高大空間模板體系設計與施工

謝 磊，劉晟源，王 鵬

（中航建設集團有限公司，北京 101407）

0 引言

隨著科學技術發展以及對建筑功能需求的不斷提升，給建筑施工技術帶來新的研究課題。北京某小學新建工程有多個高大空間部位，存在多部位超跨超大超高現澆混凝土梁、板，這些超常規混凝土結構通常面積、高度及自重大，導致施工中作為模板支撐的腳手架搭設跨度大、高度高，而且上部混凝土結構施工時存在的各種荷載，為支撐架的設計和施工提出更高要求。

根據該新建工程存在多部位超跨、超大、超高的現澆混凝土梁、板結構，工程模架施工存在梁板超高、梁分布范圍廣、梁超重、梁截面尺寸規格多、框架梁與板立桿分布關系協調、模架體系拉接、底部頂板回頂及立體防護困難等一系列施工難題。如何優化連續高大模架的設計與施工，確保高大空間區域樓板、梁順利進行混凝土澆筑，是亟須研究的課題。

1 工程概況及施工難點

1.1 工程概況

北京某小學新建工程設計有報告廳、體育館、舞蹈教室等高大空間，存在多部位連續超大超高的現澆混凝土梁、板，最大高度達14.75m，框架梁最大截面達600mm×1 700mm；該工程采用弧線形造型，高大空間區域模架支撐體系設計需根據結構形式特點進行專門編制。

結合工程建筑布局、結構形式、工期情況，超限模板支撐架隨主體結構施工同步搭設，主體結構施工至上述標高后，超限和超高模板區域開始施工模板、鋼筋、混凝土。

1.2 施工難點

依據工程圖紙與相關法律法規所定義高大空間施工范圍，對本工程中所有超限梁、超跨度梁、超高板進行統計。

1.2.1 超限梁與超跨度梁

1）報告廳地下至2層頂梁7.350m標高處及梁底13.350m。

2）體育館（籃球館）4.100～16.200m標高處及梁底10.6m。

1.2.2 超高板

1）報告廳地下至2層頂梁7.350m標高處，層高14.750m，超高板板厚150mm。

2）體育館（籃球館）4.100～16.200m 標高處，層高11.97m，板厚130mm。

模架體系選用輪扣式滿堂落地支架，架體受力為U形托+主龍骨軸心受力傳力方式，高大空間支撐體系中必須確保施工過程嚴格按照預先審批并經專家論證通過的方案進行施工。

確保立桿間距和步距、自由端高度、橫縱向剪刀撐的設置，并充分考慮高大空間支撐體系邊緣的支撐牢固，利用已澆筑完畢的框架柱與之進行牢固連接，保證整體穩定性。

通過嚴格的驗收和變形觀測等安全保證措施，保證支架的使用功能得以實現，確保高大空間支撐體系區域的樓板、梁順利進行混凝土澆筑。

2 模架支撐體系設計

2.1 整體模架設計思路

梁板模板均采用15mm厚木膠合板，梁下次龍骨沿梁長方向布置；主龍骨垂直梁方向布置；主龍骨下設U形托，梁下立桿橫向以梁中對稱布置。板下主龍骨沿橫軸方向布置、次龍骨沿縱軸方向布置；主龍骨下設U形托撐。

模架下的支撐均位于結構底面，架體底部設置50mm×100mm的木方作為墊木，樓板模架墊木統一與主龍骨同向設置。

表1 報告廳高大框架梁模架體系

表2 報告廳高大框架梁模架體系

圖1 報告廳模架支撐立桿布置平面

圖2 報告廳模架支撐立桿布置剖面

圖3 體育館模架支撐立桿布置剖面

2.2 構造措施

模架設計計算是體系的理論保障，合理的構造措施是保證體系穩定的條件。加強構造措施如下。

1）基礎堅實滿足模架承載力需求 報告廳、體育館、連廊、舞蹈教室的模架支撐體系要落在混凝土結構基礎與結構頂板上，小于150mm時此處頂板模板支撐體系保留，且至少保留2層結構支撐架進行卸荷。

2）掃地桿 立桿下部200mm處設置縱橫向水平桿。

3）立桿自由端 梁、板模架立桿自由端均控制在600mm以內，大于600mm的增加1道水平桿。

4）剪刀撐 架體采用鋼管扣件剪刀撐，支撐腳手架設置豎向剪刀撐，剪刀撐與四周及每跨跨中設置，剪刀撐間距不大于6跨且不大于6m；支撐腳手架設置水平剪刀撐，與豎向剪刀撐由底至頂連續設置，剪刀撐斜桿與地面頂緊，剪刀撐設置于梁板操作面下部，剪刀撐豎向間距不大于6跨；每個剪刀撐的跨數最大為6跨且寬度最大為6m；剪刀撐應連續設置，并應布置均勻、對稱。水平剪刀撐布置在豎向剪刀撐交叉的水平桿層。

5）與結構剛性拉結 為保證架體整體穩定性，外圍架體在柱處沿柱高方向每隔2.4m設置1道拉結抱柱，并與四周墻體每2步進行回頂。

2.3 模板支撐架安全計算參數與計算結果

采用計算軟件按最不利情況對梁模架體系各計算參數確認。經計算，模架初步設計所采用的參數可滿足各構件各項力學指標要求，確定模架設計參數。

3 模架體系施工

3.1 模架搭設要求

模架搭設施工時要嚴格執行規范標準與論證方案，確保體系設計構想的具體展現，直接決定高大空間支撐體系安全穩定性。

1）支架基礎樓板混凝土強度必須滿足支模施工要求，按施工方案要求放線定位。搭設立桿前，要先根據支模平面圖放出每根立桿位置，并確保放置墊板水平，保證立桿垂直。

2）按方案布置平面和構造要求搭設模板支撐架，支設工藝如下：墊木板→彈線、立桿定位→豎立桿→安裝掃地桿→第1道水平剪刀撐→安裝第1步橫桿→安裝第2步橫桿→臨時斜撐→安裝第3步橫桿→安裝第4步橫桿→安裝豎向剪刀撐→安裝第5步橫桿→接立桿→安裝封頂桿→加設豎向剪刀撐→第2道水平剪刀撐→鋪設橫縱肋→鋪板底模→架體抱柱。

3）立桿間必須按步距滿設雙向水平桿，確保兩方向具有足夠的設計剛度。相鄰立桿的接頭位置應錯開布置在不同步距內，立桿與橫桿用扣件扣緊。立桿接長必須采用對接扣件連接。2根相鄰立桿的接頭不應設置在同步內，同步內隔1根立桿的2個相鄰接頭在高度方向的距離不宜小于500mm；各接頭中心至主節點的距離不宜大于步距的1/3。

4）結構梁下模板支架的立桿縱距應沿梁軸線方向布置；立桿橫距應以梁底中心線向兩側對稱布置，而且最外側立桿距梁側邊距離不得大于150mm。設在模板支架立桿頂部的可調U形托，U形托總長度500mm，其絲桿外徑不得小于36mm，伸出長度不得超過200mm。

5）模架必須設置縱、橫向掃地桿，縱向掃地桿應采用直角扣件固定在距墊板不大于200mm處的立桿上，橫向掃地桿應采用直角扣件固定在緊靠縱向掃地桿下方的立桿上。模板支架頂部支撐點與支架頂層橫桿的距離不應大于500mm。橫桿接長采用對接扣件連接，2根相鄰橫桿的接頭不宜設置在同步或同跨內，不同步或不同跨2個相鄰接頭在水平方向錯開的距離不宜小于500mm；各接頭中心至最近主節點的距離不宜大于縱距的1/3。

6）架體豎向剪刀撐應由底至頂連續設置，剪刀撐水平夾角45°～60°。架體水平剪刀撐采用“十”字形。作為水平剪刀撐與結構的拉結點可直接與邊梁抱拉。水平剪刀撐與框架柱采用抱柱的水平桿進行拉結。剪刀撐斜桿應用旋轉扣件固定在與之相交的橫向水平桿的伸出端或立柱上，旋轉扣件中心線距主接點的距離不應大于150mm。

7）架體搭設過程中應根據GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術統一標準》的要求，進行過程中檢查，包括：搭設場地完工后及腳手架搭設前；首層水平桿搭設安裝后；每搭設一個樓層高度階段使用前；腳手架每搭設2～4步或不大于6m的高度。

8）架子整體搭設完成后在梁底第1道水平桿位置設置1層大眼安全網+密目安全網，在架體中間同時設置1道大眼安全網，以防止人員跌落及雜物掉落時傷人。

3.2 混凝土澆筑

為避免模架體系受新澆筑混凝土作用發生質量事故，對混凝土澆筑方案進行規范化設計。

本工程超限模板施工區域位于報告廳、體育館、地下連廊、舞蹈教室等處，結合工程建筑布局、結構形式、工期情況，超限模支撐架隨主體結構施工同步搭設，主體結構施工至上述標高后，超限和超高模板區域開始施工模板、鋼筋、混凝土（豎向構件和水平構件分開澆筑施工）墻柱模板拆除完后再進行梁板施工。

報告廳、體育館、地下連廊、舞蹈教室等處頂板梁混凝土采用汽車泵澆筑，混凝土澆筑順序從樓板中間向周邊、從中間向兩端進行澆筑，不得從一端向另一端進行。

為確保模板支架施工過程中均衡受荷，混凝土分層澆筑，避免集中卸料，嚴格控制混凝土的澆筑厚度及澆筑速度，梁分層澆筑厚度≤500mm，并勻速澆筑。框架梁澆筑時，由中間向兩端澆筑，保持支撐受力均勻，澆筑方向如圖4，5所示。

圖4 報告廳頂板梁澆筑順序

圖5 體育館頂板梁澆筑順序

3.3 支撐架體沉降監測

施工過程中，規范化的監控監測是必要的，本項目采用輪扣式鋼管支撐架作為支撐體系，在搭設支撐架、鋼筋安裝、混凝土澆搗前、施工過程中及混凝土初凝、終凝前，必須隨時監測。

沉降觀測采用水準儀，方法為“視準線法”，即測量讀取視準線與后視基點的水平標高，定為初始值，以后每次測值（即視準線與后視基點的水平標高）與初始值的差值即為架體沉降量值。

高大空間支撐體系部位根據監測點位圖紙進行監測點布置，并用紅漆做好標識。水平方向在模板支撐架的角部及四邊中部分別設置1個監測點；豎直方向在支撐架的頂層、底層及每5步設置1個監測點，并用紅漆做好標識。

3.4 支撐架拆除

混凝土澆筑過程中，觀測頻率為1次/h，采用激光標線儀對支撐體系進行監測，主要監測體系的水平、垂直位置是否有偏移。觀測點可采取在臨邊位置的柱和鋼管架上涂紅漆作為監測標記。

混凝土澆筑過程中，在混凝土澆筑前每天監測1次，在澆筑混凝土過程中應實時監測，監測頻率不超過30min1次，在混凝土澆筑完畢后至混凝土終凝前，監測頻率為每4h1次。依據架體的設計軸力確定監控值，當沉降不均勻或變化較大時，架體沉降值的預警值設為10mm，當架體沉降超過預警值后，停止澆筑，觀察架體情況，當桿件間縫隙正常壓縮、整體均勻情況繼續施工；當局部突發性變形時，人員立即撤離。

監測結果報告必須包括監測項目及允許值、報警值、監測數據處理分析、監測結評述，所有記錄必須形成書面材料。

4 實施效果

本模架體系屬于超跨、超高、超重模板支撐體系，是危險性較大的分項工程。按要求編制安全專項方案并進行專家論證，方案順利通過并得到專家好評。

根據施工方案由深化設計組進行模架BIM模型建模，驗證方案合理性，模型效果如圖6，7所示。

圖6 報告廳模架BIM模型

圖7 體育館模架BIM模型

方案實施過程中，通過周密組織、精心施工、明確職責，職責落實到每個部門的每個崗位，施工全過程管理受控。混凝土構件拆模后無沉降變形，構件平整度、垂直度、截面尺寸偏差符合規范要求，混凝土觀感良好。該部位混凝土觀感已成為本工程的一大亮點，技術效益顯著，社會效益良好。

5 結語

該模板支撐體系采用常規材料進行超限梁板模板支撐體系設計與施工，通過工程實踐與應用，得出如下結論：經過嚴密設計及計算，建立完善的安全施工管理體系，采用該設計方案施工提高了施工速度和安全系數，大大降低工程成本。

工程應用實踐證明，該技術所形成的工法科學合理，指導性、可操作性強，具有良好的技術經濟效益和社會效益，可為今后超限梁板模板施工提供參考。