直線加速器房超厚頂板的型鋼支撐架設計及施工

田秀剛 黃歡君 孔峻嶸 朱國軍 王衛國

寧波建工工程集團有限公司 浙江 寧波 315040

1 工程概況

浙江省寧波市第一醫院直線加速器房項目為框架結構，建筑高度7.4 m，地上1層結構層高4 800 mm，地下1層結構層高3 900 mm。其中直線加速機房位于地下2層，凈高4 400 mm，頂板厚2 650 mm，平面尺寸8.4 m×4.0 m（圖1）。

圖1 直線加速機房剖面示意

2 重、難點分析

模板支撐架的設計需充分考慮上部荷載，按最不利的荷載組合形式進行計算，嚴格控制主次楞等的變形，并確保穩定性；靜荷載主要包括鋼筋、混凝土及模板等自重，活荷載包括施工人員、施工設備、混凝土振搗及風荷載等；在整個受力體系中，最薄弱的環節是次楞木方，需要重點把握。

1）本工程頂板厚2.65 m，接近住宅樓的層高，考慮到防輻射等要求，需進行一次性澆筑，不能設置水平施工縫，結構自重大。

2）本項目為直線加速器房，為了能有效吸收X、γ射線，減少對人體造成的傷害，混凝土采用重晶石混凝土，該種混凝土的自重標準值為28 kN/m3，超出常規混凝土的自重。

3）頂板中鋼筋粗、密集，鋼筋荷載按梁取值，鋼筋自重標準值為1.5 kN/m3。

3 超厚頂板支撐架設計

3.1 設計思路

對工具式等腳手架進行分析對比，選擇型鋼支撐架→通過受力最薄弱的環節確定主楞和立桿等材料→設計驗算，對預排的間距等進行校核。

3.2 設計方案對比分析

目前模板支撐架常用的種類包括扣件式腳手架、工具式腳手架；根據DB 33/1116—2015《建筑施工安全管理規范》規定，采用扣件式鋼管模板支撐架時，高大模板支撐架單根立桿的軸力標準值不應大于10 kN，若立桿的間距采用450 mm×450 mm，單根立桿約承受30 kN，即不能采用扣件式腳手架[1]。工具式腳手架選擇碗扣架進行分析，通過品茗建筑安全驗算軟件進行驗算，立桿間距300 mm才能驗算通過，考慮到設置剪刀撐等，工人無法操作；鑒于上述情況，本工程采用自行設計的型鋼支撐架。

3.3 型鋼支撐架設計

3.3.1 型鋼支撐架構造

根據國家及地方標準的要求，滿堂支撐架需設置主次楞、頂托、立桿、水平桿及剪刀撐等。考慮到模板固定到次楞上，次楞采用木方；主楞和立桿采用10#工字鋼；頂托采用鋼板，厚度不應小于5 mm，變形不應大于1 mm，鋼板直接焊接在立桿上，角部4個螺栓固定主楞，同時主楞和頂托采用點焊來進一步增加穩定性；水平桿和剪刀撐采用角鋼，通過焊接與立桿進行固定（圖2）。

圖2 型鋼支撐架節點設計

3.3.2 型鋼支撐架設計計算

按照國標及DB 33/1035—2006浙江省《建筑施工扣件式鋼管模板支架技術規程》規定進行設計計算，型鋼支撐架受力體系中次楞木方先被破壞，通過木方確定立桿間距，再進行立桿等材料的選擇。通過工程經驗、預設間距等，首先驗算次楞，其中頂板厚2 650 mm，次楞木方間距240 mm，立桿間距700 mm×700 mm，各種荷載值為：重晶石混凝土自重標準值28 kN/m3，鋼筋自重標準值1.5 kN/m3，模板自重標準值0.3 kN/m2，施工人員及設備荷載標準值2 kN/m2，振搗混凝土時產生的荷載標準值2 kN/m2。

1）次楞設計計算：按三等跨連續梁計算，次楞截面尺寸120 mm×120 mm，次楞自重標準值0.01 kN/m。荷載值取26.783 kN/m（圖3）。通過計算可得立桿間距700 mm×700 mm，次楞木方（截面尺寸120 mm×120 mm）抗剪正好滿足施工要求。

圖3 次楞計算示意

2）其他部位設計。通過強度、撓度及穩定性等驗算，各個部位材料選用情況為模板厚度18 mm、主楞10#工字鋼、立桿10#工字鋼、水平桿及剪刀撐采用∠30 mm×3 mm。

4 超厚頂板支撐架搭設

4.1 施工流程

施工準備→在底板上按立桿間距彈線→安放底座→搭設型鋼立桿（含頂托）并同時安裝角鋼掃地桿→搭設縱橫向水平桿→搭設剪刀撐→鋪設主龍骨→鋪設次龍骨→鋪設膠合板→支撐架驗收

4.2 構造要求

根據DB 33/1116—2015《建筑施工安全管理規范》規定設置構造要求，距離底部200 mm設置掃地桿，水平桿間距約1 800 mm，四周及內部縱、橫向每隔6～8 m設置剪刀撐，頂板設置1道水平剪刀撐[2]。在本設計中，次楞木方是最先被破壞的，考慮到施工誤差等，建議采用通長的木方；按照驗算及構造要求，建立BIM模型（圖4）。

圖4 直線加速機房BIM模型

4.3 利用BIM技術指導施工

通過BIM模型，進行材料統計，型鋼、角鋼等需求計劃（表1）；利用BIM模型可視性，進行技術交底，直觀明了；把BIM模型轉化為平面圖、立面圖和剖面圖等，指導現場的搭設（圖5）。

4.4 施工要求

支撐架搭設前，需根據施工圖紙和現場特點編制滿堂支撐架專項方案，明確施工流程和注意事項等，對施工隊伍進行專門的安全和技術交底；施工過程中，按照專項方案對現場進行檢查指導。

4.4.1 底座

支撐架的基礎為地下室底部，為了避免結構產生裂縫等，墊板采用10#槽鋼，長度不小于2跨，開口朝上，立桿的定位通過點焊固定在墊板10#槽鋼上。

表1 支撐架材料需求計劃

圖5 直線加速機房支撐架剖面

4.4.2 水平桿及立桿

縱橫向水平桿長度不宜小于3跨；頂部水平桿標高－4.220 m，立桿懸臂少于600 mm；立桿在安裝過程中，采用臨時固定措施，防止在施工過程中傾覆，引發安全事故。

4.4.3 剪刀撐

在頂部設置水平剪刀撐1道，在架體四周設置豎向剪刀撐，內部橫向設置1道豎向剪刀撐；豎向剪刀撐與地面的傾角應為45°～60°，水平剪刀撐與支架夾角為45°～60°。

4.4.4 次楞

次楞作為受力最薄弱的環節要重點進行把握，確保木方通長設置，截面尺寸不小于120 mm×120 mm，間距不大于240 mm。

4.4.5 拉結件

本工程型鋼支撐架高寬比雖然不大于2，但結構超重，避免因不均勻受力對架體穩定性的影響，需和周邊結構進行拉結。根據JGJ 30—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規程》規定，滿堂支撐架應在支架四周和中部與結構柱進行剛性連接，連墻件水平間距應為6～9 m，豎向間距應為2～3 m。本次搭設范圍為8.4 m×4.0 m，高度約4 m，根據規范要求，在4個角部與已澆筑的結構柱進行連接；在高度方向上布置2道，分別設置在底部和頂部。

4.5 安全管理

1）型鋼支撐架搭設人員必須持證上崗，戴安全帽、系安全帶、穿防滑鞋。

2）為了確保施工安全，型鋼支撐架不與普通模板腳手架進行連接。

3）在模板加工及鋼筋綁扎等的施工過程中，為了防止次楞木方等被破壞，施工人員及設備荷載標準值不允許超過2 kN/m2，鋼筋等材料不能堆放在支撐架上。

4）型鋼支撐架需要進行局部焊接作業，要有相應的防火措施，并派專人看守。

5）10#工字鋼立桿等質量大，在搭設過程中，設置圍欄及安全警示標志，嚴禁非操作人員入內。

6）為了確保支撐體系的安全性，混凝土澆筑采用分層法，分層厚度為300 mm，并從中間向四周進行澆筑。嚴禁在出料口堆料，泵送混凝土輸送管不得固定在架體上；在澆筑過程中，對架體的穩定性進行監測，若發生異常現象應立即停止澆筑，消除安全隱患后，方可繼續澆筑。

7）本項目為直線加速器房，為了避免混凝土裂縫的產生，在超厚頂部混凝土強度達到100%后，才能拆除支撐架，必須從上到下進行；在上部水平桿等未完全拆除前，嚴禁拆除抱框柱；在拆除過程中，應設置拋撐等臨時性固定措施，防止型鋼立桿等傾覆[3-7]。

5 結語

頂板厚度2.65 m在工程中很少遇到，同時重晶石混凝土自重大，鋼筋粗且密集，公司在本項目施工之前無成熟施工經驗，通過設計方案分析對比，選擇型鋼支撐架；自行設計節點，例如利用四角帶螺栓的鋼板代替U形頂托；結合BIM技術，指導材料采購、加工及搭設等；明確施工過程中的技術要求和安全事項。通過上述技術的應用，成功解決了超厚頂板自重大的施工難題。