橫琴口岸工程ST-100塔式模架支撐體系應(yīng)用技術(shù)

劉廷會(huì) 黃 俊 馬 凱

中國(guó)建筑第二工程局有限公司華南分公司 廣東 深圳 518048

隨著粵港澳大灣區(qū)深度發(fā)展，為充分利用土地，在滿足使用功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)土地資源的更多利用，一些高大建筑與密集建筑群逐步出現(xiàn)，并由此帶來(lái)了交通擁擠、材料周轉(zhuǎn)不暢等問(wèn)題，因此需要建筑施工單位采用先進(jìn)的技術(shù)和安全性高的施工措施來(lái)保證施工安全性[1-5]。在支撐體系施工技術(shù)中，ST-100塔式模架支撐體系應(yīng)用技術(shù)支撐性能好、安全性高、組裝快捷方便，提高了周轉(zhuǎn)效率，進(jìn)而在一定程度上解決了施工難題。

1 工程概況

橫琴口岸及綜合交通樞紐功能區(qū)位于廣東省珠海市橫琴區(qū)，工程包含前廣場(chǎng)、口岸區(qū)內(nèi)主要道路、通關(guān)大廳、南北側(cè)交通平臺(tái)、商業(yè)及產(chǎn)業(yè)辦公配套等，總用地面積34.5 hm2，總建設(shè)規(guī)模逾130萬(wàn) m2。其中通關(guān)大廳地下3層、地上4層，地上結(jié)構(gòu)總建筑面積約18.57萬(wàn) m2。通關(guān)大廳地上1層、2層層高分別為8.5、9.0 m，主要建筑功能為旅檢大廳、商業(yè)；地上3層、4層層高均為6.0 m，主要建筑功能為商業(yè)、餐飲、產(chǎn)業(yè)展示、多功能廳、室外平臺(tái)等。通關(guān)大廳地上結(jié)構(gòu)梁高以900、1 400、1 800 mm為主，最大梁截面為1 400 mm（寬）×2 500 mm（高），梁板水平結(jié)構(gòu)最大支撐高度為22 m。

通關(guān)大廳位于橫琴口岸項(xiàng)目的中心地段，由于整個(gè)橫琴口岸片區(qū)開(kāi)發(fā)密度大，造成通關(guān)大廳工程周邊運(yùn)輸通道極為緊張，如果采用常規(guī)的扣件式鋼管腳手架體系，大量的鋼管、扣件運(yùn)輸進(jìn)場(chǎng)，場(chǎng)內(nèi)周轉(zhuǎn)工作量巨大。此外，為了保證橫琴口岸通關(guān)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，通關(guān)大廳施工工期異常緊張，常規(guī)的扣件式鋼管腳手架體系施工效率低下，無(wú)法滿足工期要求。綜合考慮通關(guān)大廳地上4層區(qū)域單層面積大、層高大、柱距大、超線荷載梁多、樓層平整規(guī)則的特點(diǎn)后，項(xiàng)目部決定采用德國(guó)PERI集團(tuán)的ST-100模架支撐架體系作為本工程的梁板等水平結(jié)構(gòu)的模板支撐系統(tǒng)，該套模架體系為快拆快搭、高承載力的單元式新型腳手架體系，其應(yīng)用可破解通關(guān)大廳工程模板支撐架運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量大和施工效率要求高的難題。

2 德國(guó)塔ST-100模架支撐體系

2.1 支撐架體構(gòu)成

ST-100模架支撐體系簡(jiǎn)稱德國(guó)塔，本工程選用的就是ST-100模架支撐體系，其主要由定尺裝配的截面尺寸為1 000 mm×1 000 mm塔架（簡(jiǎn)稱塔架）、主梁AB20C、木質(zhì)次梁VT20和連系桿等部件組成，每個(gè)塔架包括底托、底座、連接框、頂托、斜桿、鋼跳板和叉托等構(gòu)件組成，如圖1～圖3所示。

圖1 塔架構(gòu)造示意

圖2 底座和連接框

圖3 底托、叉托及頂托

ST-100模架支撐體系塔架采用φ48.3 mm×3.2 mm的鋼管，鋼材屈服強(qiáng)度320 N/mm2。ST-100塔架受力體系新穎，采用1個(gè)小單元形成1個(gè)方格塔體，塔架承載力高、受力可靠，單腿豎向承載力可達(dá)5 t左右，單位面積架體用量小，可調(diào)節(jié)范圍較大（底托伸出長(zhǎng)度≤300 mm、頂托伸出長(zhǎng)度≤340 mm）；搭設(shè)完成后，塔架之間空間大，方便檢查與驗(yàn)收；ST-100模架支撐體系周轉(zhuǎn)次數(shù)多，理論上可周轉(zhuǎn)100次。塔架的頂托上方放置主梁AB20C，主梁上方放置次梁VT20（圖4），主梁與次梁均為工字梁，截面為80 mm（寬）×200 mm（高），長(zhǎng)度有1 450、2 150、2 450、2 650、2 900、3 290、3 590、3 890、4 490、4 900、5 900 mm等多種規(guī)格。

圖4 次梁VT20

ST-100模架支撐體系采用裝配式構(gòu)件，組裝便捷，方便工人操作，搭拆效率高。

塔架布置于梁底及板底，塔架之間通過(guò)水平鋼管和45°斜向鋼管連接，以保證架體的整體穩(wěn)定性。塔架與連系桿之間通過(guò)常規(guī)鋼管扣件連接，數(shù)量按構(gòu)造配置，如圖5、圖6所示。

圖5 搭設(shè)平面布置

圖6 支撐體系立面布置

2.2 與國(guó)內(nèi)架體對(duì)比

2.2.1 效率對(duì)比

在搭設(shè)高度和荷載相同的情況下，采用ST-100支撐體系的支撐構(gòu)件用量為8.3 kg/m3，工作效率約為每人每天搭設(shè)80 m3的架體；采用扣件式鋼管腳手架的支撐構(gòu)件用量為9.6 kg/m3，工作效率約為每人每天搭設(shè)60 m3的架體；采用盤(pán)扣式鋼管腳手架的支撐構(gòu)件用量為17.5 kg/m3，工作效率約為每人每天搭設(shè)50 m3的架體。可見(jiàn)，相比于傳統(tǒng)架體，ST-100支撐體系架體材料性能好、架體強(qiáng)度高，搭設(shè)完成后架體稀疏，便于人員進(jìn)出架體內(nèi)部檢查，大大增加了安全可靠性。

2.2.2 與國(guó)內(nèi)架體對(duì)比具有的優(yōu)點(diǎn)

1）安裝簡(jiǎn)單、便于管理、拆卸快速、使用方便、搭設(shè)完成后美觀等。

2）2～3人就可以協(xié)同安裝，施工時(shí)使用工具簡(jiǎn)單，僅需1把敲打工具鐵錘即可，大大節(jié)省了安裝時(shí)間和勞動(dòng)力，既降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，又節(jié)省了裝拆時(shí)間。

3）組件少、無(wú)散件搭配、便于管理運(yùn)輸，克服了傳統(tǒng)架體配件易散失的缺陷。

4）不存在傳統(tǒng)架體扣件抗滑力計(jì)算和扣件螺栓的扭矩力的測(cè)定。大大提高了腳手架的整體強(qiáng)度和搭設(shè)速度。

5）整體是塔式，統(tǒng)一規(guī)格尺寸，每個(gè)塔體形狀架體一致，并且不存在傳統(tǒng)架體的探頭，美觀大方。

6）在一定程度上減少了架體使用量，進(jìn)而緩解了場(chǎng)內(nèi)外交通運(yùn)輸?shù)膲毫Α?/p>

7）相比傳統(tǒng)扣件式施工質(zhì)量受人為影響大這一問(wèn)題，ST-100模架支撐體系安全可靠，大大降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 架體主要受力構(gòu)件力學(xué)特征值

ST-100所用φ48.3 mm×3.2 mm管材力學(xué)特征值如表1所示，VT20力學(xué)特征值如表2所示。

表1 ST-100所用φ48.3 mm×3.2 mm管材力學(xué)特征值

表2 VT20力學(xué)特征值

3 模板支撐架體系設(shè)計(jì)

3.1 支撐體系設(shè)置原則

3.1.1 梁支撐架體設(shè)計(jì)原則

首先判斷梁寬是否＞1 000 mm，如果＜1 000 mm，首先考慮單個(gè)塔架支撐，通過(guò)計(jì)算分析，布置出梁底塔架，如果布置過(guò)于密集（塔架與塔架之間間距＜500 mm），則考慮雙塔布置。

計(jì)算荷載在模板上的受力分析，先假設(shè)次梁間距為300 mm是否滿足要求，通過(guò)計(jì)算調(diào)整次梁間距。

計(jì)算荷載在次梁上的受力分析，先根據(jù)第1條塔架之間的間距，判斷塔架與塔架之間的間距是否＞1 000 mm。若＞1 000 mm，則計(jì)算塔架間距次梁VT20的變形、剪力、彎矩、反力驗(yàn)算是否滿足要求。若＜1 000 mm，則計(jì)算1 000 mm間距次梁VT20的變形、剪力、彎矩、反力驗(yàn)算是否滿足要求。在計(jì)算中不斷調(diào)整塔架之間的間距，直到滿足要求。計(jì)算荷載在主梁上的受力分析，通過(guò)計(jì)算調(diào)整塔架之間的間距，直到滿足主梁上VT20的變形、剪力、彎矩和反力驗(yàn)算。

3.1.2 板支撐架體設(shè)計(jì)原則

1）對(duì)于≤厚300 mm的板，優(yōu)先考慮板與梁共用塔架，通過(guò)受力計(jì)算看整體是否滿足要求。

2）對(duì)于＞厚300 mm的板，則根據(jù)受力計(jì)算考慮，板下單獨(dú)布置塔架。

3.2 梁模板支撐架體系設(shè)計(jì)

模板采用厚15 mm的黑模板，梁側(cè)模主、次背楞均采用45 mm（寬）×95 mm（高）方木，再用M14或M12對(duì)拉螺桿固定。在塔架的頂托上放置主梁AB20C，主梁上放置次梁VT20，次梁上放置梁底模板。梁底主、次梁間距需根據(jù)計(jì)算確定。

對(duì)于截面700 mm×900 mm、900 mm×1 400 mm的梁，梁兩側(cè)板厚為150 mm的情況下，梁側(cè)模方木間距230 mm；梁高度方向設(shè)置2道M14對(duì)拉螺栓，沿梁方向間距460 mm；梁底步步緊間距500 mm，梁底次梁工字木VT20間距≤200 mm；沿梁方向塔架布置間距≤2 000 mm；塔架立桿標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的步距h＝1 000 mm，如圖7所示。

圖7 梁底單塔架支撐體系立面

對(duì)于截面1 300 mm×1 800 mm的梁，在梁兩側(cè)板厚為150 mm的情況下，梁側(cè)模方木間距230 mm；梁高度方向設(shè)置3道M14對(duì)拉螺栓，沿梁方向間距460 mm，梁底步步緊間距500 mm，梁底次梁工字木VT20間距≤200 mm；采用雙塔架支撐，垂直梁方向布置間距≤400 mm，沿梁方向塔架布置間距≤1 750 mm，塔架立桿標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的步距h＝1 000 mm，如圖8所示。

圖8 梁底雙塔架支撐體系立面

3.3 板模板支撐架體系設(shè)計(jì)

本工程模板采用厚15 mm的黑模板，板底的支撐則是在梁下塔架主梁上放置叉托，叉托與叉托之間采用鋼管扣件連接，叉托上放置頂托，頂托上放置雙排工字梁VT20作主梁，主梁上方再垂直放置一層工字梁VT20作為次梁，次梁上放置板底模。板底主、次梁間距需根據(jù)計(jì)算確定。

針對(duì)本工程對(duì)于厚150～300 mm的樓板，板底次梁工字木VT20間距300 mm，與周邊梁共用塔架，塔架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)h＝1 000 mm（圖9）。

圖9 板底無(wú)塔架支撐體系立面

對(duì)于厚300 mm以上的樓板，不與周邊梁共用塔架，應(yīng)設(shè)置獨(dú)立塔架（圖10）。

①田間工程和土地平整要求。田塊要以道路或溝渠為界限形成格田。河庫(kù)灌區(qū)旱田畦（溝）灌田面坡度宜為 1/600～1/300，畦（溝）長(zhǎng)度不宜超過(guò)80 m，畦寬不宜大于 3 m，并與農(nóng)機(jī)具作業(yè)要求相適應(yīng)。井灌區(qū)固定管道長(zhǎng)度宜為 90～150 m/hm2，出水口間距不應(yīng)大于100 m。水田格田以長(zhǎng)60～120 m、寬 20～40 m 為宜，面積不大于0.3 hm2，田面高差應(yīng)控制在±3 cm以內(nèi)。平原地區(qū)旱田相鄰田塊高差以0～0.3 m為宜；丘陵地區(qū)相鄰田塊高差應(yīng)小于2 m，以0.5 m～1.5 m為宜，耕地梯田化。

圖10 板底雙塔架支撐體系立面

4 模架體系設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

4.1 模板、次梁和主梁計(jì)算原則

1）根據(jù)模板的相應(yīng)力學(xué)性質(zhì)，計(jì)算荷載在模板上的受力情況。

2）計(jì)算荷載在次梁VT20上的受力，判斷塔架與塔架之間的間距是否＞1 000 mm。若＞1 000 mm，則計(jì)算塔架間距次梁VT20的變形、剪力、彎矩、反力驗(yàn)算是否滿足要求；若＜1 000 mm，則計(jì)算1 000 mm間距次梁VT20的變形、剪力、彎矩、反力驗(yàn)算是否滿足要求。

3）計(jì)算荷載在主梁VT20上的受力，對(duì)比VT20的材料性質(zhì)，判斷受力是否滿足VT20的變形、剪力、彎矩、反力驗(yàn)算等要求。

4.2 塔架計(jì)算原則

計(jì)算出加載在塔架上的荷載受力，對(duì)比塔架的材料性質(zhì)，判斷承載力是否滿足要求。

5 ST-100模架支撐搭設(shè)流程

1）放置底托和底座。根據(jù)測(cè)量放線，放出塔架所在位置后，用卷尺放出每個(gè)底托的位置。將底托放置好后，將底座放置在底托上，用水平尺將底座調(diào)平，使底座處于同一水平高度。

2）裝配連接框，連接斜拉桿。底座裝好之后，裝配連接框，裝配連接框時(shí)應(yīng)考慮斜桿的位置，將連接框連續(xù)搭設(shè)，保證整體架體豎向垂直，并及時(shí)安裝斜拉桿。當(dāng)搭設(shè)到一定高度之后，在塔體上放置工字梁VT20，以便搭設(shè)得更高。

3）放置頂座與頂托。搭設(shè)達(dá)到設(shè)計(jì)高度后，放置頂座，保證架體豎向垂直。放置好頂座后，放置頂托，調(diào)整到統(tǒng)一高度。頂托調(diào)整完后，根據(jù)圖紙放置鋁制工字梁AB20C，一般垂直梁放置。

4）鋪設(shè)工字木與模板。按照方案設(shè)梁底工字木次梁。鋪設(shè)完次龍骨（工字木）后，再進(jìn)行模板鋪設(shè)，直至鋪設(shè)完成。

6 安全措施

6.1 安全穩(wěn)定性措施

考慮到國(guó)內(nèi)外差異，為了更好地對(duì)接國(guó)內(nèi)支撐系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，本項(xiàng)目在應(yīng)用ST-100模架支撐體系過(guò)程中，增加了塔架和塔架之間的連接，以增強(qiáng)架體的整體性和抗傾覆能力。

1）連接桿采用φ48 mm×3.0 mm的鋼管，采用扣件連接。扣件扭緊力矩應(yīng)為40～65 N·m。

2）架體的中部和頂部均需設(shè)置橫向及縱向的鋼管扣件水平連接桿。

6.1.2 塔身連接斜桿應(yīng)符合的規(guī)定

1）模板支撐架應(yīng)在架體周邊、內(nèi)部縱向和橫向每間隔4個(gè)塔身間距設(shè)置1道斜鋼管。

2）每道斜拉桿水平方向間隔不應(yīng)＞1個(gè)塔身的間距。

3）架體第1道與第2道水平連接桿之間設(shè)置斜向連接桿，連接桿與地面傾角在45°～60°之間，并且每道斜向連接桿必須連到地面。

4）斜向拉桿必須與塔身扣件連接，不能只與水平連接桿相連。

6.1.3 塔身水平連接桿應(yīng)符合的規(guī)定

1）水平連接桿應(yīng)雙向設(shè)置，豎向間隔3 000 mm設(shè)置1道，底部離地3 000 mm左右設(shè)置1道水平連接桿，頂部不足3 000 mm時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在塔身頂部設(shè)置1道水平連接桿。支撐樓板的頂托之間，在頂托的頂部需設(shè)置雙向水平連接桿。水平連接桿的端部應(yīng)與結(jié)構(gòu)柱采用抱柱連接或者頂緊。

2）每道水平連接桿應(yīng)連續(xù)設(shè)置，水平連接桿采用鋼管搭接，搭接長(zhǎng)度＞1 000 mm，并應(yīng)使用3個(gè)鋼管扣件連接（圖11）。

圖11 連接桿連接示意

6.2 臨邊防護(hù)措施

在塔架搭設(shè)完成后，進(jìn)行梁板模板加固時(shí)，為了保證人員安全，應(yīng)在塔架主梁上放置叉托，并且固定在主梁上，叉托上套入鋼管，按照主龍骨間距設(shè)置叉托，叉托與叉托之間應(yīng)采用鋼管扣件連接，設(shè)置2道，間距500 mm（圖12）。

圖12 臨邊防護(hù)示意

7 監(jiān)測(cè)方法

為了更好地了解ST-100模架支撐系統(tǒng)的變形情況，更好地確保安全以及指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，在實(shí)際過(guò)程中監(jiān)測(cè)了塔架立桿，著重了解塔架立桿垂直方向的變形情況，同時(shí)也檢測(cè)了材料的物理性能以及受力計(jì)算的安全性。

本工程一般選定在截面較大的大梁中部，受力最不利位置上的主龍骨處，倒掛鋼尺在梁底，下端與地面有一定距離。作為沉降觀測(cè)的母體，從模板安裝完成之后、混凝土澆筑之前，采用激光器對(duì)準(zhǔn)鋼尺，記錄初始數(shù)據(jù)；之后在混凝土澆筑過(guò)程中逐次記錄（混凝土振搗1/4、混凝土振搗1/2、混凝土振搗3/4及滿倉(cāng)各1次）。

混凝土澆筑完成之后每隔6～8 h觀測(cè)1次，共2次，然后每天觀測(cè)1次，直到澆筑完成后7 d為止，完成監(jiān)測(cè)記錄（圖13）。

圖13 監(jiān)測(cè)示意

ST-100模架支撐體系的沉降觀測(cè)極為重要，是驗(yàn)證ST-100模架支撐系統(tǒng)安全穩(wěn)定的有利支撐。在荷載漸漸增加的過(guò)程中，尤其是在鋼筋綁扎完畢后澆筑混凝土的過(guò)程中，荷載漸增尤為明顯，必須做好觀測(cè)記錄，同時(shí)做好及時(shí)應(yīng)變的準(zhǔn)備，確保支撐體系的穩(wěn)定性。該過(guò)程也是驗(yàn)證材料架體、計(jì)算過(guò)程的依據(jù)，并理論提供依據(jù)，使我們更好地掌握ST-100模架支撐。

8 結(jié)語(yǔ)

橫琴口岸項(xiàng)目通關(guān)大廳地上4層，面積約18.57萬(wàn) m2，主要采用ST-100模架支撐體系，共需將近1.3萬(wàn)個(gè)塔架組件。本工程中因ST-100模架支撐體系搭拆效率高，故周轉(zhuǎn)按照1次進(jìn)行考慮，普通架體只能滿配；從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)說(shuō)，普通鋼管架成本合價(jià)約為4 300萬(wàn)元，ST-100模架支撐體系成本合價(jià)約為3 900萬(wàn)元，采用ST-100模架支撐體系提高了搭拆效率，按時(shí)完成了工期，并且創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益約為400萬(wàn)元。

整體來(lái)說(shuō)，針對(duì)本工程理論與實(shí)踐，綜合其重點(diǎn)、難點(diǎn)組建了相關(guān)課題的研究小組，優(yōu)化了施工方案和針對(duì)圖紙進(jìn)行的深化布置，對(duì)新型支撐架體在實(shí)踐中的大力推行起到了積極的作用。在實(shí)踐過(guò)程中通過(guò)與傳統(tǒng)支撐體系對(duì)比，總結(jié)出ST-100模架支撐體系的優(yōu)勢(shì)是適合本工程的，保證了本工程的順利實(shí)施及完工，既安全可靠，又省時(shí)省力，大大節(jié)省了支撐系統(tǒng)搭設(shè)的人工費(fèi)用及工期，減少了施工成本，并且對(duì)國(guó)內(nèi)采用新增架體系統(tǒng)，起到了一定的借鑒作用，帶來(lái)了相應(yīng)的社會(huì)效益。