武廣客運專線新韶關站高支模架施工方案

王四平

1 工程概況

武廣客運專線新韶關站站房15 820 m2,其中主站房二層候車大廳面積2 520 m2,樓層標高8.4 m,結構形式為預應力框架混凝土結構。橫向主梁截面尺寸為1 000 mm×2 000 mm,縱向主梁截面尺寸分別為1 000 mm×2 000 mm,1 000 mm×1 800 mm,次梁截面尺寸分別為1 000 mm×1 500 mm,500 mm×900 mm,現澆板厚120 mm。整個二層樓面結構,自重大,跨度大。根據有關規定,層高超過4.5 m的模板支設即為高支模,必須編制專項方案,進行詳盡的設計計算,以確保施工的安全。

2 候車大廳二層結構支撐方案

模板采用18 mm厚九夾板及木模板,梁側用φ 14對拉螺桿固定,梁底用50 mm(B)×100 mm(H)木枋加強,采用泵送預拌混凝土,結構一次澆筑完成。

承重支撐搭設高度6.3 m～7.4 m,縱向1 000 mm×2 000 mm等,大梁跨度達到30 m,線荷載達到66.9 kN/m,屬于超高,超重大跨度支模系統,一般宜用鋼柱、鋼架等搭設。但考慮到施工成本,經論證后確定采用滿堂扣件式鋼管支撐體系,鋼管直徑48 mm,壁厚3.5 mm。

1 000 mm×2 000 mm,1 000 mm×1 800 mm及1 000 mm×1 500 mm大梁下采用4根立桿,橫向間距300 mm,縱向間距600 mm。其他梁采用3根立桿,橫向間距300 mm,縱向間距800 mm。現澆板下立桿網格尺寸為800 mm×800 mm,承重架步距按1 200 mm設置,每步設雙向水平橫桿。為增加整體穩定性,按外架要求,在縱橫兩個方向設豎向剪刀撐。

3 扣件式鋼管承重支撐架體系的驗算

本文以1 000 mm×2 000 mm的主梁為例進行本工程高支模模板及支撐系統計算,其余部位的計算雷同。

3.1 荷載及荷載組合

1)鋼筋混凝土自重:q1=k1γh,k1=1.2,梁高 2 000 mm,q1=1.2×25.1×2.0=60.24 kN/m2。

2)模板自重:q2=k2×0.3,k2=1.2,q2=1.2×0.3=0.36 kN/m2。

3)施工人員及設備荷載:q3=k3×2.5,k3=1.4,q3=1.4×2.5=3.5 kN/m2。

4)振搗混凝土產生的荷載:q4=k4×2,k4=1.4,q4=1.4×2=2.8 kN/m2。

模板及支架受力計算時荷載為:q=q1+q2+q3+q4。

3.2 梁底模板受力分析

1)計算模型與計算荷載。模板按三跨等跨連續梁板計算。計算跨度按第一層木枋作為支座,跨度為第一層兩木枋之間的間距,取0.2。模板計算模型見圖1。

模板按 1 m寬計算,計算荷載 q取:梁尺寸 1 000 mm×2 000 mm,q=66.9×1.0=66.9 kN/m。

2)模板最大彎矩計算。模板的最大彎矩:M=Kmql2,其中,彎矩系數Km=0.1。

3)強度驗算。抗彎拉應力:σ=M/W。

板的截面面積矩:W=bh2/6=1 000×182/6=54 000 mm3。

故:σ=4.96 N/mm2＜f=10 N/mm2,滿足強度要求。

4)剛度驗算。梁模板的撓度:ωA=Kωql4/(100EI)。

其中,Kω=0.99;E=10 000 N/mm2;I=bh3/12=1 000×183/12=486 000 mm4。

故:ωA=0.532 mm＜[ω]=250/250=1 mm,滿足剛度要求。

3.3 梁支架檢算

1)單根壓桿的設計荷載計算。計算公式為:

其中,N為壓桿的設計荷載;K2為考慮壓桿的平直度、銹蝕程度等因素影響的附加系數,K2=2;fy為壓桿的設計強度,取170 N/mm2;η=0.3(1/100i)2,i為壓桿截面的回轉半徑,i=15.78 mm,η=0.3(1/100×0.015 78)2=0.12;L0為壓桿的有效長度,L0=μ L,μ按兩端鉸接取 1,L=600 mm,則 L0=600 mm;λ為壓桿的長細比,λ=L0/i=600/15.78=38;An為壓桿的凈截面面積,取 489 mm2;σ為歐拉臨界應力,σ=π2E/λ2,N/mm2,σ=π2×210 000/572=1 434 N/mm2。

經計算單根壓桿的設計荷載N=37 kN。

2)計算模型。結合結構設計,具體到受力桿件和受力部位,再考慮到荷載的分布和作用形式,立桿按兩端鉸接的軸心受壓桿件計算,計算長度 l為大橫桿步距h。同時立桿的軸心力計算值滿足鋼管支架容許荷載,所有豎向荷載均由立桿承受。立桿計算模型見圖2。

3)立桿穩定性檢算。立桿按兩端鉸接的軸心受壓構件計算,計算長度l取橫桿豎向間距0.6 m。

長細比λ=l/i=600/15.78=38＜[λ]=150。

查表得軸心受壓桿件穩定系數 φ=0.817,立桿軸心受壓軸向力限值:

[N]=φ A[σ]=0.817×489×215=85 895 N=86 kN 。

梁高2 000 mm時,Nmax=12.04 kN＜[N]=86 kN,立桿滿足穩定性要求。

4)立桿強度檢算。Nmax=12.04 kN＜N=37 kN,立桿滿足強度要求,故滿足要求。

4 承重支撐架的施工與驗收

1)構配件檢測與技術交底。鋼管和扣件等材料必須符合國家標準,進入現場的鋼管扣件必須抽樣檢測。2)搭設施工與驗收。按批準的施工方案放線,設置枕木底座,依次豎起立桿,并與縱橫掃地桿固定連接,立桿必須垂直,剪刀撐、水平橫桿隨搭升的架子及時設置。每搭設5步,由班組、項目部分別檢查驗收后請監理工程師檢查驗收,重點檢查立桿垂直度及是否懸空,縱距、橫距及步距,剪刀撐設置位置,用測力扭矩扳手逐個檢查扣件擰緊程度。檢查有記錄及完整的會簽,對隱患要做到按“三定”措施落實整改,確保施工安全。

5 安全措施

5.1 支架搭設構造措施

1)模板支架與已施工完成的結構進行剛性連接。

2)梁底沿梁方向水平桿接長采用搭接,搭接長度不小于1 m,扣件不少于3個,均勻布置,扣件距桿件端頭不少于10 cm。

3)超高腳手架搭設在地基上時,先對地基進行夯實,并在每根立管下加設墊塊或墊板,每個墊塊面積不得小于0.1 m2。

4)水平桿搭接接頭不得設置在同步或同跨內。立桿必須垂直設置,2 m高度的垂直度允許偏差不得大于15 mm。

5)縱橫掃地桿采用直角扣件固定在距墊板100 mm處的立桿上,立桿基礎不在同一高度上,將高處的縱向掃地桿向低處通長與立桿固定。

6)立桿接長采用對接扣件,立桿上的對接扣件交錯布置,兩根相鄰立桿的接頭不得設置在同步內,同步內間隔一根立桿的兩個相隔接頭在高度方向錯開的距離大于500 mm,各接頭中心到主接點的距離不大于步距的1/3。

7)整個架體高度內連續設置剪刀撐,水平每10 m設置一道。剪刀撐斜桿與地面的夾角在45°～60°之間,采用3個旋轉扣件搭接接長。

8)扣件規格與鋼管外徑相同,扣件螺栓擰緊力矩不小于40 N?m,且不大于 65 N?m。

5.2 混凝土澆筑過程的安全措施

1)高度大于1 500 mm梁采用分層澆搗,層厚不大于500 mm,每層澆搗時間控制在混凝土初凝時間以內,其余梁分2層澆搗,樓板一次澆搗。2)盡可能減少泵送對承重架的水平沖擊,控制混凝土在模板上不可過高堆積。3)2名安全員專職觀察混凝土澆筑過程中承重架有無異常,如有異常立即停止澆筑,并迅速撤離施工人員,組織加固處理。