，地下1層；建筑高度：74.55 m。

2 方案設計

1)方案初步設計時，考慮到懸挑外架采用的通常是16號工字鋼。

因此設計時鋼結構部分在13層采用12 m長16號水平工字鋼支撐在④軸和⑥軸框架梁上，采用6 m長16號工字鋼作為45°斜支撐，下部支撐在12層在支座兩側1/3處支撐④軸和⑥軸框架梁上，上部支撐在水平工字鋼兩側各1/3處。形成組合鋼結構，作為高大模板支撐體系的支座。

2)方案詳細設計時，首先必須計算高大模板支撐體系的受力情況。

在13層頂板部分的框架梁及懸挑梁的截面尺寸基本上為500 mm×1 000 mm，梁的截面尺寸大，初步估算僅梁重每米即達到1.25 t，即12.5 kN/m。經過高大模板支撐體系的上部腳手架計算，立管傳遞到水平工字鋼所受的豎向荷載為20.6 kN/m。

3)鋼結構部分的受力計算可以采用軟件計算，也可采用手工計算。

普通的安全軟件通常考慮的結構較簡單，對于復雜情況無法套用安全軟件，但是可以采用力學求解器計算。使用力學求解器必須正確設置參數，特別是材料性質容易忽略填錯，一旦參數錯誤則計算數值相差巨大。另外可以采用手工計算，手工計算宜優(yōu)先使用力矩分配法計算。經過采用力學求解器計算并用力矩分配法復核，得出水平工字鋼Mmax=22.39×106，V=42.5 kN等內力數據。

4)經過鋼結構強度計算以及穩(wěn)定性計算得出，16號工字鋼不能滿足要求，特別是斜撐部分，經過計算發(fā)現，單向對稱的工字鋼不適合做斜撐柱，因為受壓構件的穩(wěn)定性計算是以i最小的一側計算，因此應該采用對稱結構的鋼管。經過估算，水平工字鋼采用了25a號工字鋼，斜撐采用了DN159×4.5無縫鋼管。下面對其進行驗算：

a.梁下部25號水平工字鋼(AD段)驗算。

經過驗算25a號水平工字鋼(AD段)驗算合格。

b.軸心受壓構件的穩(wěn)定性按下式計算：

與25a號工字鋼相焊接的斜桿采用DN159×4.5無縫鋼管。

N/(φAn)≤f。

由于σ=67.1 N/mm2≤承載力設計值f=205 N/mm2,故滿足要求。

c.在南北兩側設有懸挑陽臺，懸挑陽臺跨度仍為9.8 m，但是懸挑陽臺兩側無支撐處。采取了以下措施：

由于在12層的斜撐柱無支撐處，故取消了陽臺部分的斜撐柱，改用在兩側的框架柱上固定鋼絲繩，用鋼絲繩拉住水平工字鋼的兩側1/3處，即與原斜撐柱支撐部位相同。固定鋼絲繩的框架柱要提前澆筑，計算后適當提高鋼筋、混凝土強度。

鋼絲繩拉結組合的鋼結構支撐體系按照斜撐柱焊接水平工字鋼支撐體系的三等跨計算。故水平工字鋼采用25號工字鋼。因25號工字鋼無處支撐，故在樓板上垂直懸挑出32c工字鋼，25號工字鋼支撐在懸挑的32c工字鋼上面。

對鋼絲繩和懸挑工字鋼進行驗算。

d.陽臺處采用φ26鋼絲繩，鋼絲繩不均勻系數0.85，取鋼絲繩安全系數6。

[Fg]=α×n×Fg/K=0.85×2×2×439.5/6=124 kN。

[Fg]>F=123 kN。

φ26鋼絲繩滿足要求。

e.懸挑陽臺處采用32c號工字鋼。

M=26×(0.1+1.1+1.6)=72.8 kN·m。

f.12層樓面及13層樓面預埋鋼板與25號工字鋼用直角角焊縫連接，焊縫總長度按300 mm計算。

DN159鋼管與鋼板焊接采用滿焊，在通過焊縫形心的拉力，壓力或剪力作用下的焊縫強度按下式計算：

σf=N/(helw)≤βfffw。

正應力σf=69×103/(6×500)=23 N/mm2≤1.0×160=160 N/mm2，滿足要求。

工字鋼與鋼板焊接采用滿焊，在通過焊縫形心的拉力，壓力或剪力作用下的焊縫強度按下式計算：

σf=N/(helw)≤βfffw。

正應力σf=69×103/(6×500)= 23 N/mm2≤1.0×160=160 N/mm2，滿足要求。

g.12層鋼板采用300×250×15厚鋼板，焊接6根圓16鋼筋。

13層鋼板采用250×250×15厚鋼板，焊接4根圓16鋼筋。

h.節(jié)點設計，25號水平工字鋼下截面寬度不足120mm，而斜撐柱采用的無縫鋼管直徑160mm，無縫鋼管焊接工字鋼下截面時超出下截面，解決該問題的措施為在無縫鋼管與工字鋼下截面之間焊一個200×250×15的鋼板起連接作用。各節(jié)點處的計算均省略。

3 施工技術措施

1)所有進場材料均應認真驗收，嚴格把關，發(fā)現不合格品立即清退。

2)項目部技術負責人向管理人員及所有操作工人進行專項施工方案交底和安全技術交底。特種工人如架子工、焊工、起重司機、信號工等必須有有效的崗位證書。

3)鋼結構支座及模板支撐體安裝過程中要同步檢查，安裝完成后必須有驗收記錄，驗收合格后方準下一步施工。

4)在施工中必須注重工人安全，加強防護措施：工字鋼吊到正確位置后，在工字鋼下部立即設置水平安全網，水平安全網必須將施工作業(yè)層面全部封閉嚴密，以防止高空墜落或物體墜落傷人。

5)工字鋼焊接完成后，即刻在鋼結構上面鋪設50mm厚木板，木板鋪設牢固，用鐵絲綁牢，防止出現翹頭板。

6)在操作層外側設立面封閉防護架，架體高于頂板1.5m以上，防止人員墜落。

7)鋼結構焊接必須嚴格按照鋼結構規(guī)范和焊接相關規(guī)程施工和驗收。

8)澆筑混凝土前、澆筑混凝土過程中、澆筑混凝土后應觀測鋼結構支座的沉降和受撓程度，進行對比，尤其是在澆筑混凝土過程中，應仔細對比沉降情況，發(fā)現突變及時采取技術措施。

9)頂板澆筑混凝土后，必須等到混凝土強度達到100%的設計強度，且上一層頂板混凝土澆筑完成后方能拆除模板支撐體系和鋼結構支座。但是在拆除前應熟悉圖紙、考慮周全。考慮支撐范圍內的頂板和外墻是否有外裝飾，最好在有支撐情況下將外裝飾工程施工完畢，避免外裝飾時無操作面。

10)混凝土頂板上必須預留孔洞，作為手動葫蘆或電動葫蘆的吊點，用于鋼結構拆卸和吊下。

4 專家論證

由于該方案危險性大，在專家論證范圍內，所以必須組織專家進行論證，專家論證后按照論證意見進行修改完善，報施工企業(yè)技術負責人和總監(jiān)理工程師審批后方準嚴格按照專項方案施工。

在陽曲縣轉型發(fā)展產業(yè)園區(qū)企業(yè)總部大樓工程中，經過我們認真研究，編制了高大模板支撐體系安拆方案，采用了鋼結構支座作為模板支撐體的支座。經過專家論證，具體運用后，取得了很好的效果。節(jié)約了人工,減少了工程量，縮短了工期，降低了成本，采用的技術科學先進、安全可靠、經濟合理。積累了施工技術經驗，培養(yǎng)了專業(yè)技術人才，取得了良好的經濟效益和社會效益。

On design and construction of high-altitude steel structure in support system of high and large formwork

ZHAO Wei-guo

(ShanxiNo.2ArchitecturalEngineeringCompany,Taiyuan030013,China)

Based on the Enterprise Headquarters Building Project at Transitional Development Industrial Zone in Yangqu county, the paper researches the design scheme for the high-altitude steel structure composite structure as the high and large formwork support system, analyzes and calculates the stress circumstances of the high and large support system and steel structure, illustrates the detailed construction measures, and proves the scheme achieves better economic benefits.

steel structure, formwork, support system, calculation

1009-6825(2014)30-0121-02

2014-08-13

趙衛(wèi)國(1978- )，男，工程師

TU755.2

A