某高層短肢剪力墻結構轉換層模板支撐施工技術

孫金坤， 潘宏青， 楊 柳

(1. 攀枝花學院土木與建筑工程學院， 四川攀枝花 617000；2. 攀枝花市工程結構技術研究中心， 四川攀枝花 617000；3.西華大學建筑與土木工程學院， 四川成都 610039)

某高層短肢剪力墻結構轉換層模板支撐施工技術

孫金坤1,2， 潘宏青1,3， 楊 柳1,2

(1. 攀枝花學院土木與建筑工程學院， 四川攀枝花 617000；2. 攀枝花市工程結構技術研究中心， 四川攀枝花 617000；3.西華大學建筑與土木工程學院， 四川成都 610039)

針對某高層短肢剪力墻結構上部荷載較大、結構轉換層的構件尺寸較大、模板支撐體系施工技術復雜的特點，通過對比結構轉換層支撐腳手架的施工方法及其特點，選定落地支撐法施工該工程項目，并準確計算支撐腳手架在承載力極限狀態下和正常使用極限狀態下承載力，從而節省了腳手架和模板的使用，取得了良好的經濟和技術效益，為同類工程提供有益的參考。

轉換層； 支撐架； 支撐形式； 施工技術

隨著國民經濟的快速發展，我國的各大城市的高層、超高層建筑的數量也有了突飛猛進的增長，結構轉換層的設置成為這類建筑必不可少的一部分。高層、超高層短肢剪力墻結構建筑的上部荷載比較大，使得結構轉換層的構件尺寸都普遍較大，在實際的施工中常常遇到很多的施工難題，模板支撐體系的布置少有研究，然而支撐體系布置得當不僅可以縮短周轉材料的使用周期，還能帶來巨大的經濟效益，對工程施工具有重大的意義。基于以上，本文針對某短肢剪力墻結構樓層轉換層模板支撐施工技術進行探討和研究。

1 工程介紹

某工程項目位于攀枝花市炳三區某公路路口，該樓主樓為27層，塔樓為2層，地下3層。該樓主樓的地上4層為框架結構，5層及以上樓層采用短肢剪力墻結構。結構的轉換層位于主樓的4層，第4層的梁為鋼筋混凝土轉換梁，該轉換梁的截面尺寸為1 200 mm×1 600 mm。

針對本工程的轉換層的構件截面尺寸大、構件位置高、施工荷載大等一系列問題，本文做出了詳細的討論，以此指導本工程及類似工程的施工。

2 結構轉換層支撐腳手架的施工方法及其特點

在工程實踐中，轉換層支撐腳手架的可靠性和穩定性是轉換層施工時需要考慮的一個非常重要的方面[1]，因此必須進行嚴格的理論論證以及詳細的設計計算和說明。目前實際工程中最常見的3種模板施工方法為落地支撐法、疊合梁原理法和吊模法[2]。

2.1 落地支撐法

落地支撐法就是將轉換層構件的自重及施工的全部荷載傳遞到模板上，再由模板通過腳手支撐架傳遞到在轉換層的下層結構的頂板上[3]。這種支撐需要大量扣件腳手架或碗扣式腳手架，通常適用于施工現場有較多的可以周轉使用的腳手架，且要求轉換層的層高較低。在搭設模板支撐的過程中，要求支撐立桿要垂直，以保證上部荷載的能夠垂直傳遞。在腳手支撐架拆除以前需要確定合理的拆除順序，然后再進行拆除以防發生工程事故。在結構施工時由于模板單位面積上承受的均布荷載比較大，通常選用剛度比較大的模板(如鋼模板)。支撐架多采用扣件式鋼管腳手架作支撐，這種支撐方法通常不進行承載力計算。但是當轉換層的結構構架尺寸比較大、結構自重大、施工荷載大，采用這種支撐方法時必須進行嚴格的荷載計算。

2.2 疊合梁原理法

疊合梁原理法就是在澆筑尺寸較大的混凝土構件時設置水平的施工縫，將構件分兩(多)次澆筑而成。在第一次澆筑的混凝土達到一定強度以后，充分利用混凝土的這一強度，將混凝土和模板組合在一起作為二次澆筑的支撐。由于混凝土是分兩層澆筑的，第一次澆筑未能把所有的混凝土全部澆筑，混凝土的模板、腳手支撐架所承受的施工荷載可以適當降低，模板和腳手支撐架的用量也就可以適當降低。該施工方法可以減少一次性澆筑混凝土的重量，可以大大減少支撐架、模板的用量，便利于模板和支撐架的設計，同時又可以降低工程施工成本，節省造價。

2.3 吊模法

吊模法就是在模板下部不設支撐，利用吊桿將混凝土的自重、施工荷載及模板系統的自重傳遞到外加的輔助性傳力構件或結構自身的豎向受力構件上，吊模系統由支墩、吊架、吊桿和模板組成，其荷載傳遞路徑如圖1所示。

圖1 吊模法施工荷載傳遞示意

吊模法施工具有構造簡單、傳力明確、造價低等特點[4]。吊模法施工是一種相對獨立的模板支撐方法，目前行業內還沒有相關的可遵循的技術參數，還沒有制定相應的操作規范與設計規程。吊模法在實際工程中也僅做為一種工具式支撐使用，目前還沒有得到大規模的推廣。

3 支撐腳手架施工設計

結合高層短肢剪力墻結構轉換層實際情況，本工程選用落地支撐法施工最適合。根據相關規定，結構構件的腳手支撐架的設計應當符合《建筑結構統一設計標準》的規定[5]，采用“以概率理論為基礎的極限狀態方法”，因此本工程在轉換梁的模板腳手支撐架設計計算時，應分別按正常使用極限狀態和承載力極限狀態來計算、驗算相關的項目。

3.1 按承載力極限狀態的計算項目

承載力極限狀態是指當結構或構件達到最大的極限承載能力或繼續施加荷載后結構破壞時的臨界狀態，如結構構件因荷載過大，產生過度的塑性變形導致材料的強度發生破壞，最終導致結構或構件失去穩定性而破壞，這種臨界狀態被稱為結構的承載力極限狀態。由此，腳手支撐架按承載力極限狀態設計計算的項目應為：(1)立桿的承載力；(2)腳手架節點的連接強度；(3)連墻件的抗傾覆能力；(4)腳手架的立管的穩定性；(5)腳手架基礎的承載力。

3.2 按正常使用極限狀態的計算項目

當結構、構件達到正常使用或耐久性能的某項規定的允許值的限值時的狀態，如彎曲變形過大、裂紋寬度過大、局部破損等影響正常使用的破壞或變形。這就是結構的正常使用極限狀態。腳手支撐架按正常使用極限狀態設計計算的項目應該有：(1)水平桿的彎曲變形驗算；(2)腳手支撐架結構的換算長細比和單排立桿的長細比。

3.3 本工程計算內容

一般情況下腳手架的一些桿件在正常使用的條件下都具有足夠的承載力，因此就沒有必要進行逐項的計算[6]。本工程的計算項目為[7]：(1)立桿的穩定承載力；(2)大跨度的水平桿件的抗彎強度和撓曲變形；(3)連墻件的抗拉、抗壓承載力；(4)立桿基礎的承載力。

本工程采用的模板支撐體系的計算如下。

首先對1 200 mm×1 600 mm的大梁截面進行驗算。

3.3.1 梁上部分布的線荷載Q的設計值計算

根據工程實際的施工情況，梁上部分布的線荷載Q的設計值計算(kN/m)，應當考慮到以下荷載：

(1)大梁自重25 kN/mm2(含鋼筋)：25×1.6×1.2=48 kN/m

(2)大梁的翼板重(一邊寬0.9 m)：25 ×2×0.25×0.9=11.25 kN/m

(3)施工活荷載：(取2.2 m寬，2.5 kN/ mm2)：2.2×2.5=5.5 kN/m

(4)混凝土承受的沖擊荷載，按2.0 kN/m計算 ：1×2.0=2 kN/m

(5)混凝土振動器荷載，按2.0 kN/M計算：1×2.0=2 kN/m

(6)模板及支架荷載，根據實測按3.0 kN/m計算。

根據(JGJ 130-2011)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規程》規定，荷載設計值為：

q=(1.2×48+11.25+3)+1.4(5.5+2+2)=88 kN/m

3.3.2 腳手支撐架鋼管承載力計算

腳手支撐架為選用φ48×3.5的鋼管, 承載力公式如下：

(1)

式中：P為鋼管承載力；A為鋼管的截面積，對于φ48×3.5鋼管A=489 mm2；f為鋼管的抗壓強度,取值為205 N/mm2；ψ為穩定系數。

由長細比λ查表得：

(2)

λ=L0/i=2 100/15.78=171。由λ查相關表得：ψ=0.243，

則每根鋼管的承載力由式(1)得：

P=A·f·ψ=489×205×0.243=24 359N=24.36kN

但東南大學結構實驗室破壞性試驗結果表明[8]：扣件最大抗滑力為，單扣件8kN，雙扣件12kN，因此，如果豎桿的上端采用雙扣件連接，則最大抗滑移的力只有P=12kN，從而計算出需要的立桿數為：

n=Q/P=88/12=7.3根，取8根比較安全。

這是縱向(沿梁方向)間距為500mm布置的立桿，這兩個250mm之間的橫向桿的水平間距為775mm，兩側見圖2，其它轉換大梁參照執行。

4 結論

(1)通過對比結構轉換層支撐腳手架的施工方法及其特點，最終選用落地支撐法施工該工程項目。通過對該工程轉換層模板腳手支撐系統的合理設計和計算，施工人員嚴格按照設計選用的材料和結構類型進行施工，節省了大量腳手架和模板的使用，取得了良好的經濟和技術效益。

(2)在整個轉換層施工中，由于設計合理、措施得力，沒有發生脹模和支撐架失穩的質量、安全事故，保證了工程的質量，減少了工程安全事故的發生。

[1] 姚剛，彭志，周忠明.高層建筑轉換層支撐架設計及應用研究[J].重慶建筑大學學報，2003，47(2)：73-76.

[2] 劉世友，黃勇.高層建筑轉換層模板支撐方法比較[J].中國科技信息，2007，19(21)：43-44.

圖2 支撐示意

[3] 張炯.高層建筑轉換層施工技術淺析[J/OL].城市建設理論研究，2013，3(17)：3.

[4] 蔣紅慶，邱松，趙明.建筑施工扣件式鋼管腳手架工程設計計算的探討[J].建筑設備，2011，5(10)：43-45.

[5] 程超.建筑轉換層施工及質量控制[J].技術與市場,2012,33(7):3-5.

[6] 潘達說.鋼筋混凝土梁式轉換層施工要求探討[J].科技創新與應用,2014，4(3)：225.

[7] 容柏生.高層住宅建筑中的短肢剪力墻結構體系[J].建筑結構學報，2012，34(2)：14-19.

[8] 楊國軍.高層建筑結構轉換層施工技術[J].科技致富向導，2010(21)：208-209.

孫金坤(1975～)，男，碩士，副教授，主要從事土木工程結構技術研究、教學與管理。

TU755.2+2

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[定稿日期]2015-10-16