蘭石豪布斯卡中央商務區轉換層大梁模架安全性分析

包德軍 孫建明 馮杰文 張連勝 尚建輝

摘要：隨著我國城市化建設進程的快速發展，越來越多的高層建筑不斷涌現，為了滿足業主對建筑物的多種使用要求，結構轉換層的設計在工程中經常出現。在結構出地面部分設計中多處存在轉換層大截面梁柱布置。在此部分梁柱的施工中不僅要考慮轉換層模架的安全性，還需要考慮模架搭設的下層結構的安全性。通過轉換層一道典型的框架梁模架的設計驗算和下部結構模架的留置驗算，給出了具體的施工方案，保證了轉換層結構施工的安全性。

關鍵詞：轉換層;支撐體系;強度;長細比;穩定性

中圖分類號：TU97

文獻標志碼：A

0引言

目前在我國建筑工程設計中梁板式轉換層的結構設計占比較大。在此部分結構施工中需要對其模架的安全性進行分析，同時還要對下部結構的安全性進行分析，這樣才能保證結構施工的安全，同時避免因不合理的模架設計而導致施工措施費用的浪費。

1工程概況

蘭石豪布斯卡某總建筑面積約26萬m2、占地面積約5.4萬m2的中央商務建筑群，地下設計為三層大底盤框架結構，地上部分設計有有辦公、酒店、圖書館等公共建筑。在結構出地面部分設計中多處存在轉換層大截面梁柱布置。在此部分梁柱的施工中不僅要考慮轉換層模架的安全性，還需要考慮模架搭設的下層結構的安全性。除過這些特殊的梁板結構，其余部分結構的模架均可按正常模架設計搭設。本論述通過在轉換層一道典型的框架梁模架的設計驗算和下部結構模架的留置驗算，給出了具體的施工方案，保證了轉換層結構施工的安全性。

2模架施工方案

通過多方案必選，本工程決定選用Φ148x3扣件式鋼管模板支撐體系（如圖1所示）。

梁模板采用18mm厚竹膠合板、50mmx100mm木方、M14（水平間距500mm）對拉螺栓，為防止框架梁在澆筑時傾斜，板支撐體系水平鋼管和斜撐鋼管加固。梁底等距采用4根小梁、梁側等距采用6根小梁，主梁間距500mm、立桿間距1m，梁下等距采用4根立桿支撐。除縱橫向掃地桿外，為保證作業人員施工方便，底部水平桿步距1.8m、其余步距1.2-1.5m，大梁下部設置縱橫向剪刀撐。

3轉換層框架梁模架驗算

3.1計算資料

模板、小梁及主梁參數見表1所列。

3.2模板強度、剛度驗算

3.2.1梁底模板強度、剛度驗算

模板自重G1k=0.1kN/m2;

梁鋼筋混凝土自重（G2k+G3k）×h=（24+1.5）×2=51kN/m2;

振搗混凝土產生的施工荷載Q2k=2kN/m2;

取單位寬度1m，按三跨連續梁計算（如圖2所示）：

荷載組合設計值：ql=0.9xmax{1.2[G1k+（G2k+G3k）×h]+1.4Q2k，1.35[G1k+（G2k+G3k）×h]+1.4ψcQ2k}×b=0.9×max{1.2×[0.1+（24+1.5）×2]+1.4×2， 1.35×[0.1+（24+1.5）×2]+1.4×0.7×2}×1=63.851kN/m。

（1）強度驗算

Mmax=0.1q1L2=0.1×63.851×0.2672=0.455kN·m;（1）

σ=Mmax/W=0.455×106/54000= 8.426N/mm2≤[f]=15N/mm2。

（2）

滿足要求。

（2）剛度驗算

荷載組合標準值：q2=G1k+G2k+G3k+Q2k=53.1kN/m;

v=0.677q2L4/（100EI）=0.677×53.1×2674/（100×10000×486000）=0.376mm<[v]=L/250=267/250=1.068mm。

（3）

滿足要求。

3.2.2側模板強度、剛度驗算

新澆筑混凝土對梁側模板的壓力標準值：G4k=min{0.22γct0β1β2v0.5， γcH}=min{0.22×24×4×1×1.15×20.5， 24×2}=min{34.35，48}=34.35kN/m2。

振搗混凝土時梁側模板荷載標準值：Q2k=4kN/m;

取單位寬度1m，按三跨連續梁計算（如圖3所示）：

q=（G4K+Q2k）×L=（34.35+4）×1= 38.35kN/m。 （4）

（1）強度驗算

Mmax=0.1q/2=0.1x38.35x0.352=0.47kN.m; （5）

σ=Max/W=0.47×106/54000=8.7N/mm2≤[f]=15N/mm2。

（6）

滿足要求。

（2）剛度驗算

vmax=0.677qL4/（100EI）=0.677×38.35×3504/（100×10000486000）=0.8mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

（7）

滿足要求。

3.3小梁強度、剛度驗算

3.3.1梁底小梁強度、剛度

梁底順跨度方向均布布設4根小梁，按最不利荷載分布分析，2、3號小梁分別承擔1/3梁荷載（見圖2）。

取2號小梁所承擔線荷載為q1=q/3=63.851/3=21.28kN/m。

梁底順跨度方向立桿縱距1m，每縱距內附加1根梁底支撐主梁，因此小梁強剛度按500mm間距，三跨連續梁計算。

（1）強度驗算

Mmax=0.1q1L2=0.1x21.28x0.52=0.532kN.m; （8）

σ=Mmax/W=0.532×106/83333.33=6.38N/mm2≤[f]=15.444N/mm2。

（9）

滿足要求。

（2）剛度驗算

vmax=0.677q1L4/（100EI）=0.677×21.28×5004/（100×8415x4166667）=0.257mm<[v]=L/250=500/250=2mm。

（10）

滿足要求。

3.3.2梁側小梁強度、剛度

前式得新澆筑混凝土對梁側模板壓力標準值G4k=34.35kN/m2;

梁側小梁所受均布荷載q靜=0.9×1.35×G4K×L=0.9x1.35x34.35x1=41.74kN/m：

梁側小梁支座反力Rmax=41.74x0.35=14.6kN;

取q=14.6kN/m。

（1）強度驗算

Mmax=0.1qL2=0.1x14.6x0.52=0.365kN.m; （11）

σ=Mmax/W=0.365×106/83333.33=4.38N/mm2≤[f]=15.444N/mm2。

（12）

滿足要求。

（2）剛度驗算

Vmax=0.677qL4/（100EI）=0.677×14.6×5004/（100×8415×4166667）=0.176mm<[v]=L/250=500/250=2mm。

（13）

滿足要求。

3.4主梁強度、剛度驗算

3.4.1梁底主梁強度、剛度驗算

由前式所得梁底荷載組合設計值為63.851kN/M，梁底主梁間距500mm，每道主梁承力31.93kN。每道主梁有兩根鋼管組合，主梁不均勻受力系數0.6，每根鋼管承力31.93kNx0.6=19.16kN。

梁底順跨度方向均布布設4根小梁，按最不利荷載分布分析，2、3號小梁分別承擔1/3梁荷載（見圖2）。

木方傳給鋼管的集中力F1、F2、F3、F4分別為3.193kN、6.387kN、6.387kN、3.193kN。

按最不利工況分析，將計算簡圖（圖4）簡化為第二跨簡支梁計算，F2、F3分別距支點2、3距離為0.1m。

（1）強度驗算

Mmax=F2xa=6.387x0.1=0.6387kN·m：

（14）

σ=Mmax/W=0.6387×106/4490=142.25N/mm2≤[f]=205N/mm2。

（15）

滿足要求。

（2）剛度驗算

vmax=F2xa（3L2-4a2）/（24EI）=6387x100x（3x4662-4x1002）/（24×206000×107800）=0.73mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

（16）

滿足要求。

3.4.2梁側主梁強度、剛度驗算

梁側模承載能力極限狀態設計值：S承=0.9max[1.2G4k+1.4Q2k， 1.35G4k+1.4×0.7Q2k]=0.9max[1.2×34.35+1.4x4，1.35x34.35+1.4x0.7x4]=0.9max[46.82，50.29]=0.9x50.29=45.26kN/m2。

梁側主梁間距500mm，每道主梁承力22.63kN。每道主梁由兩根鋼管組合，主梁不均勻受力系數0.6，每根鋼管承力22.63kNx0.6=13.58kN。

梁側順跨度方向均布布設6根小梁，按最不利荷載分布分析，每跨中受集巾力13.58kN。

（1）強度驗算

Mmax=0.15FL=0.15x13.58x0.35=0.713kN·m;（17）

σ=Max/W=0.713×106/4490=158.8N/mm2≤[f]=205N/mm2。

（18）

滿足要求。

（2）剛度驗算

vmax=1.146FL3/（100EI）=1.146×13.58×103×5003/（100 x206000x107800）=0.876mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

（19）

滿足要求。

3.5對拉螺栓驗算

設置Φ12對拉螺栓，豎向4道，豎向間隔150mm、350mm、600mm、500mm設置（見圖1）。

取受力最大第3道螺桿分析，b=600/2+500/2=550mm，a=500mm;

Fs=0.95（1.2xG4k+1.4Q2k）=0.95（1.2x34.35+1.4x4）=44.48kN/m2;

（20）

N=abFs=0.55x0.5x44.48=12.2kN

（21）

滿足要求。

3.6立桿驗算

3.6.1 長細比驗算

l0=h=1800mm;

（22）

λ=l0/i=1800/15.9=113.208≤[λ]=150。

（23）

長細比滿足要求。

3.6.2穩定性計算

由前式所得梁底荷載組合設計值為63.851kN/m，梁底立桿縱向間距1.0m，每排立桿承力R=63.851kN。

梁底順跨度方向均布布設4根小梁，按最不利荷載分布分析，2、3號小梁分別承擔1/3梁荷載，1、4號小梁各承擔1/6梁荷載，如圖2所示。1、4號小梁分別由1、2和3、4號立桿承力，2、3號小梁由2、3號立桿均分承力。

計算得：每排立桿R1=R4=63.851/6x167/467=3.8kN;

（24）

R2=R3=63.851/6x300/467+63.851/3=28.12kN;（25）

f=N/（φA）=28120/0.496x424=133.7N/mm2≤[f]=205N/mm2。

（26）

滿足要求。

4轉換層大梁下部結構承載力驗算

4.1荷載計算

轉換層框架梁自重：bxh×（G2k+G3k）=0.8X2X（24+1.5）=40.8kN/m;

（27）

負一層框架梁自重：bxhx（G2k+G3k）=0.4x0.7x（24+1.5）=7.14kN/m;

（28）

模板與支架自重：BxG1k=1.4X0.75=1.05kN/m;（29）

恒荷載總和：q恒=40.8+7.14+1.05=48.99kN/m;（30）

活荷載：q恒=3x1.4=4.2kN/m;

（31）

荷載設計值：q=1.2x48.99+1.4x4.2=64.668kN/m。

（32）

4.2承載力計算

負一層框架梁計算長度L0=1.05x5.8=6.09m;（33）

按連續梁計算彎矩：M=0.1ql2=0.1x64.668x6.092=239.84kN·m;

（34）

負一層及負二層梁截面為400mmx700mm，混凝土實際強度按C20計算，鋼筋為三級鋼，底部配4Φ25。則A=M/bh02fc=239.84x106/400x6502x9.6=0.148; （35）

查表得ξ=0.16，

則AB=ξbh0f0fc/fy=0.16x400x650x9.6/300=1331.2mm2<1963.6mm2（實配4Φ25）

（36）

驗算證明負一層梁在轉換梁澆筑時可以承擔上部荷載壓力。按照施工進度要求，在施工轉換層大梁時，負二層、負三層樓面的混凝土強度僅達到設計強度的70%、80%。為確保施工過程中結構安全，施工中在框架梁模架底部設置通長木腳手板（50mmx300mm×3000mm）擴散集中應力，負二層結構不拆除原模架，由已施工完畢的負二層結構將應力傳遞至負三層梁柱結構，在負三層相應梁下設置鋼管回頂。

5結束語

本論述通過對800mmx2000mm的結構轉換層框架梁模板支撐體系的驗算和對其下部結構支撐的驗算，給出了轉換層框架梁安全經濟的模架體系施工方案以及在施工進度要求情況下的下部結構模架支撐及回頂的安全經濟的施工方案，保證了大截面混凝土框架梁施工過程的安全性和經濟合理性。

參考文獻：

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[4]中國建筑科學研究院.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范：JGJ 130-2011[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[5]《建筑施工手冊》（第五版）編委會.建筑施工手冊[M].5版.北京：中國建筑工業出版社，2012.

[6]吳垚，肖備，蔣曉燕，等.施工現場設施安全設計計算手冊[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2014.

收稿日期：2020-06-08

作者簡介：包德軍（1978-），男，漢族，甘肅永登人，大學本科，工程師，主要從事建筑工程施工管理工作。