某商場門廳高大模板設計與分析

張金輪，江 莉，韓有民

(安徽工程大學 建筑工程學院，安徽 蕪湖241000)

0 引 言

隨著我國城市現代化建設的發展，樓層高、跨度大、超厚現澆板的建筑結構形式也隨之出現，扣件式鋼管模板支撐體系的應用越來越多，[1]高大模板 (高大模板支撐系統是指建設工程施工現場混凝土構件模板支撐高度超過8m，或搭設跨度超過18m，或施工總荷載大于15kN/m2，或集中線荷載大于20kN/m的模板支撐系統)已在建筑施工過程中被廣泛應用。而高大模板支撐系統失穩坍塌的情況時有發生，其主要原因是部分施工企業對高支模體系的搭設未引起足夠的重視，對模板工程安全專項施工方案的編制、審批把關不嚴，對涉及施工安全的重點部位和環節的檢查督促落實不到位；部分施工項目部質量安全保證體系不健全，責任制不落實，未認真履行職責，現場搭設的支撐體系不符合規定，從而造成重大的人身傷亡和財產損失。[2]高大模板合理的設計方案和安全控制措施對提高工程質量，保障施工安全具有十分重要的意義。

1 工程概況

某商場二期工程， 由 1＃、2＃、3＃、4＃ 建筑群組成，總建筑面積80031.20m2。其中，2＃樓，地下1層，地上11層，總建筑高度43.9m。地下室板底標高-5.7m，2層板面標高5.35m，3層板面標高10.75m。2層板面在軸線1-4與軸線P-M門廳區域開洞，該區域地下室(板厚為250mm)板頂標高為-1.2m，局部地下室以外地面做至-1.2m。該區域3層板面模板工程立桿架設高度達11.95m，結構平面框架柱方柱截面為800mm×800mm，圓柱直徑為800mm，梁截面尺寸為 400mm×750mm(內框架梁)，250mm×750mm(外 圍 弧 形 梁)，300mm×600mm(次 梁 )，250mm×600mm(次梁)，板厚120mm。由上述可知，2＃樓軸線1-4與軸線P-M區域3層結構平面模板工程屬于高大模板范疇。該部分模板工程采用扣件式滿堂模板支撐體系，混凝土工程采用泵送工藝施工。

2 材料選用

桿配件、節點的規格、質量和性能，是模板支架承載能力和工作安全的技術基礎，必須按保證和協調要求科學規范其標準規定，嚴加控制，不得隨意放松。[3]

1.模板采用 18mm 厚膠合板(1830×915×18)，應符合現行國家標準 《混凝土模板用膠合板》ZBB70006的規定。

2.木材采用3000×100×50松木方，木材材質標準應符合現行國家標準 《木結構設計規范》(GB50005-2003)的規定。

3.鋼管采用48×3.5mm(新標準要求為48.3×3.6mm，目前本地區市場尚未成批生產)，鋼管壁厚不小于3.5mm，應符合現行國家標準《直縫電焊鋼管》(GB/T13793-2008)中規定的Q235普通鋼管的要求，并應符合現行國家標準 《碳素結構鋼》(GB/T700-2006)中Q235A級鋼的規定。

4.立桿底部均采用16槽鋼做為底座，縱橫向通長布置；對拉螺栓采用M14普通螺桿。應符合現行國家標準《碳素結構鋼》(GB/T700-2006)和《低合金高強度結構鋼》(GB/T1591-2008)的規定。

5.扣件采用可鍛鑄鐵制作，其質量和性能應符合現行國家標準《鋼管腳手架扣件》GB15831規定。

3 高大模板設計

本工程在梁、板混凝土澆注之前，應保證結構豎向構件已經施工完成，結構柱達到設計強度且模板拆除完畢。門廳區域以外一定范圍內(覆蓋面積應超過高大模板面積的30%)，2層結構下立桿支撐不得拆除，以保證高大模板支撐體系水平荷載向周邊傳遞。

3.1 立桿布置(詳見圖1)

圖1 3層結構平面立桿及剪刀撐布置圖

1.梁兩側立桿布置以距兩側外邊緣250mm為宜，即使得扣件所受豎向荷載不致過大，又留置合理的施工空間。400mm×750mm梁兩側立桿間距按0.9m布置，梁底增設2根立桿，梁縱向立桿最大間距按0.8m布設。其余梁兩側立桿間距按0.8m布置，梁底增設1根立桿，梁縱向立桿最大間距按0.8m布設。本工程外圍250mm×750mm弧形梁，立桿架設先不考慮其位置影響，并延伸出弧形梁以外，再對弧形梁按分段折線梁加密處理，即按折線梁兩側立桿間距為0.8m，梁底增設1根立桿，縱向立桿最大間距按0.8m布設。此立桿布置方案即保證了立桿縱橫貫通，提高體系的整體性，又確保了外圍弧形梁立桿承載能力。研究表明：混凝土澆筑過程中存在特殊現象，即主梁下個別立桿退出工作，致使相鄰立桿的軸力大幅度增加，成為安全隱患，故本工程中小梁下均增設1根立桿。

2.立桿全部采用對接接長，立桿的對接扣件交錯布置，兩相鄰立桿的接頭不能設置在同步內，同步內隔1根立桿的兩個相隔接頭在高度方向錯開的距離不小于500mm，各接頭中心至主節點距離控制在步距的1/3內。嚴禁出現斷頭桿、懸空桿等架設情況。

3.縱、橫梁兩側立桿布置完成，按立桿平面縱橫貫通原則，板下立桿確定最大縱橫間距為0.8m×0.8m。

4.若連接立桿的水平桿被框架柱隔斷，在柱外邊緣200mm處補充立桿，加設水平橫桿作局部加強。

3.2 水平桿布置(詳見圖2)

1.體系中水平桿應以最大梁高的梁下鋼管大楞作為最上一層水平桿，即節省材料，又便于施工。以400mm×750mm框架梁梁底鋼管大楞作為第一層水平桿，縱橫布置，以沿第一道水平拉桿自上而下按不超過1.5m步距布置縱橫水平桿。梁底下第一層與第二層水平桿之間加設一層水平桿作為水平加強層。

2.2層(作夾層處理)結構平面標高5.35m，以上200mm沿縱橫方向按縱下橫上設一層水平桿，兼做其他區域3層結構模板支撐的掃地桿。

3.在地下室板頂及地面以上200mm沿縱橫方向按縱下橫上設掃地桿，掃地桿在不同標高處，高處向低處掃地桿延伸不少于3跨。

圖2 3層結構平面支撐體系1-1剖面圖

4.當梁縱向立桿間距在400mm-800mm之間時，沿梁縱向每兩立桿中間增設一道橫向水平桿作為梁底支撐小橫桿，以保證縱向梁底模板的變形要求。

5.水平桿采用對接接長，兩相鄰水平桿接頭不允許設置在同步或同跨內，各接頭中心至最近主節點的距離不大于250mm。

3.3 梁、板底模板設計

梁底增設2根立桿時，梁底設3根方木；梁底增設1根立桿時，梁底設2根方木；即保證方木的承載力要求，又使得梁底立桿居中設置。板底方木按縱向間距300mm進行布設。

3.4 梁側模板設計

400mm×750mm，250mm×750mm 梁側布置 4根枋木作為小楞，梁側沿縱向按最大間隔800mm布置2道對拉螺栓，最下一道距梁底150mm，按上疏下密原則布設；300mm×600mm、250mm×600mm梁側布置3根枋木作為小楞，梁側沿縱向按最大間隔800mm布置1道對拉螺栓，距梁底150mm；盡量保證對拉螺栓與梁底縱向小橫桿位置對應，確保不出現脹?，F象。

3.5 剪刀撐布置

豎向剪刀撐、水平剪刀撐與主體結構固結點等是影響支撐架體系整體穩定的主要因素，剪刀撐設計的合理性直接影響體系的安全可靠，其設計地位甚至高于承載力驗算，必須以圖示明確布置方式。

1.豎向剪刀撐布設原則：沿外側周圈四周設由下至上的豎向連續剪刀撐，中間在縱橫向設由下至上的豎向連續式剪刀撐，剪刀撐桿件的底端應與地面或地下室頂板面頂緊，夾角宜為45度-60度。

2.水平剪刀撐布設位置：最大框架梁下第一層水平拉桿位置布設連續式水平剪刀撐；自上而下豎向剪刀撐底部設置一層水平剪刀撐；立桿底部掃地桿處布設連續式水平剪刀撐，共計3層。本工程高大模板外圍立桿布置不規則，故3層水平剪刀撐平面布設保持一致，抵抗水平荷載作用。

3.6 支架體系與主體結構固結點設置

在立桿周圈外側所有結構柱的部位、中間有結構柱的部位，按豎向每兩步間距與結構物設置固結點。即按要求用鋼管對結構柱進行四邊抱箍，圓柱固結點應增設斜向抱箍。并用鋼管連墻件將水平桿與之扣接，以增加支撐體系的側向剛度和穩定性。

3.7 扣件選用

扣件類型包括直角扣件、旋轉扣件、對接扣件。圖2中樓板、梁豎向荷載均通過扣件傳遞，而縱、橫向水平桿的軸線與立桿軸線在主節點上并不匯交在一點。一般情況下，此偏心產生的附加彎曲應力不大，為簡化計算，予以忽略。由此帶來的不安全因素，通過有關調整系數在立桿穩定性計算中加以考慮?？梢娍奂够休d力也是重點驗算之一，設計中必須明確使用要求。本工程所有框架梁、次梁與板下立桿與水平拉桿、鋼管大楞與立桿及水平桿連接采用雙扣件扣緊，其余位置可用采用單扣件連接。

3.8 混凝土澆筑方案

先澆筑豎向構件，達到強度后拆除模板再進行梁板澆筑。本工程3層區域由中間400mm×750mm梁中部向兩邊對稱澆注，以保證澆筑過程中支撐體系的承載力與穩定性要求。

3.9 地面硬化處理

地面最上層采用混凝土地面，以保證立桿底部承載力要求，自上至下做法如下。

1.澆筑150厚C20混凝土地面，隨搗隨抹平至-1.2m標高(與地下室頂板面平齊，并做好排水措施)。

2.200mm厚級配碎石墊層，壓實系數不低于94%。

3.素土分層夯實600mm，每層200mm，壓實系數不低于93%。

根據工程經驗，立桿地基承載力可達120-150KPa。

3.10 安全網

支撐體系外圍掛1.2米高安全網，中部懸掛密目安全網，以加強安全措施。

4 荷載取值

模板支撐架結構雖屬于臨時性工程結構，但更多體現出的是施工設施的特性：復雜性、變化性、隨機(意)性和難控性。[4]需要按其實際情況建立適合的設計和使用規定，并采用一些調整系數考慮各種變化因素的影響;以確保體系安全承載和正常工作條件。設計驗算中，對主控荷載進行了適當放大，以提高體系的安全度。

模板自重(kN/m2)：0.50；鋼筋自重(kN/m3)：1.50；混凝土自重(kN/m3)：24.0；施工均布荷載標準值(kN/m2)：3.0，設計基本風壓取 0.40kN/m2；傾倒混凝土側壓力(kN/m2)：4.0，豎向壓力(kN/m2)：2.0；振搗混凝土荷載標準值 (kN/m2)：4.0；混凝土的澆筑速度，取3.000m/h。

5 設計驗算

整體失穩是滿堂支撐架的主要破壞形式，故扣件式高大模板支撐體系設計驗算的核心內容是樓板、大梁下立桿穩定性與立桿地基承載力驗算及大梁下扣件承載力驗算。

5.1 樓板、梁下立桿的穩定性驗算

按組合風荷載驗算穩定性：N/φA+MW/W≤f

式中：N—計算立桿段的軸向力設計值(N)；

φ—軸線受壓穩定系數，其數值的確定考慮了支架體系的整體穩定性；

A—立桿的截面面積(mm2)；

MW—計算立桿段風荷載設計值產生的彎矩(N·mm)；

f—鋼材的抗壓強度設計值(N/mm2)。

5.2 樓板、梁立桿地基承載驗算

立桿基礎底面的平均壓力應滿足右式要求

式中：pk—立桿基礎底面處的平均壓力標準值(kPa)；

Nk—上部結構傳至立桿基礎頂面的軸向力標準值(KN)；

A—基礎底面面積(m2)；

fg—地基承載力特征值(kPa)。

5.3 大梁下扣件抗滑承載力驗算

縱向或橫向水平桿與立桿連接時，驗算公式為：R≤Rc

其中Rc—單扣件抗滑承載力設計值，取8.00kN；雙扣件抗滑承載力設計值，取12.00kN；

R—縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設計值。

本工程按荷載最不利情況進行驗算，經驗算均滿足承載力要求，受篇幅限制不作詳述，驗算內容如下：

1.400mm×750mm梁，梁兩側立桿間距0.9m，梁縱向立桿間距0.80m，立桿最大架設高度11.95m。梁底增設2根立桿，梁底3根方木小楞，梁側4根枋木小楞，沿梁縱向每間隔800mm布設2道對拉螺栓，距梁底150mm，板厚取120mm計算，驗算梁側與梁底支撐。

2.250mm×750mm外圍弧形梁，按加密方式梁兩側立桿間距0.9m，梁縱向立桿間距0.80m，立桿最大架設高度11.95m。梁底增設1根立桿，梁底2根方木小楞，梁側4根枋木小楞，沿梁縱向每間隔800mm布設2道對拉螺栓，最下一道距梁底150mm，板厚取120mm計算，驗算梁底支撐。

3.120mm厚樓面板縱橫向最大間距為0.80m×0.80m，立桿架設高度取11.95m。板底縱向方木間距300mm，驗算板下模板支撐。

6 主要安全措施

模板支架的工作狀態可按混凝土澆筑前、混凝土澆筑期和混凝土澆筑后來劃分?；炷翝仓谀０逯Ъ艿墓ぷ鳡顟B非常獨特，模板支架必須承擔伴隨著混凝土的澆筑而產生的一系列荷載?；炷翝仓陔m然只有幾個小時，卻是最危險的時期。[5]故在混凝土澆筑前的安全準備工作，和混凝土澆筑過程中的觀測是十分重要的。

扣件式滿堂架搭設前，應按施工組織設計的要求向佩有危險作業操作資格證書的搭設和使用人員做技術與安全作業要求交底。并對鋼管、扣件等應進行檢查驗收，嚴禁使用不合格的材料。嚴格控制實際施工荷載不超過設計荷載，鋼管等材料在支架上堆放時，堆載高度不超過10cm。

模板安裝完畢，在澆筑砼前對存在安全隱患位置重點檢查、巡查，驗收合格后方可進行混凝土澆注施工。澆筑過程中，支撐系統下嚴禁站人，外圍5米處設置警戒線，派人在警戒線外用經緯儀設觀測點檢查支架承載情況。

1.立桿底座滑動或沉降明顯，墊板晃動(觀察)；

2.立桿垂直度：立桿頂部至底部水平偏差大于10mm(經緯儀觀測)；

3.水平桿步距：上下相鄰水平桿豎向偏差大于20mm(經緯儀觀測)；

4.立桿間距：水平偏差大于20mm(經緯儀觀測)。

發現上述情況之一時，既形成坍塌征兆，應立即停止施工，疏散施工人員，經現場安全管理機構進行安全技術評估后方能安排人員到架下加固。

7 安全管理

項目經理為現場安全第一責任人，項目副經理為現場直接安全責任人。現場應成立高大模板施工安全管理領導組和應急救援領導組，針對高大模板施工過程中可能發生的高空墜落、模板坍塌、物體打擊等緊急情況做好應急準備和及時響應。

8結 語

1.本工程高大模板專項施工方案按照現行規范、標準、規定等進行支架體系的設計與驗算，并通過專家組的論證，專家組同時對方案提出了相應整改意見，要求施工中落實相應的監督、檢查、檢測、驗收等各項監控措施，并提出混凝土澆筑過程中安全處理的量化指標。施工中嚴格按照方案設計要求，切實落實過程控制及安全管理工作，過程中未出現支架下沉、脹模、結構開裂等質量問題和安全事故，成功實現預期的質量、安全管理目標。

2.目前高大模板專項施工方案往往存在設計針對性不強，沒有統一的設計思路等問題，致使方案不能很好地指導工程實際。通過對扣件式高大模板支撐體系的系統分析，結合大量實際工程設計經驗進行歸納整理，形成較為全面的設計主體內容，對同類工程起到一定的借鑒作用。

[1]謝楠.混凝土澆筑期高大模板支架工作狀態的試驗測試[J].工程力學，2011，6(28 增刊Ⅰ):85-89.

[2]胡長明，曾凡奎.扣件式鋼管模板支架的試驗和數值模型研究[J].工程力學，2010，12(17 增刊Ⅱ):280-283.

[3]杜榮軍.科學規范腳手架結構施工支架的設計和計算規定(2)[J].施工技術，2010，39(2):110-116.

[4]杜榮軍.科學規范腳手架結構施工支架的設計和計算規定(1)[J].施工技術，2010，39(1):120-124.

[5]劉玉柱.高大模板支撐體系坍塌勘察分析及風險防范對策[J].建筑安全，2012，（4）：23-25.