型鋼混凝土轉換梁高支模施工技術及安全性分析

黃勝方

（淮北職業技術學院，安徽淮北235000）

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型鋼混凝土轉換梁高支模施工技術及安全性分析

黃勝方

（淮北職業技術學院，安徽淮北235000）

摘要：型鋼混凝土轉換梁模板支設系統由于承受荷載大、受力復雜、施工難度大且危險性大導致一些質量安全事故的發生。結合具體工程實例，介紹了將型鋼支撐與腳手架支撐結合的型鋼混凝土梁的支撐施工技術，并對其進行了安全性分析，取得了良好的經濟技術效果，為類似工程的設計與施工提供借鑒與參考。

關鍵詞：型鋼混凝土梁；胎架；高支模；施工技術；安全性

0引言

型鋼混凝土轉換梁已成為高層建筑結構中建筑功能與空間轉換的重要結構體系，但其支撐體系的施工是影響整個工程質量、安全與經濟的關鍵環節。按照建質［2009］87號文件的規定，轉換梁支撐系統一般均屬于超過一定規模的危險性較大的工程。但是，目前我國尚未建立起系統的針對型鋼混凝土轉換梁支撐體系的相關規范、規程，在施工中對其質量安全控制以經驗為主，導致一些質量安全事故的發生［1-2］。本文以具體工程為例，利用型鋼混凝土轉換梁中型鋼與鋼管支撐的分擔比例，介紹了型鋼混凝土梁的支撐施工技術，并對其進行了安全性分析，為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況及施工方案

某建筑依山傾斜而建，山頂與山底高差約60m。由于建筑功能的轉變及結構大空間的需要，在八層、九層分別設置了型鋼混凝土轉換梁將兩部分結構主體相連。其中大部分截面為1200mm× 3500mm，內設大型H型鋼，截面為H3100×700×40× 50mm，最大跨度35.4m，整體長度72m，層高7m。構件的截面和跨度均較大，自重及上部荷載巨大，高支模系統比較復雜、施工難度大且有較大危險性。如何針對帶有大型型鋼的型鋼混凝土梁選取安全、經濟的支撐體系是一個值得研究的課題。

目前轉換梁的常用的支撐體系有常規支模法、疊合梁施工法、荷載傳遞法、附加型鋼或桁架支撐法、吊模法等施工方法［3］。常規支撐法即從八層一直支撐到基礎層，成本太高且周期長，不適用于本工程；吊模法施工工藝較復雜，且目前理論研究滯后于工程應用，本工程不予采用。考慮到型鋼梁與型鋼柱均存在型鋼，可先將二者連接形成整體結構后，將一部分荷載通過型鋼柱傳到下層結構；澆筑混凝土時將高深的轉換梁分三層澆筑，轉換梁下的支撐系統只需承擔第一次混凝土澆筑時的荷載，充分利用結構的自承重功能，分層澆筑也大大緩解了過高的水化熱對梁體的不利影響。

2 型鋼支撐施工技術及安全性分析

根據施工方案，首先采用獨立的型鋼胎架將型鋼梁形成空間整體結構。施工中采用焊接H型鋼作為臨時支撐體系，配合塔吊進行高空原位焊接安裝。H型鋼的主截面形式為H600×300×20× 20。型鋼胎架設計圖及現場施工圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 支撐胎架設計圖

圖2 支撐胎架現場圖

考慮到型鋼胎架中的圓鋼管主要起構造作用，對型鋼產生的彎矩不大，按照軸心受力構件進行分析［4］。以最大跨度為35.4m的型鋼梁作為分析對象，其單跨重為64.4t，共分四段拼裝，梁下布置三個支撐胎架，其中承受最大重量的型鋼胎架受力為170.52KN，因型鋼胎架的截面無孔眼削弱，不必驗算強度。

型鋼胎架的主受力構件H600×300×20×20型鋼胎架的相關技術參數如下：

1）剛度驗算

型鋼胎架的剛度采用長細比進行控制。

型鋼胎架兩個方向的長細比均小于其容許長細比［λ］=150，則剛度要求滿足。

2）整體穩定性驗算

采用簡化的穩定系數法進行驗算，按照構件繞x軸計算。查表得?=0.774，構件的整體穩定性為：

根據計算結果可知，支撐胎架的整體穩定性符合要求。

3）局部穩定性驗算

實腹式組合鋼構件主要通過限制局部板件的寬厚比來保證構件的局部穩定條件。則對于此工字鋼的寬厚比的要求為

由計算結果知型鋼胎架的翼緣及腹板的穩定性符合要求。

由以上分析可以得出，型鋼胎架施工過程中的受力安全性及穩定性是可以保障的。為增加構件的整體穩定性，在施工中采用直徑350mm內徑10mm的圓鋼管進行連接，并采用斜撐固定。為防止柱頂及柱腳發生受壓屈曲，加入了部分連接板及加勁板，保證構件的受力安全性。

3 高支模施工技術及安全性分析

3.1 高支模設計方案

根據模板設計的規范要求及本工程的模板支撐施工方案，模板體系采用厚為堅固平整的九夾板，厚度為18mm。主龍骨采用規格為40mm× 90mm的木方，數量為梁側設12根，梁底設6根，間距均為300mm；次龍骨采用間距為400mm的Ф48× 3.5鋼管。沿梁高設置7根M16全螺紋對拉螺桿進行加固，第一道距離梁底不大于200mm，其余間距不大于450mm；腳手架支撐體系采用扣件式鋼管腳手架，規格同次龍骨。立桿縱向間距為0.8m，沿梁寬度方向為0.4m，梁下有4根頂撐加固，步距為1.5m。在距離梁邊300mm處有立桿支撐。梁底支撐須設置頂托，頂托拉絲不得超過20cm；底部距地20cm設置縱橫向掃地桿；為保證大梁整體穩定性，在梁兩側增加斜撐固定，并在梁底增加橫桿與斜撐相連接。型鋼混凝土梁高支撐架體設計圖如圖3所示。

圖3 轉換梁高支模設計圖

3.2 高支模安全性分析

通過對形成空間整體結構的型鋼混凝土梁型、柱鋼骨架和腳手架支撐系統受力分擔比例的研究發現，型鋼骨架承擔的施工荷載的比例為40%～45%之間，即腳手架承擔的荷載標準值可以乘以0.55～0.6的折減系數作為其荷載標準值［5］。鑒于轉換梁對于本工程的重要性及安全性考慮，本文不考慮型鋼骨架承擔翼緣處荷載的有利因素，采取型鋼梁與腳手架分別承擔其施工荷載的方法進行安全性分析［6-8］。

3.2.1 梁底面板的安全性分析

面板為典型的受彎構件，采用厚度為18mm的覆面木膠合板。施工過程中所承受的主要靜荷載的取值主要為 G1k=1.5kN/m2、G2k=24kN/m3、G3k= 1.5kN/m3，動荷載主要為Q1k=1.0kN/m2，Q2k=2.0kN/ m2。結合實際工況，為計算簡便，不考慮風荷載、地震荷載、雪荷載等荷載。計算指標為［f］=15N/ mm2，E=10000N/mm2。面板的截面特征為：W＝54000mm3，I＝486000mm4，字母含義參見《建筑施工模板安全技術規范》JPJ162-2008［6］的相關規定。

取單位寬度1m，按四等跨連續梁考慮計算，計算簡圖如圖4。

q1靜＝0.9×1.35×［G1k+（G2k+G3k）×h］×b＝0.9×1.35× ［0.1+（24+1.5）×3.5］×1＝108.56kN/m

q1活＝0.9×1.4×0.7×Q2k×b＝0.9×1.4×0.7×2×1＝1.76kN/m

q2＝（G1k+（G2k+G3k）×h）×b=［0.1+（24+1.5）×3.5］× 1＝89.35kN/m

1）強度驗算

Mmax＝0.107q1靜L2+0.121q1活L2＝0.107×108.56× 0.242+0.121×1.76×0.242＝0.68kN·m

σ＝Mmax/W＝0.68×106/54000＝12.62N/mm2≤［f］＝15N/mm2

則梁底面板的強度滿足要求。

2）撓度驗算

νmax＝0.632qL4/（100EI）=0.632×89.35×2404/（100×10000×486000）＝0.385mm≤［ν］＝l/400＝240/400＝0.6mm

則梁底面板的撓度滿足要求。

3.2.2 小梁驗算

根據受力工況及簡化計算，分別按四等跨連續梁及懸臂梁計算。經計算，梁底方木所受的荷載分別為q1＝30.36kN/m，q2＝24.56kN/m，計算指標分別為［f］=15.44N/mm2，E=9350N/mm2，［τ］=1.78N/ mm2。截面特征為分別為I=243cm4，W=54cm3。字母含義同梁底板。

1）強度驗算

Mmax＝max［0.107q1l12，0.5q1l22］＝max［0.107× 30.36×0.42，0.5×30.36×0.152］＝0.52kN·m

σ＝Mmax/W＝0.52×106/54000＝9.62N/mm2≤［f］＝15.44N/mm2

則小梁的強度滿足要求。

2）撓度驗算

ν1＝0.632q2l14/（100EI）＝0.632×24.56×4004/ （100×9.35×103×2.43×106）＝0.17mm，遠小于撓度允許值［ν］＝l/400＝400/400＝1mm，

ν2＝q2l24/（8EI）＝24.56×1504/（8×9.35×103×2.43× 106）＝0.07mm，遠遠小于撓度允許值［ν］＝l/400＝150/400＝0.38mm

則小梁的撓度滿足要求。

3.2.3 主梁驗算

主梁采用鋼管，規格為Ф48×3.5mm，可調托座內有2根主梁。計算指標為［f］=205N/mm2，［τ］= 125N/mm2，E=206000N/mm2，截 面 特 征 為 I= 12.19cm4，W=5.08cm3。

不計主梁自重，由于兩根主梁合并，抗彎、抗剪、撓度驗算荷載值均取半，按照三跨連續梁計算，計算簡圖如圖5下：

1）抗彎驗算

根據計算得到主梁的彎矩圖，如圖6所示：

σ＝Mmax/W＝0.43×106/5080＝84.68N/mm2≤［f］= 205N/mm2

則主梁的抗彎強度滿足要求。

圖4 面板的計算簡圖

圖5 主梁的計算簡圖

2）抗剪驗算

同理得到主梁的剪力圖，如圖7所示：

Vmax＝5.65kN

τmax＝2Vmax/A=2×5.65×1000/489＝23.11N/mm2≤［τ］＝125N/mm2

則主梁的抗剪強度滿足要求。

3）撓度驗算

同理得到主梁的變形圖，如圖8所示。

圖6 主梁彎矩圖（kN·m）

圖7 主梁剪力圖（kN）

圖8 主梁變形圖（mm）

νmax＝0.14mm，遠小于撓度允許值［ν］＝l/400＝400/400＝1mm，

則主梁的撓度滿足要求。

3.2.4 立柱的穩定性驗算

立桿采用Ф48×3.5鋼管，步距為1500mm，頂層水平桿中心線至支撐點的長度a為100mm。計算指標分別為A=489mm2，I=15.8mm4，W=5.08cm3，［f］= 205N/mm2，μ1=1.386，μ2=1.755，其中μ1、μ2分別表示頂部與非頂部立桿的計算長度系數，其他字母含義同面板。

長細比驗算：

頂部與非頂部立桿段的計算長度分別為：l01= kμ1（hd+2a）=1×1.386×（1500+2×100）=2356.2mm

l02=kμ2h=1×1.755×1400=2457mm

λ=l0/i=2457/15.8=155.51≤［λ］=210

則立柱的長細比滿足要求。

穩定性驗算：

頂部立桿段：l01=kμ1（hd+2a）=1.155×1.386× （1500+2×100）=2721.411mm

λ1＝l01/i＝2721.411/15.8＝172.241，查表得，φ1＝0.24，

立柱最大受力N＝max［R1，R2，R3，R4］＝max ［9.7，21.78，21.78，9.7］＝21.78kN

f＝N/（φA）＝21.78×103/（0.24×489）＝185.57N/ mm2≤［f］＝205N/mm2

則頂部立桿段的穩定性滿足要求。

非頂部立桿段：l02=kμ2h=1.155×1.755×1400= 2837.835mm

λ2＝l02/i＝2837.835/15.8＝179.61，查 表 得 ，φ2＝0.223

立柱最大受力N同頂部立柱，即N=21.78kN，

f＝N/（φA）＝21.78×103/（0.22×489）＝199.72N/ mm2≤［f］＝205N/mm2

則非頂部立桿段的穩定性滿足要求。故立桿的長細比及穩定性均滿足要求。

3.2.5 可調托座驗算

可調托座最大受力同立桿最大受力，即Nmax= 21.78kN，小于其承載力容許值30kN，故可調托座的承載力滿足要求。

3.2.6 對拉螺栓驗算

計算過程同主梁，對拉螺栓受力N＝0.95×3.6× 2＝6.85kN，軸向拉力設計值Ntb＝24.5kN，故對拉螺栓的受力滿足要求。

3.2.7 樓板承載力驗算

由于八層轉換梁的單體面積較大且施工工藝復雜，施工周期長，當轉換梁澆筑混凝土時，轉換梁所對應的七層樓板混凝土的強度等級為C50，厚度200mm。經計算［9］，立桿的軸心壓力設計值為N=N1+N2=21.78kN+0.66kN=22.44kN，其中N1為立桿的最大受力值，N2為腳手架的自重。不配附加筋的局部受壓承載力為：

Fl=0.9βcβlfcAln=0.9×1×3×23.1×489.055

=30.50kN>N=22.44kN

則七層樓板的受壓承載力符合要求。為增加樓板的局部受力安全性，在七層樓板的立桿處設置了墊板，并保留六層、七層的腳手架達到混凝土的設計強度后才按規定拆除。同時在轉換梁下部相對應的位置加強支撐，上下層對位。

4 施工構造措施

除了嚴格設計、施工驗算外，在構造上采取立桿全部采用對接形式、板底承載小橫桿和立桿采用雙扣件、梁底中間立桿與梁側同時搭設、按規定設置剪刀撐和掃地桿、按規定進行起拱、嚴控施工荷載、嚴把材料關等措施加強控制高支模的施工質量，同時對高支模施工過程中派專人進行監控監測，確保其施工過程的安全。

同時，分層澆筑混凝土有效緩解了大體量混凝土所產生的大量水化熱可能產生的裂縫對梁體造成的影響。

5 結束語

本文采用荷載傳遞法、疊合梁澆筑法等綜合性方法解決了大跨度型鋼混凝土轉換梁支撐的難題。本工程充分利用型鋼梁與型鋼柱連成空間整體后分擔施工荷載的有利因素，腳手架的荷載標準值大大減少；而疊合梁澆筑法則有效減少了腳手架所承擔的施工荷載，降低了大體量混凝土產生的水化熱對梁體可能產生的裂縫的損害，保證了型鋼混凝土梁支撐的質量及安全，有效地加快了材料周轉，縮短了施工工期，極大地節約了施工成本，取得了良好的技術經濟效果。

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［9］建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范:JGJ130-2011［S］.

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（責任編輯：郝安林）

The Construction Technology and Security Analysis About High-formwork of Steel Reinforced Concrete Transfer Girder

HUANG Shengfang
（Huaibei Professional and Technical Academy，Huaibei 235000，China）

Abstract：Owing to withstanding large loads and force is complex and it is difficult to construct and risk is high，the framework supporting system of steel reinforced concrete transfer girder has been resulting in numerous of quality or safety accidents.Combining specific projects，this article introduces an construction technology of frame?work support system applied in the steel reinforced concrete beam，which combines steel support with scaffolding support.And we conducts security analysis about it.Afterwards we achieve good economic and technological ef?fect，and therefore provide the appropriate reference for the design and construction of similar projects.

Key words：steel reinforced concrete beams；tire rack；high-formwork；construction technology；security

中圖分類號：TU37

文獻標志碼：A

文章編號：1673-2928（2016）02-0043-05

收稿日期：2015-12-13

作者簡介：黃勝方（1981-），男，碩士，高級工程師，講師，主要研究方向：建筑結構抗震設計、建筑施工及監理等。