型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁高支模施工技術(shù)及安全性分析

黃勝方

（淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽淮北235000）

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型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁高支模施工技術(shù)及安全性分析

黃勝方

（淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽淮北235000）

摘要：型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁模板支設(shè)系統(tǒng)由于承受荷載大、受力復(fù)雜、施工難度大且危險(xiǎn)性大導(dǎo)致一些質(zhì)量安全事故的發(fā)生。結(jié)合具體工程實(shí)例，介紹了將型鋼支撐與腳手架支撐結(jié)合的型鋼混凝土梁的支撐施工技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了安全性分析，取得了良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果，為類似工程的設(shè)計(jì)與施工提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：型鋼混凝土梁；胎架；高支模；施工技術(shù)；安全性

0引言

型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁已成為高層建筑結(jié)構(gòu)中建筑功能與空間轉(zhuǎn)換的重要結(jié)構(gòu)體系，但其支撐體系的施工是影響整個(gè)工程質(zhì)量、安全與經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。按照建質(zhì)［2009］87號(hào)文件的規(guī)定，轉(zhuǎn)換梁支撐系統(tǒng)一般均屬于超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的工程。但是，目前我國(guó)尚未建立起系統(tǒng)的針對(duì)型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁支撐體系的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程，在施工中對(duì)其質(zhì)量安全控制以經(jīng)驗(yàn)為主，導(dǎo)致一些質(zhì)量安全事故的發(fā)生［1-2］。本文以具體工程為例，利用型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁中型鋼與鋼管支撐的分擔(dān)比例，介紹了型鋼混凝土梁的支撐施工技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了安全性分析，為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況及施工方案

某建筑依山傾斜而建，山頂與山底高差約60m。由于建筑功能的轉(zhuǎn)變及結(jié)構(gòu)大空間的需要，在八層、九層分別設(shè)置了型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁將兩部分結(jié)構(gòu)主體相連。其中大部分截面為1200mm× 3500mm，內(nèi)設(shè)大型H型鋼，截面為H3100×700×40× 50mm，最大跨度35.4m，整體長(zhǎng)度72m，層高7m。構(gòu)件的截面和跨度均較大，自重及上部荷載巨大，高支模系統(tǒng)比較復(fù)雜、施工難度大且有較大危險(xiǎn)性。如何針對(duì)帶有大型型鋼的型鋼混凝土梁選取安全、經(jīng)濟(jì)的支撐體系是一個(gè)值得研究的課題。

目前轉(zhuǎn)換梁的常用的支撐體系有常規(guī)支模法、疊合梁施工法、荷載傳遞法、附加型鋼或桁架支撐法、吊模法等施工方法［3］。常規(guī)支撐法即從八層一直支撐到基礎(chǔ)層，成本太高且周期長(zhǎng)，不適用于本工程；吊模法施工工藝較復(fù)雜，且目前理論研究滯后于工程應(yīng)用，本工程不予采用。考慮到型鋼梁與型鋼柱均存在型鋼，可先將二者連接形成整體結(jié)構(gòu)后，將一部分荷載通過(guò)型鋼柱傳到下層結(jié)構(gòu)；澆筑混凝土?xí)r將高深的轉(zhuǎn)換梁分三層澆筑，轉(zhuǎn)換梁下的支撐系統(tǒng)只需承擔(dān)第一次混凝土澆筑時(shí)的荷載，充分利用結(jié)構(gòu)的自承重功能，分層澆筑也大大緩解了過(guò)高的水化熱對(duì)梁體的不利影響。

2 型鋼支撐施工技術(shù)及安全性分析

根據(jù)施工方案，首先采用獨(dú)立的型鋼胎架將型鋼梁形成空間整體結(jié)構(gòu)。施工中采用焊接H型鋼作為臨時(shí)支撐體系，配合塔吊進(jìn)行高空原位焊接安裝。H型鋼的主截面形式為H600×300×20× 20。型鋼胎架設(shè)計(jì)圖及現(xiàn)場(chǎng)施工圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 支撐胎架設(shè)計(jì)圖

圖2 支撐胎架現(xiàn)場(chǎng)圖

考慮到型鋼胎架中的圓鋼管主要起構(gòu)造作用，對(duì)型鋼產(chǎn)生的彎矩不大，按照軸心受力構(gòu)件進(jìn)行分析［4］。以最大跨度為35.4m的型鋼梁作為分析對(duì)象，其單跨重為64.4t，共分四段拼裝，梁下布置三個(gè)支撐胎架，其中承受最大重量的型鋼胎架受力為170.52KN，因型鋼胎架的截面無(wú)孔眼削弱，不必驗(yàn)算強(qiáng)度。

型鋼胎架的主受力構(gòu)件H600×300×20×20型鋼胎架的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：

1）剛度驗(yàn)算

型鋼胎架的剛度采用長(zhǎng)細(xì)比進(jìn)行控制。

型鋼胎架兩個(gè)方向的長(zhǎng)細(xì)比均小于其容許長(zhǎng)細(xì)比［λ］=150，則剛度要求滿足。

2）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

采用簡(jiǎn)化的穩(wěn)定系數(shù)法進(jìn)行驗(yàn)算，按照構(gòu)件繞x軸計(jì)算。查表得?=0.774，構(gòu)件的整體穩(wěn)定性為：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，支撐胎架的整體穩(wěn)定性符合要求。

3）局部穩(wěn)定性驗(yàn)算

實(shí)腹式組合鋼構(gòu)件主要通過(guò)限制局部板件的寬厚比來(lái)保證構(gòu)件的局部穩(wěn)定條件。則對(duì)于此工字鋼的寬厚比的要求為

由計(jì)算結(jié)果知型鋼胎架的翼緣及腹板的穩(wěn)定性符合要求。

由以上分析可以得出，型鋼胎架施工過(guò)程中的受力安全性及穩(wěn)定性是可以保障的。為增加構(gòu)件的整體穩(wěn)定性，在施工中采用直徑350mm內(nèi)徑10mm的圓鋼管進(jìn)行連接，并采用斜撐固定。為防止柱頂及柱腳發(fā)生受壓屈曲，加入了部分連接板及加勁板，保證構(gòu)件的受力安全性。

3 高支模施工技術(shù)及安全性分析

3.1 高支模設(shè)計(jì)方案

根據(jù)模板設(shè)計(jì)的規(guī)范要求及本工程的模板支撐施工方案，模板體系采用厚為堅(jiān)固平整的九夾板，厚度為18mm。主龍骨采用規(guī)格為40mm× 90mm的木方，數(shù)量為梁側(cè)設(shè)12根，梁底設(shè)6根，間距均為300mm；次龍骨采用間距為400mm的Ф48× 3.5鋼管。沿梁高設(shè)置7根M16全螺紋對(duì)拉螺桿進(jìn)行加固，第一道距離梁底不大于200mm，其余間距不大于450mm；腳手架支撐體系采用扣件式鋼管腳手架，規(guī)格同次龍骨。立桿縱向間距為0.8m，沿梁寬度方向?yàn)?.4m，梁下有4根頂撐加固，步距為1.5m。在距離梁邊300mm處有立桿支撐。梁底支撐須設(shè)置頂托，頂托拉絲不得超過(guò)20cm；底部距地20cm設(shè)置縱橫向掃地桿；為保證大梁整體穩(wěn)定性，在梁兩側(cè)增加斜撐固定，并在梁底增加橫桿與斜撐相連接。型鋼混凝土梁高支撐架體設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)換梁高支模設(shè)計(jì)圖

3.2 高支模安全性分析

通過(guò)對(duì)形成空間整體結(jié)構(gòu)的型鋼混凝土梁型、柱鋼骨架和腳手架支撐系統(tǒng)受力分擔(dān)比例的研究發(fā)現(xiàn)，型鋼骨架承擔(dān)的施工荷載的比例為40%～45%之間，即腳手架承擔(dān)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值可以乘以0.55～0.6的折減系數(shù)作為其荷載標(biāo)準(zhǔn)值［5］。鑒于轉(zhuǎn)換梁對(duì)于本工程的重要性及安全性考慮，本文不考慮型鋼骨架承擔(dān)翼緣處荷載的有利因素，采取型鋼梁與腳手架分別承擔(dān)其施工荷載的方法進(jìn)行安全性分析［6-8］。

3.2.1 梁底面板的安全性分析

面板為典型的受彎構(gòu)件，采用厚度為18mm的覆面木膠合板。施工過(guò)程中所承受的主要靜荷載的取值主要為 G1k=1.5kN/m2、G2k=24kN/m3、G3k= 1.5kN/m3，動(dòng)荷載主要為Q1k=1.0kN/m2，Q2k=2.0kN/ m2。結(jié)合實(shí)際工況，為計(jì)算簡(jiǎn)便，不考慮風(fēng)荷載、地震荷載、雪荷載等荷載。計(jì)算指標(biāo)為［f］=15N/ mm2，E=10000N/mm2。面板的截面特征為：W＝54000mm3，I＝486000mm4，字母含義參見(jiàn)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》JPJ162-2008［6］的相關(guān)規(guī)定。

取單位寬度1m，按四等跨連續(xù)梁考慮計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4。

q1靜＝0.9×1.35×［G1k+（G2k+G3k）×h］×b＝0.9×1.35× ［0.1+（24+1.5）×3.5］×1＝108.56kN/m

q1活＝0.9×1.4×0.7×Q2k×b＝0.9×1.4×0.7×2×1＝1.76kN/m

q2＝（G1k+（G2k+G3k）×h）×b=［0.1+（24+1.5）×3.5］× 1＝89.35kN/m

1）強(qiáng)度驗(yàn)算

Mmax＝0.107q1靜L2+0.121q1活L2＝0.107×108.56× 0.242+0.121×1.76×0.242＝0.68kN·m

σ＝Mmax/W＝0.68×106/54000＝12.62N/mm2≤［f］＝15N/mm2

則梁底面板的強(qiáng)度滿足要求。

2）撓度驗(yàn)算

νmax＝0.632qL4/（100EI）=0.632×89.35×2404/（100×10000×486000）＝0.385mm≤［ν］＝l/400＝240/400＝0.6mm

則梁底面板的撓度滿足要求。

3.2.2 小梁驗(yàn)算

根據(jù)受力工況及簡(jiǎn)化計(jì)算，分別按四等跨連續(xù)梁及懸臂梁計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，梁底方木所受的荷載分別為q1＝30.36kN/m，q2＝24.56kN/m，計(jì)算指標(biāo)分別為［f］=15.44N/mm2，E=9350N/mm2，［τ］=1.78N/ mm2。截面特征為分別為I=243cm4，W=54cm3。字母含義同梁底板。

1）強(qiáng)度驗(yàn)算

Mmax＝max［0.107q1l12，0.5q1l22］＝max［0.107× 30.36×0.42，0.5×30.36×0.152］＝0.52kN·m

σ＝Mmax/W＝0.52×106/54000＝9.62N/mm2≤［f］＝15.44N/mm2

則小梁的強(qiáng)度滿足要求。

2）撓度驗(yàn)算

ν1＝0.632q2l14/（100EI）＝0.632×24.56×4004/ （100×9.35×103×2.43×106）＝0.17mm，遠(yuǎn)小于撓度允許值［ν］＝l/400＝400/400＝1mm，

ν2＝q2l24/（8EI）＝24.56×1504/（8×9.35×103×2.43× 106）＝0.07mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于撓度允許值［ν］＝l/400＝150/400＝0.38mm

則小梁的撓度滿足要求。

3.2.3 主梁驗(yàn)算

主梁采用鋼管，規(guī)格為Ф48×3.5mm，可調(diào)托座內(nèi)有2根主梁。計(jì)算指標(biāo)為［f］=205N/mm2，［τ］= 125N/mm2，E=206000N/mm2，截 面 特 征 為 I= 12.19cm4，W=5.08cm3。

不計(jì)主梁自重，由于兩根主梁合并，抗彎、抗剪、撓度驗(yàn)算荷載值均取半，按照三跨連續(xù)梁計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5下：

1）抗彎驗(yàn)算

根據(jù)計(jì)算得到主梁的彎矩圖，如圖6所示：

σ＝Mmax/W＝0.43×106/5080＝84.68N/mm2≤［f］= 205N/mm2

則主梁的抗彎強(qiáng)度滿足要求。

圖4 面板的計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖5 主梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖

2）抗剪驗(yàn)算

同理得到主梁的剪力圖，如圖7所示：

Vmax＝5.65kN

τmax＝2Vmax/A=2×5.65×1000/489＝23.11N/mm2≤［τ］＝125N/mm2

則主梁的抗剪強(qiáng)度滿足要求。

3）撓度驗(yàn)算

同理得到主梁的變形圖，如圖8所示。

圖6 主梁彎矩圖（kN·m）

圖7 主梁剪力圖（kN）

圖8 主梁變形圖（mm）

νmax＝0.14mm，遠(yuǎn)小于撓度允許值［ν］＝l/400＝400/400＝1mm，

則主梁的撓度滿足要求。

3.2.4 立柱的穩(wěn)定性驗(yàn)算

立桿采用Ф48×3.5鋼管，步距為1500mm，頂層水平桿中心線至支撐點(diǎn)的長(zhǎng)度a為100mm。計(jì)算指標(biāo)分別為A=489mm2，I=15.8mm4，W=5.08cm3，［f］= 205N/mm2，μ1=1.386，μ2=1.755，其中μ1、μ2分別表示頂部與非頂部立桿的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，其他字母含義同面板。

長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算：

頂部與非頂部立桿段的計(jì)算長(zhǎng)度分別為：l01= kμ1（hd+2a）=1×1.386×（1500+2×100）=2356.2mm

l02=kμ2h=1×1.755×1400=2457mm

λ=l0/i=2457/15.8=155.51≤［λ］=210

則立柱的長(zhǎng)細(xì)比滿足要求。

穩(wěn)定性驗(yàn)算：

頂部立桿段：l01=kμ1（hd+2a）=1.155×1.386× （1500+2×100）=2721.411mm

λ1＝l01/i＝2721.411/15.8＝172.241，查表得，φ1＝0.24，

立柱最大受力N＝max［R1，R2，R3，R4］＝max ［9.7，21.78，21.78，9.7］＝21.78kN

f＝N/（φA）＝21.78×103/（0.24×489）＝185.57N/ mm2≤［f］＝205N/mm2

則頂部立桿段的穩(wěn)定性滿足要求。

非頂部立桿段：l02=kμ2h=1.155×1.755×1400= 2837.835mm

λ2＝l02/i＝2837.835/15.8＝179.61，查 表 得 ，φ2＝0.223

立柱最大受力N同頂部立柱，即N=21.78kN，

f＝N/（φA）＝21.78×103/（0.22×489）＝199.72N/ mm2≤［f］＝205N/mm2

則非頂部立桿段的穩(wěn)定性滿足要求。故立桿的長(zhǎng)細(xì)比及穩(wěn)定性均滿足要求。

3.2.5 可調(diào)托座驗(yàn)算

可調(diào)托座最大受力同立桿最大受力，即Nmax= 21.78kN，小于其承載力容許值30kN，故可調(diào)托座的承載力滿足要求。

3.2.6 對(duì)拉螺栓驗(yàn)算

計(jì)算過(guò)程同主梁，對(duì)拉螺栓受力N＝0.95×3.6× 2＝6.85kN，軸向拉力設(shè)計(jì)值Ntb＝24.5kN，故對(duì)拉螺栓的受力滿足要求。

3.2.7 樓板承載力驗(yàn)算

由于八層轉(zhuǎn)換梁的單體面積較大且施工工藝復(fù)雜，施工周期長(zhǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁澆筑混凝土?xí)r，轉(zhuǎn)換梁所對(duì)應(yīng)的七層樓板混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C50，厚度200mm。經(jīng)計(jì)算［9］，立桿的軸心壓力設(shè)計(jì)值為N=N1+N2=21.78kN+0.66kN=22.44kN，其中N1為立桿的最大受力值，N2為腳手架的自重。不配附加筋的局部受壓承載力為：

Fl=0.9βcβlfcAln=0.9×1×3×23.1×489.055

=30.50kN>N=22.44kN

則七層樓板的受壓承載力符合要求。為增加樓板的局部受力安全性，在七層樓板的立桿處設(shè)置了墊板，并保留六層、七層的腳手架達(dá)到混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才按規(guī)定拆除。同時(shí)在轉(zhuǎn)換梁下部相對(duì)應(yīng)的位置加強(qiáng)支撐，上下層對(duì)位。

4 施工構(gòu)造措施

除了嚴(yán)格設(shè)計(jì)、施工驗(yàn)算外，在構(gòu)造上采取立桿全部采用對(duì)接形式、板底承載小橫桿和立桿采用雙扣件、梁底中間立桿與梁側(cè)同時(shí)搭設(shè)、按規(guī)定設(shè)置剪刀撐和掃地桿、按規(guī)定進(jìn)行起拱、嚴(yán)控施工荷載、嚴(yán)把材料關(guān)等措施加強(qiáng)控制高支模的施工質(zhì)量，同時(shí)對(duì)高支模施工過(guò)程中派專人進(jìn)行監(jiān)控監(jiān)測(cè)，確保其施工過(guò)程的安全。

同時(shí)，分層澆筑混凝土有效緩解了大體量混凝土所產(chǎn)生的大量水化熱可能產(chǎn)生的裂縫對(duì)梁體造成的影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文采用荷載傳遞法、疊合梁澆筑法等綜合性方法解決了大跨度型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁支撐的難題。本工程充分利用型鋼梁與型鋼柱連成空間整體后分擔(dān)施工荷載的有利因素，腳手架的荷載標(biāo)準(zhǔn)值大大減少；而疊合梁澆筑法則有效減少了腳手架所承擔(dān)的施工荷載，降低了大體量混凝土產(chǎn)生的水化熱對(duì)梁體可能產(chǎn)生的裂縫的損害，保證了型鋼混凝土梁支撐的質(zhì)量及安全，有效地加快了材料周轉(zhuǎn)，縮短了施工工期，極大地節(jié)約了施工成本，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］謝建民，王建宏.模板支架倒塌事故分析與對(duì)策［J］.施工技術(shù)，2004，33（2）.

［2］杜榮軍.扣件式鋼管模板高支撐架的設(shè)計(jì)和使用安全［J］.施工技術(shù)，2002，33（2）.

［3］張明星，姜華，李海洋.型鋼混凝土轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)模板支撐體系研究［J］.建筑安全，2011（1）.

［4］鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范:GB 50017-2003［S］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

［5］王安君，張同波，于德湖.大截面型鋼混凝土梁及其模板支架體系協(xié)同受力分析［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33 （5）.

［6］建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范:JPJ162-2008［S］.

［7］黃明.報(bào)告大廳頂板與大梁高支模的設(shè)計(jì)與施工［J］.建筑施工，2005，27（11）.

［8］賈佐銘.頤和雅居商住樓轉(zhuǎn)換梁支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.施工技術(shù)，2006，26（3）.

［9］建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范:JGJ130-2011［S］.

［10］吳道敏.江東和諧世紀(jì)F3～F6轉(zhuǎn)換層大截面梁模板支撐方案優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.施工技術(shù)，2008，37（增）.

（責(zé)任編輯：郝安林）

The Construction Technology and Security Analysis About High-formwork of Steel Reinforced Concrete Transfer Girder

HUANG Shengfang
（Huaibei Professional and Technical Academy，Huaibei 235000，China）

Abstract：Owing to withstanding large loads and force is complex and it is difficult to construct and risk is high，the framework supporting system of steel reinforced concrete transfer girder has been resulting in numerous of quality or safety accidents.Combining specific projects，this article introduces an construction technology of frame?work support system applied in the steel reinforced concrete beam，which combines steel support with scaffolding support.And we conducts security analysis about it.Afterwards we achieve good economic and technological ef?fect，and therefore provide the appropriate reference for the design and construction of similar projects.

Key words：steel reinforced concrete beams；tire rack；high-formwork；construction technology；security

中圖分類號(hào)：TU37

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-2928（2016）02-0043-05

收稿日期：2015-12-13

作者簡(jiǎn)介：黃勝方（1981-），男，碩士，高級(jí)工程師，講師，主要研究方向：建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、建筑施工及監(jiān)理等。