桁架式模板支撐系統在超高層建筑施工中的應用

胡文濤

（甘肅第三建設集團有限公司，蘭州 730000）

1 前言

某高層建筑施工項目為某城區的CBD 核心區，該項目集商業、酒店和辦公等服務為一體，總建筑面積為169631m2，其中地上為128581m2，地下為41050.21m2。主樓地上設計57 層，地下設計4 層，總高度為280m。

2 項目施工介紹

本項目主體建筑結構采用一種新型的鋼管砼框架-RC 芯子的組合形式，在高層建筑中設置了一個巨型的、隨著高層建筑的上升而上升的、與角柱分叉融合的兩個彎道。由于該結構具有獨特的抗側結構，且沒有設置拉桿網架，部分樓面存在嚴重的內壓，對結構平面的總體力學性質提出了更高的要求。在構造的施工圖紙上，在第2 至5、11、22、33 個樓層的地板都是現澆的。

樓板支撐模板工作層的高度為：第一層為7.61 米，第二層為4.99 米，第三層為4 米，第四層為10 米；其中21、32 層支撐模板的工作層高都為4.2 米。其中，1 層的大多數區域都是跨層的門廳，它的層高為12.6m，若采用滿堂的鋼管支撐架來進行現澆板的施工，會造成造價高、工期長、占地面積大的問題。針對這一問題，本文創新地提出了在鋼梁（H 型鋼梁、箱型梁）上設置網架支撐體系的設計方法。

3 桁架式模板支撐系統概述

桁架型模塑支撐體系使用以鋼橫梁的上下翼緣為支撐點來進行吊桿的安裝，并將吊桿的托梁作為支撐點來進行拼桿，將拼桿和模子放置在拼桿上，綁扎鋼筋、澆筑樓板混凝土[1]。當地面的混凝土完全維護完畢時，為進行回轉作業，可將裝配式桁架及掛座系統拆卸下來。

對于具有各種翼緣厚的鋼梁，這種支撐體系采用各種吊架體系：對于翼緣厚小于200mm 的H 型鋼，采用利用吊盤的方式，吊架體系1 被吊在鋼梁上翼緣上（參見圖1a）；H 型鋼制的邊框寬度大于200mm，使用由卡盤緊固到鋼橫桿下翼緣的掛座系統（參見圖1b）；用于箱形梁體的掛座系統3（參見圖1c），該裝置由吊盤從鋼橫梁的上翼邊陲下。桁架梁是由端部桁架單元與標準桁架單元（L=100、300、1000mm 三種尺度）用螺絲進行組裝而形成的，以桁架梁的長短為依據，選擇適當構架單元來進行結合。安裝完畢后，將桁架梁的兩頭置于掛座系統的支撐上，通過掛座系統的調節螺母或頂撐節來調節托梁的高低。

圖1 桁架梁單元

4 計算桁架式模板支撐系統承載力

4.1 桁架承載力計算

以結構鋼梁及承模桁架梁的布置為基礎，對最不利的情況展開了分析：桁架梁跨越按照結構鋼梁最大間距為3.0m，桁架梁間隔為1.2m，在建筑荷載中，包括了模板、樓板自重和建筑施工活荷載（以2.5kN/m2為基準），而桁架梁的計算方法是依據簡單的梁式來進行的。以此為依據，檢驗主梁的整體穩定性、吊盤的凈斷面拉伸強度、吊桿的拉伸強度、加高層結構的穩定能力、H 型鋼結構的總體穩定性等，均符合規范的設計要求。

4.2 H 型鋼梁翼緣承載力分析

在此基礎上，提出了一種基于H 型鋼框架的框架結構，并將其應用到框架結構中。采用ANSYS 程序，對H型鋼組合梁翼緣承載力進行了計算，重點探討了H 型鋼組合梁翼緣承載力與其斷面尺寸之間的相互影響。利用ANSYS 軟件中的Shell181 單元對H 型鋼框架結構的上翼緣和下腹板進行了三維數值仿真，以確保計算的準確性。在建立模型時，將考慮焊接后的剩余應力及剩余變形對模型的影響，采用三向鉸鏈對梁進行三向鉸鏈約束，將其作為簡支梁，并對梁下翼緣進行多組集中載荷，以實現固定載荷及變化載荷的仿真。

在計算過程中，通過人為地控制柵格的邊界長度來實現對柵格尺度的控制。在選擇梁的翼緣的承載力時，將翼緣發生強度失效時的承載力Fep1（kN）與在沒有垂直限制的情況下，主梁撓度達1/400 時的承載力Fep2（kN）進行對比，以較小的一個作為最后的翼緣對支座的承載力。在載荷間隔為1000mm 的情況下，其結果如表1 所示。

表1 各種截面類型下支座梁承載力

基于本項目工程中的樓板最大荷載為6kN/m2，跨度為4200mm，鋼桁架之間的間距為1000mm，可以計算出其支座的最大荷載為12.6kN，支撐的梁截面類型為500×200×10×16，支座的梁承載力為14.4kN，滿足實際的工程要求。

5 安裝掛座系統及桁架梁

在重新進行施工之前，必須對掛座系統、桁架梁的堆積和裝配地點進行明確，并對進入工地的零件進行檢查與確認，其中有型號、數目及外形質量。對支承體系的特殊設計和設計要有一定的了解，要用不同的色彩來區別各種類型的支撐體系，便于在施工中辨認。1 層架空層高度為12.60m，為超限地區，不能使用移動作業架，支承系統的安裝、拆除工作均需使用曲臂小車，其他樓層采用移動腳手架安裝、拆除桁梁[2]。

在使用掛座系統1 和3 時候，首先要將掛板安裝在鋼梁上的翼緣上，可以將吊桿、地板、調整螺帽在地板上組裝為一體，再用螺釘將吊盤與吊盤聯結，再調整螺帽，使底盤與鋼柱下側邊夾持。用螺帽調節支架的高度，使支架的兩端可以調節支架的高度。

在使用掛座系統2 時，首先要將底板和底座用螺栓夾住鋼梁的下翼緣，并按照鋼梁的高度加上一層，然后再設置一個頂撐節，可以旋轉該頂撐節，使支架的方向和橫梁的方向相交。最終，把一個頂絲固定在鋼梁上的翼緣下面，以便用這個支承節來調節支架的高度，來達到對桁架梁的兩個端部高度的調節。

在進行預裝之前，按照支架間的間距進行裝配，兩個支架間用螺栓連接。桁架梁可以在地上直接拼裝，如果沒有任何起重設備，也可以用手將各個構件抬到作業臺上然后再拼裝。當桁架梁和桁架梁裝配好后，將桁架梁的兩頭直接放在吊桿上。掛座系統采用調節螺母、頂撐節等方式，對支架的高度進行調節，將支架梁端部的高度調節至放下木方模后，可使支架梁頂面與鋼梁頂面平行。

6 拆除模板鋪設及支撐系統

用14mm 的厚膠合木模板，46mm×92mm 的木方做龍骨。在板材跨度≤1200mm 時，應將板材與板材跨度平行放置，間隔不得超過300mm。在進行模板放置時，應按照相同的次序、相同的方向對縫，并確保每條縫下面都有一條龍，并將其拼縫緊密；應確保其表面沒有錯動，且其上翼緣與模架的高度相同[3]。當樓面板的混凝土強度滿足要求時，可拆除底層模板。吊架體系可以通過調節螺釘或上支撐節來使每個鋼架降至100mm 或更高。當桁架梁吊座系統落下后，首先要將其頂部的模板和木方拆掉，最后才能夠將其系統和桁架梁進行拆除。

7 項目實施情況與鋼梁應力監測

該項目以東部2 層為實驗區，在實驗成功的基礎上，進行3-5 層的現澆樓蓋的施工。其中3 層的層高較高，在3 層高基礎上以曲臂車為作業平臺進行支護體系的安裝。在整個工程建設中，整個支架體系的設置、拆卸工作都順利完成。由于時間緊迫，采用桁架式模板支撐體系能迅速、安全地實現工程建設。

在本項目開展期間，由于支撐系統有可能會對結構的鋼梁造成不良的效果，為此，在對其進行理論分析的基礎上，選擇一處大跨的關鍵位置，對上部翼緣、下部翼緣、腹板進行預澆注。在混凝土澆筑過程中，澆筑完畢后2 天，以及拆除后3 天進行動態監控。通過對試驗數據的分析，得出在試驗過程中，鋼筋混凝土梁受力最大值為119 MPa 的結論，試驗數據符合設計要求。結果表明，在鋼筋混凝土框架內，使用網格型支撐體系對鋼筋混凝土框架結構無不良影響。

另外，在質量控制上需要注意鋼桁架加工所允許的偏差和檢查方法，如表2 和表3 所示：

表2 鋼桁架加工允許的偏差和檢查方法

表3 模板安裝允許的偏差和檢查方法

8 結語

綜上所述，結合本研究內容分析，桁架式模板的支撐體系特點是：

（1）無需安裝全截面的鋼管支架，節省造價，減少時間，不占下面的建筑面積；

（2）吊架體系以吊盤或卡盤的方式與鋼梁進行無損傷的連接，不需要進行焊接和打孔，保證不會對鋼梁本身的工作能力造成不利的后果；

（3）對于具有不同翼緣的鋼梁，可以選擇各種懸掛體系，而桁架梁可以通過端桁架梁和標準桁架梁的間隔，按照鋼梁的間距進行任意組合，使得整體支撐體系具有很好的配置和應用前景。

（4）所有部件都是用螺絲固定在一起，使部件的質量很小，便于手工操作。整體支撐體系易于安裝、拆卸，提高工程的進度。

結果表明，采用網格型模撐法可以有效地處理超高層建筑中的現澆樓蓋問題，對同類工程具有一定的參考價值。