超高層風穴層高支模支撐架體選型及綜合利用的研究

周 良

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

1 工程概況

日立電梯試驗塔項目位于廣州市番禺區大石石北工業區日立電梯產業園內。該項目為超高層電梯試驗塔，地下3層，地上39層，總高度288.8 m，其中地上部分為273.8 m（圖1）。結構形式為鋼筋混凝土筒體結構，建筑類型為高層試驗廠房，防火等級為一級，建筑工程等級為特級，該項目造型為“十”字形，外墻直線段為300 mm平直段和直徑為600 mm的內凹圓組成，陽角為90°、直徑500 mm的內凹圓，陰角為270°內凹圓。本項目由2個永久電梯井道和1個吊裝井及9個電梯試驗井道組成。

圖1 試驗塔效果圖

項目工程中31～33層為風穴層，層高22.5 m，標高為202.50～225.00 mm，34層梁體截面有：200 mm×400 mm、200 mm×600 mm、300 mm×1200mm、300 mm× 2 000 mm、800 mm×2 000 mm，31層板面為“十”字形，長度方向22 m×4.4 m，寬度方向為21.4 m×4.4 m（圖2）。風穴層模板是非常規的高大模板，樓層高22.5 m，大梁的截面尺寸大、場地非常狹小，模板支撐架體按常規施工工法搭設，高寬比大于5。

除滿足模板支撐體系結構受力計算外（按常規高支模架體支撐體系搭設，在30層梁板處需進行回頂處理），需要進行穩定性的構造措施，鋼管用量非常大。

風穴層內填充墻砌體為加氣混凝土砌塊，墻體裝飾為外墻清水漆，頂棚為外墻清水漆。在32、33層，即標高210.00、217.50 mm處設置寬800、850 mm的鋼結構檢修平臺。進行二次結構砌筑、鋼結構安裝及裝飾裝修工程施工時需二次搭設操作平臺及防護腳手架（圖3）。

就高支模架體支撐體系而言，只是滿足模板支撐體系的要求有比較成熟的施工工藝，使用鋼管扣件腳手架、碗扣式鋼管腳手架搭設滿堂支撐體系均可，但是混凝土結構施工完成后，后期架體拆除或改造工程量大，且影響工期和增加造價，故本項目風穴層模板支撐架體的設計重點是要在滿足安全的前提下，進行二次結構砌筑、鋼結構安裝及裝飾裝修工程施工時盡量減少架體改造及減少鋼管的用量，是本工程風穴層模板支撐架體設計的重點和難點，可以為類似項目模板支撐體系設計、施工提供參考借鑒。

圖2 31層結構平面示意

圖3 32、33層結構平面示意

2 模板支撐體系選型及設計

目前，建筑施工領域高支模支撐架體通常是選用扣件式鋼管腳手架和碗扣式鋼管腳手架，但就本項目而言，需考慮結構、裝飾施工兩架合一是否適用，下面就模板支撐架體選型方案進行選擇、探討。

2.1 碗扣式鋼管腳手架

碗扣式鋼管腳手架是節點采用碗扣式連接的一種新型腳手架，其碗扣節點結構合理，力桿軸向傳力，使腳手架整體在三維空間結構強度高、整體穩定性好，并具有可靠的自鎖性能，能更好地滿足施工安全的需要。根據JGJ 66－2016《碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》中有關條款規定[1]，模板支撐架搭設高度不宜超過30 m，滿足本風穴層模板支撐架體高度22.5 m的要求，因碗扣式鋼管腳手架為定型化模架體系，立桿固定長度為1.2、2.4、3m共3種尺寸，橫桿長度有300、600、900 mm等，橫桿的步距為600 mm模數，經軟件計算，300 mm×2 000 mm梁模支撐架體立桿的橫向間距為300 mm，縱向間隔為900 mm，且模板支撐架體高寬比22.5 mm/4.4 mm＝5.1＞5，除按構造要求進行水平和豎向剪刀撐進行加固外，還需采用其他的加固措施，當然采用碗扣式鋼管腳手架能滿足高支模支撐架體安全性要求，但不能滿足二次結構砌筑、鋼結構施工及裝飾工程施工需求。

碗扣式鋼管架體是定型化架體，搭設完成后基本上不能進行架體改造，故采用此架體作為模板支撐架是一次性的，需混凝土結構施工完成以及拆除架體后，再重新搭設滿堂腳手架進行二次結構及后續裝飾施工，在進度及工程成本上都滿足不了項目要求，故此方案不予以采用。

2.2 落地式扣件鋼管腳手架

采用滿堂扣件式鋼管腳手架進行模板支撐架的搭設，相對于碗扣式來講，立桿縱橫向間距、水平桿的步距在滿足受力的要求下可以進行調節，沒有定尺的限制，且混凝土澆筑完成后架體可以局部進行改造滿足二次結構砌筑及裝飾裝修的需求。

本試驗塔項目風穴層的層高較高，而且局部大梁（3 00 mm×2 000 mm）線荷載大于15 kN/m，架體高寬比22.5 mm/4.4 mm＝5.1＞5，除水平和豎向設置構造剪刀撐外，還需在架體四周和中部與結構柱進行剛性連接。架體超高，水平桿的步距小于1.8 m，不能滿足二次結構砌筑及裝飾階段人員通行及材料水平運輸的要求。與碗扣式支撐架相比，其架體可以改造，但改造量非常大，費工費時，也不是較為理想的架體選型。

2.3 滿堂腳手架和型鋼擱置式鋼管腳手架的組合形式

本項目34層梁板短跨為4.4 m，板邊緣多為剪力墻（連梁），在33層標高處設置工字鋼擱置于剪力墻（連梁）上，那么梁板模板支撐架體的高度就為7.5 m，相應架體構造措施簡化，模板支撐架體在滿足受力計算并完成混凝土澆筑后，轉為二次結構施工及裝修架體改造量少，節約工期和成本。

在31、32層采用滿堂腳手架按常規構造及滿足二結構施工要求的前提下進行搭設，作為集一次結構施工時防護架和二次結構施工使用架體于一體的架體比較經濟，故31、32層采用滿堂腳手架體，搭設高度14 m，33層采用擱置式工字鋼進行轉換的方式，既經濟又節約時間。

3 風穴層模板支撐架體綜合設計

3.1 31、32層滿堂腳手架的設計

31、32層滿堂腳手架主要作用是防護及二次結構砌筑、裝飾裝修之用，搭設高度為14.6 m，立桿橫距為1 200、1 000、1200 mm，立桿縱距為1 200 mm，縱橫向水平桿步距為1 800 mm，掃地桿距樓面高度為200 mm；架體兩側均設置豎向剪刀撐，水平剪刀撐在底部、中部、頂步各設置1道水平剪刀撐；架體外圍三跨兩步設置連墻件與已施工的剪力墻作剛性連接；架體兩邊跨沿高度方向每步均設置鋼笆網腳手板，在高度方向7.4、14.6 m處滿鋪鋼笆網腳手板作為水平防護之用；待混凝土結構施工完成，在原有鋼笆網腳手板上鋪設活動的厚18 mm的模板作為水平施工通道之用。31、32層滿堂腳手架平面如圖4所示。

圖4 31、32層滿堂腳手架平面示意

3.2 33層擱置式模板支撐架體設計

34層樓板厚度為120 mm，梁體尺寸有200 mm× 400 mm、300 mm×1 200 mm、300 mm×2 000 mm、800 mm×2 000 mm等4種規格，其中800 mm×2000 mm梁體是四面外剪力墻洞口處連梁，梁板架體搭設高度按7.5 m進行計算，先根據品銘安全軟件計算出梁板模板支撐架體搭設參數，再根據立桿縱橫間隔及立桿受力計算出擱置工字鋼梁的型號及排布。

3.2.1 設計概況

1）平臺模板。采用厚18 mm的木膠合板作面板，50 mm×100 mm木方作背楞，2根φ48 mm×3.5 mm雙鋼管作主龍骨，扣件鋼管腳手架搭設滿堂腳手架。

2）梁模板。采用厚18 mm木膠合板作梁底模和梁側模板，50 mm×100 mm木方作背楞，2根φ48 mm×3.5 mm雙鋼管作外楞，扣件鋼管腳手架搭設滿堂腳手架。梁高應當＞600 mm，梁側模采用M16對拉螺桿拉接，其水平、垂直間距不大于500 mm。

3）支撐排架。采用φ48 mm×3.5 mm扣件式鋼管，離地200 mm設置掃地桿，水平桿步距1 200 mm，立桿橫向及縱向間距按模板計算式驗算的參數進行搭設。

4）擱置式受力工字鋼。在模板排架下面設置18#、22a#工字鋼，工字鋼擱置在33層剪力墻（連梁），局部擱置在預埋鋼牛腿上，承受上部梁板模板支撐架體的荷載（圖5）。

3.2.2 模板支撐架體及擱置工字鋼設計

通過運用品茗安全計算軟件對各種規格梁體進行受力計算[2-3]，得出支撐架體及擱置工字鋼相關參數，其參數如表1、表2所示。

表1 梁板模板搭設技術參數

表2 樓板模板搭設技術參數

圖5 33層工字鋼布置示意

4 架體搭設方法及相關改造措施

風穴層架體搭設分兩部分，第一部分是31～32層滿堂腳手架，按常規方法進行搭設，在后期二次結構施工中基本上不需要進行改造，第二部分是33層擱置式模板支撐架的搭設，現就33層擱置式模板支撐架體搭設及后續改造進行分析。

4.1 33層模板支撐架搭設方法及措施

根據33層模板支撐架體設計方案進行搭設架體，首先是要進行工字鋼的鋪設，因外墻口處連梁兩側無法擱置工字鋼，需要在32層剪力墻模板封模前預埋鋼板，待混凝土澆筑完成后，鑿出鋼板，焊接鋼牛腿（圖6），然后擱置工字鋼，再在工字鋼上搭設架體。

“十”字板中部區域無剪力墻（連梁），此位置縱向支撐工字鋼需搭設在橫向工字鋼上，為保證架體立桿標高的一致性，此位置受力主梁頂標高必須下降220 mm，即預埋在32層剪力墻內（圖7）。其余部分工字鋼待32層剪力墻混凝土澆筑完成后，根據放線定位，將工字鋼擱置在剪力墻（連梁）上通過預埋的U形鋼筋與工字鋼兩側焊接固定，工字鋼空隙可采用木榫頂緊（圖8）。后續模板支撐架體的搭設根據方案及規范要求進行搭設即可。

4.2 二次結構架體改造措施

主體結構施工拆除34層模板后，需對34層架體進行改造，改造原則：立桿縱橫向間距均按900 mm處理、水平桿步距按1 800 mm處理，改造完成后進行二次結構砌體、墻面抹灰、天棚裝飾及機電安裝施工，按33→32→31層的順序進行推進，待33層二次結構、墻面裝飾、天棚裝飾、機電安裝完成后，拆除33層架體進行33層檢修平臺鋼結構安裝，依次分段拆除32、31層架體完成風穴層所有施工內容。

圖6 剪力墻處鋼牛腿大樣

圖7 中部剪力墻處工字鋼擱置

圖8 連梁處工字鋼擱置

5 結語

一般項目因結構施工周期長，現澆結構模板支撐架體高度基本上在10 m以內，相對而言鋼管用量較少、搭拆所花費的時間及人工費不是太多，但隨著模板支撐架體的搭設高度的增加，其鋼管用量成倍增加，高支模下層已施工的混凝土樓板支撐架體也不能拆除，且隨著搭設高度的增加，安全風險隨之成倍的增加。待施工完成混凝土結構后，后續重新搭設滿堂架進行二次結構及后續裝飾施工，鋼管無法通過塔吊進行運輸，只能通過人貨梯進行運輸，費工費時，故在超高模板支撐架體設計時將所有施工內容所需架體綜合考慮，做到節材、節約成本、節約工期，本高支模架體通過利用設置鋼牛腿和剪力墻內預埋工字鋼，將風穴層頂部結構操作空間狹小、模板支撐搭設高度較大的施工過程轉換成施工簡單、容易搭設模板支撐的工藝流程，不僅有效節約了施工工期，在節約成本方面也較為顯著。實踐證明，與傳統工藝相比，節約工期近50%，人工和材料的消耗降低近40%，取得的經濟效益較為明顯。