大跨度中庭悬空结构模板支撑体系技术创新.docx
《大跨度中庭悬空结构模板支撑体系技术创新.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大跨度中庭悬空结构模板支撑体系技术创新.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
大跨度中庭悬空结构模板支撑体系技术创新
－－全国工程建设优秀质量管理小组成果资料－－
大跨度中庭悬空结构模板支撑体系
技术创新
天元建设集团有限公司二二七项目QC小组
发布人：
薛远龙
二O一五年五月
大跨度中庭悬空结构模板支撑体系技术创新
天元建设集团有限公司二二七项目QC小组
前言
近年来，室内中庭在建筑设计中常常被作为一个重要的设计元素，在各类公共建筑和超高层商住楼中得到了广泛的应用。
中庭作为一种室内型公共空间，不但能给公众带来愉快惬意的空间享受，而且能够达到空旷、通透、视野开阔的建筑效果。
然而，由于中庭内部及顶部的混凝土结构具有悬空高度高、跨度大、荷载大、面积大等特点，这就给模板支撑系统的设计及施工带来很大的难度。
一、课题简介：
仲建商务广场工程位于枣庄市薛城区湘江路与广场西路交汇，总建筑面积63000㎡，建筑总高度为71.3m，框架剪力墙结构，地下1层，地上17层，由A、B、C、D四个塔楼组成。
图1：
仲建商务广场地理位置及效果图
制图人：
薛远龙制图时间：
2014年8月1日
其中A塔楼3-7轴交J-K轴、B塔楼7-11轴交C-D轴、C塔楼7-11轴交L-N轴分别设计了中庭，中庭横向柱网跨度为11.5m，纵向柱网跨度为25m，面积约288㎡，如下图阴影部分所示。
中庭部位从一层通至塔楼顶部，中庭内设计了不同位置的悬挑结构、连廊通道、悬挑楼梯。
该工程无标准层，中庭内悬空结构逐层悬挑，且位置不同，长短不一，悬挑横向长度3-6m不等，纵向长度为3-9m不等；连廊通道宽度为2m；悬空楼梯平面尺寸为1.2×9.5m。
中庭悬空结构最大支模高度达50m，最大梁截面尺寸为400×800mm，现浇板厚120mm。
B塔楼
C塔楼
图2：
A、B、C塔楼中庭悬空结构平面图（阴影部分为中庭）
制图人：
薛远龙制图时间：
2014年8月1日
图3：
A塔楼中庭悬空结构剖面图（J-K轴为中庭）
制图人：
薛远龙制图时间：
2014年8月1日
二、小组简介：
（一）小组简介
本QC小组由施工经验丰富的精英工程师和思维活跃具有高学历的技术骨干组成，小组成员名单及基本情况见表1：
小组简介表表1
QC活动小组简介
（1）
小组名称
天元建设集团有限公司227项目QC小组
小组成立时间
2014.8.1
小组注册号
TYJTQC02—27—2014
小组注册时间
2014.8.1
课题名称
大跨度中庭悬空结构模板支撑体系技术创新
小组人数
9人
课题类型
创新型
课题注册时间
2014.8.1
课题注册号
TYJTQC-2014-01
活动时间
2014.8.01—2014.12.31
出勤频率
平均1次/周
出勤率
100%
培训情况
本小组成员平均接受TQM和ISO9001系列知识培训72学时
QC活动小组简介
（2）
序号
姓名
年龄
学历
职称
组内职务
组内分工
1
郑勇
43
本科
工程师
组长
全面组织协调
2
薛远龙
28
本科
工程师
副组长
方案策划、技术顾问
3
闫玉凡
42
本科
工程师
副组长
施工现场管理控制
4
李丙俊
42
大专
工程师
副组长
施工现场管理控制
5
张祥峰
30
本科
助理工程师
组员
技术管理、措施实施
6
张吉峰
28
本科
助理工程师
组员
技术管理、措施实施
7
王宝明
26
本科
助理工程师
组员
技术管理、措施实施
8
陈龙启
27
大专
助理工程师
组员
安全管理、措施实施
9
郭欣
26
本科
助理工程师
组员
数据整理、统计分析
制表人：
薛远龙制表时间：
2014年8月1日
（二）小组活动进度计划
小组活动进度计划表表2
日期
项目
2014.8.1—2014.12.31
8月
9月
10月
11月
12月
选择课题
确定目标
目标可行性分析
提出方案
优选最佳方案
制定对策
对策实施
效果检查
巩固及标准化
总结及下一步打算
备注
计划线实施线
制表人：
薛远龙制表日期：
2014年8月2日
三、选择课题
（一）问题提出
1、根据图纸设计，3处中庭结构，跨空尺寸为11.5×25m，最大梁截面尺寸为400×800mm，梁底挠度变形不易控制。
2、该工程工期十分紧张，合同规定主体封顶时间为2014年12月31日，否则按照合同要求，逾期一天罚款2万元，根据工程总体进度安排，必须9天一层，才能满足工期要求。
3、本小组对公司承接类似结构工程采用传统落地式钢管脚手架搭设的方法工艺进行了现场、技术资料的查看，调查情况见表3。
类似结构落地式钢管脚手架体系搭设调查表表3
序号
项目名称
项目地点
结构形式
悬空结构概况
搭设高度
搭设方式
支撑基础
工期
调查方式
1
天元·郯城综合服务中心工程
临沂市郯城县
框剪结构
屋面分四层悬挑，悬挑长度层层递增，四次悬挑长度依次为1.5m，3m，4.5m，6m。
40.6m
落地式钢管脚
手架
浇筑整体砼垫层（费用：
300m³×260元/m³=78000元）
45天
现场及资料
2
临沂博物馆工程
临沂市兰山区
框剪结构
建筑造型错层堆叠而成，建筑物四个立面均外挑最大9m的现浇梁板，中庭内悬挑跨度为18米。
22.4m
落地式钢管脚
手架
浇筑整体砼垫层（费用：
500m³×260元/m³=130000元）
30天
3
郯城县电力调度中心指挥大楼
临沂市郯城县
框剪结构
中庭顶部屋面设计了悬空结构：
400×900mm、400×1000mm等不同截面的框架梁，200mm厚板厚。
35.5m
落地式钢管脚
手架
地下一层顶板，底部搭设满堂脚手架加固（费用：
人工费5000元，周材租赁费100000元）
28天
制表人：
薛远龙制表日期：
2014年8月4日
从上表可以看出，调查的3个项目采用了传统落地式钢管脚手架体系，2个支撑基础浇筑了整体砼垫层，1个支撑基础底部搭设满堂脚手架进行加固，分析可以看到搭设落地式钢管支撑架，需额外支出大量支撑基础费用，工期时间长。
本工程中庭悬空结构如按照传统的搭设方法施工，小组成员绘制了主体结构施工周期横道图，如下图所示：
图4：
主体结构传统方法施工工期横道图
制图人：
薛远龙制图时间：
2014年8月5日
由上图可以看到，按传统施工方法施工，主体施工周期为163天，主体封顶时间为2015年1月10日，超过合同封顶工期节点10天，不能满足9天一层的工期。
（二）课题确定
因此必须考虑使用创新方法，对中庭悬空结构支撑体系进行优化、修改，保证大跨度中庭悬空结构的质量及安全，减少模板支撑的工期。
所以本次活动课题确定为：
“大跨度中庭悬空结构模板支撑体系技术创新”。
四、目标设定
（一）目标
确保中庭悬空结构模板支撑新工艺成功实施，支撑体系强度、刚度和稳定性满足施工要求。
（二）目标值
1、主体结构施工工期比传统施工方法缩短10天。
2、梁轴线位移偏差5mm（国家规范要求8mm），梁底标高偏差±8mm（国家规范要求±10mm）。
（三）目标可行性分析：
1、小组成员施工经验丰富，搜集和整理了大量有关大跨度中庭悬空结构模板支撑体系的资料，并邀请结构设计人员进行指导，为施工顺利进行提供了可靠的安全和技术保障。
2、强有力的专家队伍支持。
小组成员邀请了多位资深专家参与对悬空结构模板支撑方案的技术论证，为方案的可行性提供了保障。
3、影响本工程总工期及质量的主要原因在于中庭悬空结构模板支撑体系搭设周期长、稳定性差，只要创新一种新工艺，就能够缩短工期，增强其稳定性，完成实现活动工期目标，保证混凝土构件成型质量。
综上分析：
目标可以实现。
五、提出方案并确定方案
（一）提出方案：
小组成员围绕课题召开会议，运用“头脑风暴法”打破传统思维，相互启发，集思广益，对其悬空模板支撑方案进行讨论，提出各种方案，并运用亲和图进行归纳整理:
图5：
亲和图
制图人：
薛远龙制图时间：
2014年8月12日
根据上述亲和图，我们设计出四种方案，具体做法如下：
方案示意图与具体做法对比表表4
序号
方案
示意图
具体做法说明
1、
组装式型钢桁架悬空主梁支撑体系
型钢预先工厂下料，现场进行组装，利用11.5米跨两端纵向框架梁做支座，安装完成后，搭设模板支撑体系
2
扣件式钢管桁架悬空主梁支撑体系
使用现场现有钢管扣件搭设桁架，利用11.5米跨两端纵向框架梁做支座，桁架搭设高度1.5米，完成后搭设模板支撑体系
3
增设临时钢筋砼梁悬空主梁支撑体系
针对悬空高度高的结构，在原有设计的结构上增设临时300×600mm现浇钢筋砼梁，作为刚性支撑基础搭设模板支撑体系。
4
工字钢平台悬空主梁支撑体系
横向布置工字钢梁，利用11.5米跨两端纵向框架梁做支座，安装固定完成后，搭设模板支撑体系
制图人：
薛远龙制图时间：
2014年8月13日
（二）优选最佳方案：
小组成员针对以上四个方案，分别从可操作性、经济合理性、安全性以及工期四方面进行对比分析，方案论证结果见表5：
大跨度中庭悬空结构模板支撑体系技术创新方案分析论证表表5
序号
方案
可操作性
经济合理性
安全性
工期
结论
1
组装式型钢桁架悬空主梁支撑体系
1、现场组装，但吊装难度较大
2、现场需做结构预埋件与型钢桁架焊接。
1、整体平面型钢桁架造价：
500元/㎡
2、型钢安装人工费用：
288㎡×15元/㎡=4320元
3、脚手架搭设及拆除;288㎡×18元/㎡=5184元
由此可见，成本过高
1、传力简单，支撑稳定，相对安全。
2、整体性好，承载力大，刚度大，稳定性好，节点安全可靠性好。
3、可作为隔离平台，利于平台上下相关工序同时作业
型钢桁架吊装及现场拼装每人约10㎡/天，10人×10㎡/天=100㎡/天，需3d完成，脚手架搭设每人约50㎡/天,需1d
合计：
4d
不
选
用
2
扣件式钢管桁架悬空主梁支撑体系
1、经过计算，钢管布置密度大。
2、组装工作量大，操作难度大。
3、钢管桁架搭设质量不易控制。
1、钢管桁架租赁费用：
20元/㎡
2、钢管桁架搭设费用：
288㎡×20元/㎡=5760元
3、脚手架搭设及拆除;288㎡×18元/㎡=5184元
由此可见，成本稍高
1、该支撑体系会产生较大的侧向挠度，刚度较小。
2、安全操作性差。
3、竖向挠度变形量大。
钢管桁架搭设每人约10㎡/天，10人×10㎡/天=100㎡/天，需3d完成，脚手架搭设每人约50㎡/天,需1d
合计：
4d
不
选
用
3
增设临时钢筋砼梁悬空主梁支撑体系
1、增加的临时钢筋砼梁支撑体系搭设困难。
2、需对结构重新设计布置，增加结构荷载，对建筑结构稳定极为不利。
1、钢筋模板砼人工费：
3000+1080+1000=5080元
2、钢筋材料费：
5t×3000元/t=15000元
砼材料费:
50m³×300元/m³=15000元
3、钢筋砼梁拆除费用：
13800元
4、脚手架搭设及拆除：
288㎡×18元/㎡=5184元
由此可见，成本过高
1、承载力好、刚度大、稳定性好。
2、交叉作业安全隐患多，拆除工作环境安全性低。
钢筋砼梁模板支设与浇筑需4d，脚手架搭设每人约50㎡/天，10人×50㎡/天=500㎡/天，需1d完成。
合计：
5d
不
选
用
4
工字钢平台悬空主梁支撑体系
1、施工简便，容易操作
2、传力明确，受力合理
3、工字钢自重小,方便吊装。
1、工字钢租赁费用：
0.23元/m/天
2、工字钢安装及脚手架搭设拆除费用：
288㎡×20元/㎡=5760元
由此可见，成本低廉
1、承载力、刚度、稳定性能满足施工要求。
2、经过设计与论证，安全性有保证。
工字钢吊装及安装每人30㎡/天，10人×30㎡/天=300㎡/天，仅需1d完成，脚手架搭设每人约50㎡/天,需1d.
合计:
2d
选
用
制表人：
薛远龙制表时间：
2014年8月18日
工字钢平台悬空主梁支撑体系
通过对以上四种方案的对比分析，我们发现方案四操作简便，成本较低廉，工期相对时间短，施工过程中只要加强措施控制，就能够满足承载力、刚度、稳定性的要求。
对此我们把方案四“工字钢平台悬空主梁支撑体系”作为可行性方案。
（三）方案分解
1、确定工字钢平台悬空主梁支撑方案实施流程
为保证工字钢平台悬空主梁支撑方案的顺利进行，明确支撑方案流程的各项工作，我们通过现场实地勘察，查阅资料，开会研讨，确定支撑方案总体流程，具体流程见下图：
图6：
流程图
制图人：
薛远龙制图时间：
2014年8月20日
2、关键技术问题预测
为确保支撑方案能够顺利实施，结合以上流程图，我们小组成员共同探讨研究，明确该支撑方案实施过程中的难点和要点，通过分析探讨预测方案实施过程需要解决如下关键性技术问题，分别是：
（1）、建立体系受力模型（工字钢固定方式）
（2）、工字钢安装与固定（工字钢水平位移和侧翻，工字钢挠度变形）
（3）、搭设模板支撑体系（模板支撑体系稳定性差）
（4）、工字钢挠度变形监测（变形监测方法）
3、方案论证
为保证以上四个难点要点的顺利解决和实施，保证工字钢支撑体系方案的顺利进行，小组成员查阅资料，创新思路，再次召开QC小组专题会议，再次运用头脑风暴法，分别对以上四个难点要点再次提出如下实施方案：
需解决关键问题提出方案汇总表表6
序号
需要解决关键问题
提出解决方案一
提出解决方案二
1
建立体系受力模型
固定方式
工字钢主梁采用两端固定支座
工字钢两端主梁采用两端简支座
2
工字钢安装与固定
工字钢水平位移和侧翻
预埋5mm钢板，与工字钢焊接固定
预埋钢筋预埋件，并将工字钢连成整体
工字钢挠度变形
下部斜撑工字钢
上拉钢丝绳
3
搭设模板支撑体系
稳定性差
与靠近结构支撑架的框架柱做可靠连接
搭设斜杆和使用水平杆与中庭内悬挑梁外侧互顶
4
工字钢挠度变形监测
监测方法
两端抄水平拉通线监测
利用水准仪全程进行监测
制表人：
薛远龙制表时间：
2014年8月23日
我们对提出的解决方案分别从可实施性、经济合理性、工期等方面进行分析论证，确认最佳方案，论证结果见以下论证表：
（1）、建立体系受力模型方案论证表表7
序号
解决方案
可实施性
经济合理性
工期
结论
方案一
工字钢主梁采用两端固定支座
预埋操作难度大，工字钢难以固定，容易侧歪。
梁侧模板开洞及封堵需用人工费：
2个工×260元/个=520元，
模板损耗：
10㎡×50元/㎡=500元
工字钢焊接固定及拆除费用：
6个工×260元/个=1560元
模板开洞及封堵46个，1人×50个/天/人=50个，需1d完成
工字钢焊接固定：
2人×5个/天/人=10个/天，需3d完成。
合计4d。
不选定
方案二
工字钢两端主梁采用两端简支座
将工字钢放置在两侧框架梁上，需做预埋件
仅需预埋预埋件，需1个工，1个工×260元/个=260元。
工字钢吊装及安装：
1人×25个/天=25个/天，仅需1d完成。
选定
制表人：
薛远龙制表时间：
2014年8月24日
（2.1）、工字钢水平位移和侧翻方案论证表表8
序号
解决方案
可实施性
经济合理性
工期
结论
方案一
预埋5mm钢板，与工字钢焊接固定
钢板预埋标高及水平难以控制，焊接质量要求高
预埋钢板人工费：
3个工×260元/个=780元，
钢板材料费：
0.5t×3600元/t=1800元,
工字钢焊接固定及拆除费用：
3个×260元/个=780元
预埋钢板：
2人×20个/天=40个/天，需1.5d完成
工字钢焊接固定：
2人×20个/天=40个/天，需1.5d完成
不选定
方案二
预埋钢筋预埋件，并将工字钢连成整体
经济且操作简便，能取得的良好的效果。
预埋件的埋设需1个工，1个工×260元/个=260元。
工字钢安装与固定人工费：
1个工×260元/个=260元。
预埋件预埋：
2人×50个/天=100个/天，需0.5d完成
工字钢安装固定：
2人×25个/天=50个/天，需0.5d完成。
选定
制表人：
薛远龙制表时间：
2014年8月25日
（2.2）、工字钢挠度变形方案论证表表9
序号
解决方案
可实施性
经济合理性
工期
结论
方案一
下部斜撑工字钢
下层需预埋钢板，横向型钢悬空，现场焊接需要仰焊，施工及拆除难度相当大，安装工期长。
增加型钢材料费用：
2t×3600元/t=7200元，
预埋钢板：
2个工×260元/个=520元。
焊接及拆除费用：
4个工×260元/个=1040元。
预埋钢板：
2人×20个/天=40个/天，需1d完成,焊接斜撑：
2人×20个/天=40个/天，需2d完成。
不选定
方案二
上拉钢丝绳
预留上拉孔，施工便捷，可行性高，现场制作，对拉绳尺寸精度要求高。
预留吊拉孔：
1个工×260元/个=260元。
钢丝绳材料费：
345m×10元/m=3450元
安装人工费：
2个工×260元/个=520元。
预留吊拉孔：
2人×50个/天=100个/天，需0.5d完成,上拉钢丝绳：
2人×25个/天=50个/天，需1d完成。
选定
制表人：
薛远龙制表时间：
2014年8月26日
（3）、模板支撑体系整体稳定性差方案论证表表10
序号
解决方案
可实施性
经济合理性
工期
结论
方案一
与靠近结构支撑架的框架柱做可靠连接
现场南北两侧柱网间距8.4m,间距过大，并且东西两侧无可靠性连接，需做钢管预埋
加设柱箍每层需用1个工×260元/个=260元。
预埋钢管材料费：
20米×21元/米=420元。
预埋钢管人工费：
1个工×260元/个=260元。
预埋钢管：
1人×50个/天=50个/天，需1d完成
加设柱箍：
1人×50个/天=50个/天，需1d完成
不选定
方案二
搭设斜杆和使用水平杆与中庭内悬挑梁外侧互顶
搭设斜杆传递到刚性地面上，现场可操作性强，使用水平杆与中庭内悬挑梁外侧互顶，整体稳定性好
搭设斜杆需用1个工×260元/个=260元。
水平杆与悬挑梁外侧互顶需用1个工×260元/个=260元。
搭设斜杆：
1人×30道/天=30道/天，需1d完成
水平杆与悬挑梁外侧互顶：
1人×300个/天=300个/天，需1d完成
选定
制表人：
薛远龙制表时间：
2014年8月27日
（4）、悬空支撑体系变形监测方法方案论证表表11
序号
解决方案
可实施性
经济合理性
安全性
结论
方案一
两端抄水平拉通线监测
中庭跨度大，两端拉通线过长，中部容易出现误差；钢管间距密，拉通线困难
现有人员测量，无需投入其它费用
监测精度不高，安全性存在风险
不选定
方案二
利用水准仪全程进行监测
水准仪监测精度高，简便操作
现有人员及测量器具，无需投入其它费用
在每根钢梁处分别布设监测点，经同类工程应用证明，满足安全可靠性要求
选定
制表人：
薛远龙制表时间：
2014年8月28日
最终汇总所有问题的最优解决办法，确定最优方案,绘制系统图如下：
图7：
最终方案确定系统图
制图人：
薛远龙制图时间：
2014年9月2日
六、制定对策
对策措施表表12
序号
项目
对策
目标
措施
时间
地点
责任人
1
建立体系受力模型
进行受力计算，建立受力模型，对支座框架梁验算
工字钢满足结构支撑体系承载力要求，支座框架梁满足抗扭强度要求
1、确定受力构件型号及排布位置。
2014.9.2∽9.8
办公室、施工
现场
薛远龙
2、与设计院联系并确认，两端支座框架梁不会发生扭曲破坏。
张祥峰
2
工字钢水平位移和侧翻
下预埋件，并将工字钢连成整体
保证工字钢梁水平位移≤5mm，且不发生侧翻
1、预埋两根φ16mm的钢筋预埋件将工字钢梁两端固定。
2014.9.6∽10.23
施工现场
李丙俊
2、使用扣件和钢管将钢梁锁住，并将连成整体。
张祥峰
3
工字钢挠度变形
减小工字
钢挠度变形
工字钢挠度变形值≤10mm
1、支撑工字钢底部。
2、采用φ20mm钢丝绳，
2014.9.6∽10.23
施工现场
闫玉凡
两边对称吊拉在上部第二层框架梁上进行卸荷。
张吉峰
4
模板支撑体系稳定性差
增强模板支撑体系稳定性
确保支撑体系整体稳定性，钢管支撑构件位移≤5mm
1、在每道立杆上搭设斜杆。
2014.9.10∽10.23
施工现场
王宝明
2、每层支撑架水平杆与中庭内悬挑梁外侧互顶。
陈龙启
5
工字钢挠度变形监测方法
利用水准仪全程监测工字钢梁挠度。
监测工字钢挠度变形值控制在10mm内
1、每搭设一个楼层层高对钢梁进行一次标高复测
2014.9.12∽10.23
施工现场
薛远龙
2、混凝土浇筑过程中全过程监测
郭欣
制表人：
薛远龙制表时间：
2014年9月5日
七、对策实施
实施一：
建立受力模型，对支座框架梁验算。
1、小组成员根据讨论，进行受力计算，建立受力模型。
经计算钢梁采用12m长22b工字钢，横向设置，工字钢梁间距1m,每五层（20m）设置一道，分别在4层顶（标高：
18.95m）、9层顶（标高：
38.95m）、14层顶（标高：
58.95m）设置。
图8：
悬空结构工字钢搭设现场
制图人：
薛远龙制图时间：
2014年9月6日
2、支座框架梁验算
工字钢压落在两侧纵向框架梁上，底部垫设两块5mm厚钢垫板，防止内侧悬挑结构受力。
框架梁底部模板支撑不拆除。
根据框架梁受力分析，经设计院复核同意，受压的框架梁不会发生扭曲破坏。
图9：
悬空结构工字钢搭设方案
制图人：
薛远龙制图时间：
2014年9月7日
效果检查：
通过计算对工字钢受力构件的选型，受压
升级会员 