超高超長超限現澆結構鋼托支模體系施工技術

鄧小兵 劉 洪 余大章

(中建四局貴州投資建設有限公司城建分公司，貴州 貴陽 550081)

1 目的

隨著我國經濟的迅猛發展，人民生活的不斷提高，大批具有特殊功能的公共建筑也不斷出現在人民的生活中，這些建筑大多存在單層建筑高度高、局部空間大、承載荷載的結構的截面尺寸大的特點，該結構通常為現澆混凝土結構，為保證現澆結構的施工，傳統施工方式采用鋼管扣件式腳手架作為支模體系，但在施工過程中，鋼管搭設時間長、桿件連接質量無法保證、加密區工人無法操作、架體拆除難度大,運輸不便，導致最終的施工成本非常高。

長期以來，因扣件式鋼管支撐架搭設靈活方便、通用性強、架體承載相對較大，被廣泛應用于各種施工場合，但是，在超高超限超長現澆結構中采用扣件式支撐架搭設過密，搭設工期長、質量檢查及驗收存在較大盲點，架體拆除時需要人工傳遞，耗時更耗財力，而且，基于市場上的租賃情況，周轉材料經過多次周轉后，銹蝕后自身質量無法保證，零件不合格品占有率高、工作效率低等缺點，更給施工帶來了巨大的安全隱患。

針對具有特殊功能的單層建筑高度高、局部空間大、承載荷載結構的截面尺寸大的公共建筑，采用傳統型的支撐體系已不能滿足經濟的快速發展，尋求新型支撐體系替代傳統支撐體系是必然。

2 鋼托架支模體系施工方法

2.1 工程概況

漁安·安井溫泉旅游城“未來方舟”F5組團規劃總用地面積：30 864.75 m2，總建筑面積：78 402 m2，其中地上建筑面積：48 671 m2，地下建筑面積：29 731 m2，地上6層(最高)，地下3層，建筑高度32.25 m。

漁安安井溫泉旅游城“未來方舟”F5組團，位于貴陽市云巖區漁安安井片區，是由中天城投集團開發的“中天未來方舟”的四大門戶項目之一。項目包括歌劇院、戲劇場、貴賓小劇場、地下停車場、商業及附屬配套用房等，整體設計精細，個性鮮明獨特，建成后將成為融合文化交流、人文藝術為一體的大型標志性形象公共建筑，效果圖如圖1所示。

歌劇院、影劇院一次支模高度達46.8 m，梁最大跨度24 m，最大梁集中線荷載29.28 kN/m，為保證劇院46.8 m高大模板工程安全施工，采用鋼托支模架作為此超高、超長、超限模板施工支模體系，適用于單層建筑高度高、局部空間大、承載較大荷載的結構的現澆混凝土建筑。

鋼托架支模體系施工方案設計概況：

鋼柱水平間距3.65 m，豎向間距5.6 m，水平立桿步距為6 m，鋼柱與混凝土底板的連接采用M20(5.8級)化學錨栓連接(見圖2)。

鋼柱與鋼柱連接做法：上下鋼柱分別與外環板焊接，上下外環板對接，用高強螺栓固定(見圖3)。

水平桿、水平斜桿與鋼柱連接做法：在鋼柱水平桿設置處焊接外環板，外環板之間焊接連接板，水平桿、水平斜桿上連接板與外環板之間的連接板用高強螺栓固定(見圖4)。

鋼柱頂部焊接連接板，主梁放置在鋼柱上后，與連接板焊接(見圖5)。

主梁兩端與剪力墻上預埋件通過連接板用高強螺栓固定；次梁放置在主梁上，焊接固定，次梁兩端與剪力墻做法同主梁(見圖6)。

2.2 施工特點及技術原理

1)在超高超長超限混凝土現澆結構施工中，采用傳統鋼管扣件式腳手架作為支模體系，鋼管壁厚不均勻，抗壓、抗彎強度不足，鋼管腳手架超高搭設穩定性不足，施工危險性極大，易引發坍塌事故，造成嚴重后果，為保證歌劇院46.8 m高大模板工程安全施工，采用鋼托架作為此超高、超長、超限模板施工支模體系，通過Tekla有限元進行計算，合理優化鋼托架立桿間距、水平步距并處理好復雜受力情況下鋼結構變形及支撐受力問題。

2)所有桿件均可在加工廠加工，保證了各桿件的焊接質量和精度，各桿件之間采用螺栓連接，減少了施工過程的焊接操作，施工安全得到了保障，通過Tekla有限元計算，優化鋼柱立桿橫距、縱距、水平桿步距，核心區域增加斜腹桿，形成中部核心筒結構，有效減少了材料使用量。

3)施工過程中采用徠卡全站儀自動掃描測量功能，針對鋼托架立、垂直度進行多點短周期性監測，配合螺栓孔連接的唯一性，確保施工過程鋼托架所有立桿的垂直度，保證垂直受力。

4)鋼托架支模體系型鋼支撐平臺，主次梁連接采用8.8級高強螺栓，連接位置主次梁焊加勁板。

5)鋼托架支模體系立柱的頂部采用H型鋼，型號為HN500×200×10×16,主梁與立柱頂部鋼板采用角焊。

2.3 總體施工流程

所有鋼柱分節，采用整根吊裝，鋼柱安裝后立即進行校正，在確保垂直度及水平誤差在規范范圍內后進行腹桿及斜拉桿的安裝；當一個單元的鋼結構安裝完成且校正后進行二次鋼柱連接，連接完成后立即進行垂直度調整，滿足要求后進行腹桿及拉桿的安裝，依次安裝剩余支架，達到安裝高度后再安裝型鋼梁(見圖7，圖8)。

2.4 鋼托支模體系關鍵技術

1)超高超限超長現澆結構鋼托架支模體系施工技術。

鋼管立柱采用圓形鋼管，底部掃地桿、中間水平桿、頂部水平桿均采用圓形鋼管，圓管與耳板采用螺栓連接。立柱的頂部采用H型鋼焊接連接，梁底支撐采用16號雙拼工字鋼作為支撐體系，工字鋼順梁長度方向，工字鋼在梁中間起拱，起拱高度為36 mm。板底支撐體系采用普通扣件式鋼管腳手架。

2)高強螺栓連接技術。

高強螺栓分三次擰緊，第一次初擰按終擰扭矩值的50%擰緊，第二次復擰按初擰扭矩值擰緊，第三次終擰到100%扭矩值。裝配和緊固接頭時，應從安裝好的一端或剛性端向自由端進行；高強螺栓的初擰和終擰，都要按照緊固順序進行，從螺栓群中央開始，依次由里向外、由中間向兩邊對稱進行，逐個擰緊(見圖9，圖10)。

3)Tekla有限元計算技術。

Tekla有限元計算技術通過先創建三維模型以后自動生成鋼結構詳圖和各種報表來達到方便視圖的功能，由于圖紙與報表均以模型為準，而在三維模型中操縱者很容易發現構件之間連接有無錯誤，所以它保證了鋼結構詳圖深化設計中構件之間的正確性，優化鋼柱立桿橫距3.65 m，縱距5.6 m，水平桿步距為6 m，核心區域增加斜腹桿，形成中部核心筒結構，有效減少了材料使用量，同時進行加載驗算，確保施工安全。

2.5 鋼托架支模體系施工

2.5.1支撐架架體基礎概況

4區鋼胎架直接落在-3層底板結構上，底板厚度2.0 m，立桿底板采用后植埋件，地下室穿樓層部分桿件采取開洞或者預留洞口進行處理。

5區鋼胎架直接落在-2層底板結構上，底板厚度1.5 m，立桿底板采用后植埋件，大樣詳附圖，地下室穿樓層部分桿件采取開洞或者預留洞口進行處理。

歌劇院架體從-3層底板開始搭設，總高度46.8 m，為最高架體搭設區域。

影劇院架體從-2層底板開始搭設，總高度42.3 m，為較高架體搭設區域。

2.5.2鋼托架安裝與拆除方法

鋼結構安裝采用高強螺栓連接工藝。立桿采用螺栓連接，水平桿采用φ140×4.5圓管+耳板與螺栓連接，斜桿采用φ140×4.5圓管+焊板與立柱耳板螺栓連接。

2.5.3支模高度不小于8 m區域

支模高度不小于8 m區域見表1。

表1 支模高度不小于8 m區域

2.5.4搭設跨度不小于18 m區域

搭設跨度不小于18 m區域見表2。

表2 搭設跨度不小于18 m區域

2.5.5集中線荷載不小于20 kN/m梁構件

集中線荷載不小于20 kN/m梁構件見表3。

表3 集中線荷載不小于20 kN/m梁構件

2.5.6平面布置

1)分區圖。本次鋼托支模體系施工范圍主要是針對4區歌劇院和5區影劇院(見圖11)。

2)鋼托架施工范圍。4區和5區鋼托架施工范圍從局部-3層、局部-2層、局部-1層夾層分布搭設施工至6層屋面，搭設高度從32.4 m，32.6 m，33.6 m，38.5 m，42.3 m，46.8 m(見圖12)。

3)超限分布圖。4區和5區超限分布主要在中部現澆結構梁區域，梁截面尺寸為400 mm×2 000 mm，集中線荷載為22.4 kN/m～28.6 kN/m(見圖13，圖14)。

2.6 操作要點

2.6.1焊縫質量等級

耳板、環板、加勁板、水平圓管接耳板的焊縫均為三級焊縫，施工前應由焊接技術責任人員根據焊接工藝評定結果編制焊接工藝文件，并向有關操作人員進行技術交底，施工中應嚴格遵守工藝文件的規定。

2.6.2鋼結構埋件安裝

錨栓為化學螺栓進行埋設，待測量校正完成后保證其不產生偏移。

2.6.3鋼柱吊裝要點

在鋼柱柱頭焊接臨時耳板作為吊點，吊點必須對稱，確保鋼柱吊裝時為垂直狀，起鉤、旋轉、移動三個動作交替緩慢進行，就位時緩慢下落，防止擦壞螺栓絲口。

2.6.4鋼胎架安裝

根據鋼構件的重量及吊點情況，準備足夠的不同長度、不同規格的鋼絲繩和卡環，并準備好倒鏈、纜風繩、爬梯、工具包、榔頭以及扳手等機具。

為了保證吊裝平衡，在吊鉤下掛設兩根足夠強度的單繩進行吊運。

所有鋼柱分節，采用整根吊裝，鋼柱重量不等，最重單根鋼柱約2 t。鋼柱安裝后立即進行校正，在確保垂直度及水平誤差在規范范圍內后進行腹桿及斜拉桿的安裝。當一個單元的鋼結構安裝完成且校正后進行二次鋼柱連接，連接完成后立即進行垂直度調整，滿足要求后進行腹桿及拉桿的安裝，依次安裝剩余支架。

3 施工過程受力分析

通過建立鋼托架支模體系模型，采用Tekla有限元軟件進行受力計算。分別計算各節點相關的慣性矩、長度系數，通過荷載組合計算最不利軸力、剪力、彎矩、扭矩以及節點位移，通過與各效應組合下最大支座反力設計值和各效應組合下最大支座反力標準值進行對比分析(見圖15)。

根據計算分析模型，進行規范檢驗，檢驗結果表明，結構能夠滿足承載力計算要求，應力比最大值為0.78(見圖16)，未超過設計規定要求。

采用鋼托架作為此超高、超長、超限模板施工支模體系，通過Tekla有限元進行計算，有效減少用鋼量，并很好的處理了復雜受力情況下鋼結構變形及支撐受力問題，施工工藝簡單，安全可靠，與省內外同類技術相比具備較高的先進性。

4 結語

在國內單層建筑高度高、局部空間大、承載較大荷載的結構的現澆混凝土建筑，傳統施工方式采用鋼管扣件式腳手架作為支模體系，鋼管搭設時間長、桿件連接質量無法保證、加密區工人無法操作、架體拆除難度大,運輸不便，導致最終的施工成本非常高。同時對于超高、超限、超長的現澆結構體系，傳統的鋼管扣件式腳手架難以滿足施工、受力、成本、工期等的控制要求。

針對超高、超限、超長的現澆結構體系，采用上述鋼托架支模體系施工技術，施工工藝簡單高效、安全可靠、周轉效率高，在單層建筑高度高、局部空間大、承載較大荷載的結構的現澆混凝土建筑中具有良好的運用效果，為類似工程的施工提供了一種高效、可靠、經濟的施工方法。