高支模施工工法.docx
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高支模施工工法
房屋建筑大跨度梁板高支模施工工法
文建生
一、前言
随着工业与民用建筑向大跨度、高空间、新型结构方向发展，房屋建筑的设计形式和结构上涌现了许多大跨度、高空间梁板的范例，这无疑对施工提出了更高的要求。
且近年来，建筑施工出现模板支架失稳坍塌事故频繁，尤其是房屋建筑大跨度梁板高支模施工，导致群死群伤的事故发生。
同时，大跨度高支模施工的工程质量控制不佳，常发生起拱不到位或过高下不来的现象，直接改变结构的受力状态；或出现梁板裂纹超标、裂缝贯通等质量问题。
这方面引起了国家建设行政管理部门的高度重视，为此，在国家颁发的《建筑工程安全生产管理条例》中规定，高支模施工专项设计方案必须通过专家论证审定，方可实施。
中铁一局建筑安装工程有限公司，经过近三年来高支模施工经验的积累与总结，形成了房屋建筑大跨度梁板高支模的施工工法。
二、工法特点
1、高支模施工，各工序均属于高处作业，危险因素多。
且建筑施工属三危行业之一，而高支模施工含建筑施工五大类事故中的“高处坠落、物体打击、坍塌”等易发事故隐患，安全防护措施在本工法中显得尤为重要。
2、高支模下部的架体搭设，是以一个整体临时性的结构受力体系进行设计并验算。
其整体稳定性、整体刚度和抗倾覆性能是否能够满足施工要求，是本工法的设计关键点。
三、适用范围
房屋建筑大跨度梁板高支模施工工法，适用于工业、民用建筑中各类高度超过4.5m的大跨度现浇构件模板安装及脚手架支撑施工。
四、施工工艺
（一）施工工艺流程
1、框架梁模板设计验算：
梁底（侧）模设计→梁底（侧）模承受荷载计算→梁底（侧）模抗弯强度验算→梁底（侧）模抗剪强度验算→梁底（侧）模挠度验算。
2、脚手架支撑设计验算：
脚手架支撑设计→纵、横水平杆构件的抗弯强度计算→连接扣件验算→立杆稳定性验算→立杆地基承载力计算。
3、脚手架支撑搭设工序：
地基处理→抄平控制标高→搭设立杆→立辅助斜撑→设置扫地杆→搭设纵（横）向水平杆→拆辅助斜撑→搭设上一层架体→搭设立面（水平）剪刀撑→安装可调顶托→验收脚手架支撑→安装模板。
4、高支模梁板的模板安装工序：
脚手架支撑验收合格→安装墙柱与梁板的连接模→安装梁底模→安装板底模→绑扎梁筋并验收→安装梁侧模→绑扎板筋并验收。
（二）高支模设计原理
高支模设计，梁板的底模、大小楞木等均属于受弯构件，该处模板按连续梁设计验算。
当模板构件的跨数超过3跨时，按三等跨连续梁计算。
脚手架支撑的承载能力按概率极限状态设计法的要求，采用分项系数设计表达式进行设计验算。
（三）高支模设计验算
现以大跨度结构梁的高支模进行模板与脚手架支撑验算。
梁、板下纵横楞均采用木方和钢管组合使用。
框架梁模板结构计算简图
1、2、3---跨度编号；L---楞木间距（框架梁模板的跨）
根据《木结构设计规范》规定，对于露天结构、临时性结构及湿材等因素，设计值应调整。
弹性模量乘以0.85，临时性结构乘以1.3，湿材抗弯强度、弹性模量降低0.9。
分别调整后计算出松木的抗弯设计强度值ƒW和抗剪设计强度值ƒv。
1、底模验算
A、荷载：
恒荷载（模板自重+砼自重+钢筋自重）+活荷载[振捣砼时产生的荷载为2kN/m2+施工荷载1kN/m2（人员，设备自重）+倾倒砼荷载2kN/m2]。
将面荷载转换为线荷载:
q=q1×0.9（折减系数）
q1=（恒荷载×γ1+活荷载×γ2）×梁宽
（其中:
系数γ1为1.2，γ2为1.4）
B、最大弯矩在B、C支座，抗弯承载力验算：
根据相关规定，按三等跨连梁进行内力计算，根据第三版《建筑施工手册》“施工常用结构计算”中结构静力计算表查出：
弯矩系数Km、剪力系数Kv、挠度系数Kw等数值（按最不利荷载分布考虑）。
则：
MB=MC=Km·qι2。
应满足：
σ=M/W=M/（bh2/6）<ƒW
C、最大剪应力发生B支座左侧、C支座右侧，抗剪强度验算：
VB左=Kv·qι。
剪应力应满足：
τ=3VB左/2bh<ƒv
D、最大挠度发生在第1、3跨的跨中，挠度验算：
为了安全起见，荷载仍取q1，同时，施工规范围规定：
结构最大挠度[ω]=L/400（L系模板的计算跨度），刚度I=bh3/12。
则挠度应满足：
W1=W3=Kw·q1L4/（100EI）＜[ω]
2、侧模验算
A、荷载：
砼侧压力按下列二式计算，并取小值：
式一：
F=γCH式二：
F=0.22γCt0β1β2V1/2
式中：
砼自重γC取24KN/m3；H为浇筑高度取3m；t0=200/（T+15）（T为砼浇筑的温度）；V为砼浇筑速度；β1为外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；β2为砼坍落度影响修正系数。
有效压头h=F/25，当梁模板高H＞h时，根据荷载组合规定，梁侧模在有效压头高度之内还应叠加由振捣砼和倾倒砼产生的荷载4kN/m2。
将面荷载转换为线荷载:
q=q1×0.9（折减系数）
q1=（恒荷载×γ1+活荷载×γ2）×立挡间距
（其中:
系数γ1为1.2，γ2为1.4，立挡间距按900mm考虑）
B、抗弯强度、抗剪强度、承载力、挠度验算公式同梁底模计算模式（略）。
C、楞木间距，按面板刚度和抗弯承载力要求进行确定。
按面板刚度要求：
qL=F×0.9（折减系数）
Kw·qLL4/（100EI）=L/400则LL=[（0.25EI）/（Kw·qL）]1/3
按面板抗弯强度要求:
Km·qL2=ƒm·W抗=ƒm·bh2/（6L）
则:
L=[ƒm·bh2/（6Km·q）]1/3
取两者计算结果的最小值。
D、侧模对拉螺栓布置和验算
根据选用的对拉螺栓查表得出内径和净面积。
则：
每根螺栓可承受的拉力为Ｓ＝净面积×215。
框架梁侧模所受荷载为F。
[N]≥FAA=a2
则螺栓间距a=[（[N]/F）]
为了确保安全和施工简便，梁最下两排对拉螺栓采用比验算大一型号的对拉螺栓，螺栓间距取小于计算结果的整值。
3、脚手架支撑设计与验算
A、梁下纵向大横杆验算
梁下钢管立柱应设计并明确出横方向间距和纵向间距（该纵向间距为大横杆的计算跨径，恒荷载与活荷载，均同于上述梁底模荷载的计算。
面荷载转换为线荷载:
g=g1×0.9（折减系数）
g1=（恒荷载×γ1+活荷载×γ2）×b
（其中:
b为横方向间距，系数γ1为1.2，γ2为1.4,）
gL2
抗弯强度应满足：
σ=———≤ƒ×1.5
10W
（其中：
W为钢管截面模量，ƒ为钢管抗弯强度设计值，1.5为考虑双钢管共同作用时的系数）
gL4
抗弯刚度应满足：
f=——＜3mm
150EI
（其中：
E为钢管弹性模量，I为惯性矩）
B、立杆计算
根据设计的立杆横向间距、纵向间距，计算出每区格面积=横向间距×纵向间距。
则每根立杆承受的荷载N=F=（梁底模的恒荷载+活荷载）×每区格面积。
并根据设计的横杆步距，确定出钢管的长细比。
L
钢管长细比λ=——（і为钢管截面回转半径）
і
根据计算出的λ数值，查表得出受压钢管的稳定系数。
[N]=·A·ƒ·k，
（k为脚手架工作条件下的结构抗力调整系数,架体高度在25m以下不组合风载时,k取0.755；组合风载或高度在50m以下不组合风载时,k取0.725）。
立杆的稳定性应满足N＜[N]的要求。
以上计算均以立杆为单根考虑，且立杆接长为对接连接。
为保证梁下支架牢固可靠，立杆全部采用双支钢管。
C、立杆地基承载力验算
立杆基础底面的平均压力应满足：
P≤ƒg=kC·ƒgk（其中：
P=N/A，ƒg为地基承载设计值；kC为脚手架地基承载力调整系数，对碎石土、砂土、回填土时取0.4，对于砼则取1.0；ƒgk为地基承载力标准值，可查《建筑地基基础设计规范》获得）。
五、施工要点
1、高支模的设计，务必通过严格审查核算，并以对待实物施工的严谨态度施工该方案每个工序，严把脚手架的配件质量关。
搭设完毕后，应由项目总工组织方案设计人员、施工技术人员、安检人员及工班班组长的四方验收，合格后方可投入使用。
2、模板支撑安装前，必须先对地基处理完,并设有排水措施，然后在楼面或地面弹出支撑架的纵横方向位置线并进行抄平。
每根立杆底部必须设置垫木，该垫木为50mm厚、宽≥150mm、长不少于2跨。
3、高支模施工时，可调顶托调节螺杆伸出长度不宜超过150mm；立杆支设，垂直度允许偏差应控制在5mm/m范围内，且总偏差不得大于3.5cm。
立杆必须采用对接扣件连接，且接头数量在同步同跨中不得大于立杆根数的50%，确保立杆的薄弱截面错开，以免形成薄弱层面，造成支撑体系失稳。
4、脚手架必须设置纵横向扫地杆，纵向扫地杆固定在距垫木上皮≤200mm处立杆上，横向扫地杆应固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。
5、高支模满堂架的剪刀撑设置：
架体四边与中间每隔三排支架立杆应设置一道纵向剪刀撑，由底到顶连续设置；其两端与中间每隔三排立杆，还应从顶层开始向下每隔2步设置水平剪刀撑，提高架体结构整体刚度和稳定承载力。
剪刀撑的构造应符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中的第6.6.2条规定。
6、架体扣件安装的紧固程度，利用扭矩扳手进行逐个实测，力矩应严格控制在40～65N.m范围内。
力矩过小则扣件易滑移，过大则会引起扣件的铸铁断裂，在安装扣件时，所有扣件的开口必须向外。
7、高支模所采用的钢管质量要求，必须满足《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中的第8.1.1条和8.1.2条规定；扣件质量要求，则应符合该规范中的第8.1.3条规定，并应按《钢管脚手架扣件》（GB15831）规定进行抽样检测；对拉螺栓也应在安装前做抗拉强度试验。
8、在高支模施工中，由于结构梁板的截面大、跨度大，故此梁板底模应按1～3%0的较大取值进行起拱支设。
架体还应按规范要求与框架柱进行拉结，增强架体的整体稳定性，防止其位移变形。
9、大梁砼浇筑，为了保证整个大梁浇筑时的安全及砼振捣密实,应严格按照相关规定分层浇筑。
且应从两头向中间对称浇筑或从中间向两头同速推进，避免施工荷载不均匀，导致架体失稳倾覆。
六、机具、设备
序号
机具、设备
规格
数量
备注
1
塔吊
QTZ63
1
起重装置
2
木工压刨
MQ473
1
模板制作
3
圆木锯
ф500
2
模板制作
4
钢筋套丝机
DTS-80
1
大跨度梁侧模螺栓拉杆
5
经纬仪
2”
1
梁、板及立杆的定位放线
6
水准仪
SZ3
1
检测模板、水平杆标高
7
检测靠尺
2m
1
检测模板平整度
8
线坠
250g
3
检测梁侧模及立杆的垂直度
9
钢卷尺
50m
1
梁、板及立杆的定位放线
10
扭矩板手
/
10
检测脚手架中扣件拧紧程度
七、劳动组织
序号
工序名称
人数
备注
1
钢管脚手架支设
35
架子工25人，普工10人
2
梁、板的模板制作与安装
57
木工40人，普工15人，指挥人员1人，起重司机1人
3
梁侧模螺栓拉杆制作
4
钢筋工2人，普工2人
八、高支模施工安全注意事项
1、高支模施工时，架子工必须正确配戴安全帽和系紧安全带及穿防滑鞋。
作业面的架板必须铺设到位，操作工具及扣件和钉子应装入在工具袋内。
搭设中应统一指挥，严禁在脚手架搭设过程中，材料工具随意乱意乱抛乱扔，吊运材料的下方不得站人，防止高处作业时，物体打击伤人。
2、在高支模安装及其架体系统搭设过程中，必须设置防倾覆的可靠临时措施。
3、施工现场应搭设工作梯，作业人员不得爬支架上下。
高支模上高空临边要搭设足够大的操作平台和安全防护拦杆，在平台外缘部分还应挂设安全网及绑扎不低于180mm高的挡脚板，以防高处坠落事故发生。
4、支模时，支撑、拉杆不准连接在门窗或其它不稳固的物件上。
在砼浇筑过程中，应派专人对支撑架体进行全过程监控检查，若发现架体变形、扣件松动等现象，施工单位应立即会同专家组研究处理方案，并及时修复和加固，消除架体坍塌事故隐患。
5、高支模的架体不随意变更。
若因施工的因素，高支模的架体需进行临时局部变更时，则必须先变更设计验算，再按变更增设架体杆件到位后，方可将变更后所需拆除的杆件给予拆除。
6、凡遇六级以上大风、浓雾、雷雨时，均不得进行高空作业。
九、效益分析
房屋建筑大跨度高支模施工工法的实施，科学地提高了高支模下部架体的整体刚度、稳定性及抗倾覆的性能，消除了高支模全过程高处作业极易存在的“高处坠落、物体打击”等安全隐患，有效地解决了预防高支模架体坍塌的难题。
高支模现浇构件的质量得到有力保证。
同时，为类似高支模工程的施工方案设计、验算及实施提供了可借鉴的成功经验。
十、施工实例
中铁一局建筑安装工程有限公司在2005年承揽的广州地铁三号线洛溪车辆段，该标段含有一个检修主厂房单体工程，属于钢筋混凝土单层框架结构。
该单体工程结构中设计的五榀CW2KL-15屋面大梁，截面为900㎜×3000㎜（宽×高），跨度29.8m，梁底标高9.5m；设计的七榀CW3KL-14一般框架主梁，截面是800㎜×1800㎜（宽×高），跨度18m，梁底标高12.2m；屋面板厚度为160mm厚，板底标高分别为12.34m、13.84m。
以上部位的现浇构件施工，均属大跨度高支模。
CW2KL-15框架梁，脚手架支撑系统设计：
支架采用φ48mm、δ为3.5mm钢管脚手架搭设，梁下横楞木间距为0.15m，纵向大横杆间距为0.45m，横向立杆间距为0.45m，上下层水平杆步距为1.2m，纵向（梁长方向）立杆间距为0.55m,上下层水平杆步距为1.2m。
该框架梁侧模及架体支设详见下图：
从高支模的架体搭设完毕至梁板底模准备拆除这段过程中，按照本工法全面组织施工和全过程监测。
架体的每根杆件未有发生变形、偏移和失稳，每个构配件也无滑丝、松动及滑移迹象，架体在整个工作状态期间，均具有良好的稳定性和抗倾覆性能。
拆除底模后，该部位的屋面梁板跨中底标高，经过逐个实测，最小偏差为+4mm（出现在屋面板底），最大偏差为+43mm（出现在第三榀屋面大梁部位）。
未出现梁板裂纹超标、裂缝及坠底等质量问题。
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