大截面型鋼混凝土梁吊掛式模板系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

【摘 要】?現(xiàn)代建筑多設(shè)計有大跨度、大空間結(jié)構(gòu)體系，當(dāng)設(shè)計選用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)體系時，其梁柱構(gòu)件截面尺寸往往較大，需對其模板體系進(jìn)行專項設(shè)計。文章結(jié)合實際工程運用，就大截面型鋼混凝土梁模板設(shè)計、施工及其效益情況等方面進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】型鋼混凝土梁; 吊掛式模板; 施工技術(shù); 效益

基于上述特點，中交國際中心大廈項在主塔樓轉(zhuǎn)換層型鋼混凝土梁施工時應(yīng)用了吊掛式模板體系技術(shù)。該技術(shù)充分利用了型鋼骨架自身剛度作為承載體系，承擔(dān)模板體系、混凝土及作業(yè)人員等施工荷載，創(chuàng)新性地設(shè)計出一套吊掛式模板系統(tǒng)，并最終完成了型鋼混凝土組合梁的施工。該技術(shù)與傳統(tǒng)搭設(shè)支撐架體的技術(shù)相比較，具有便于操作、節(jié)省成本、縮短工期及安全性高等優(yōu)點。

1 吊掛式模板系統(tǒng)

對結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行施工時，常規(guī)施工做法采用普通模板+鋼管腳手架體系，一方面費時、費工、廢料，另一方面其下層樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計承載力無法承受架體傳來的施工荷載。根據(jù)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的施工工序及構(gòu)造特點，先按設(shè)計圖將柱、梁內(nèi)型鋼安裝到位，形成施工樓層鋼結(jié)構(gòu)體系，即在大截面型鋼梁鋼筋、模板安裝前，型鋼梁柱體系本身承載能力足以承受構(gòu)件自重和施工荷載。

（1）利用型鋼骨架作為自承載體系，承擔(dān)其全部結(jié)構(gòu)施工荷載，形成超高、大跨度型鋼混凝土梁吊掛式模板體系。

（2）鋼梁上翼緣設(shè)置倒U型吊掛鋼筋拉桿，梁底設(shè)置雙方通作為底模板主楞，與倒U型吊掛鋼筋拉桿通過定位槽鋼和配套雙層螺母固定。

（3）為保證型鋼梁整體強度和穩(wěn)定性，在設(shè)置倒U型吊掛鋼筋處的型鋼梁上翼緣的下部同間距焊接豎向加勁板，防止翼緣發(fā)生失穩(wěn)。

（4）型鋼混凝土梁截面高大，采取分層澆筑混凝土的施工方法。減小支模系統(tǒng)受力，同時能很大程度地緩解大體積混凝土水化熱，減小結(jié)構(gòu)梁體混凝土溫度應(yīng)力。

2 吊掛式模板體系設(shè)計及操作要點

2.1 模板設(shè)計要點

以中交國際中心大廈項目為例，主塔樓外框架三層的KL2、KL17為型鋼混凝土梁，梁長37.2 m（單跨最大跨度15 m），梁截面尺寸800 mm×1 350 mm，型鋼截面尺寸H950×500×16×32。模板采用18 mm厚木模板，次楞采用50 mm×100 mm木枋，底模板、側(cè)模板的次楞間距均為200 mm，側(cè)模板主楞采用48×3.5 mm鋼管，對拉螺桿采用M14型。

2.2 吊模系統(tǒng)設(shè)計及強度驗算

根據(jù)型鋼梁的截面尺寸，設(shè)計倒U型吊掛加固筋（端部車絲）放置在型鋼梁上翼緣處，底部沿梁跨方向水平布置雙方通與吊掛加固筋通過雙層螺母作為加固體系。為防止雙方通發(fā)生偏位，設(shè)置定位槽鋼固定雙方通位置（圖1）。為避免螺母加固點局部受力過大，在兩者之間設(shè)置鋼墊板。采用“PKPM建筑安全計算軟件”計算施工荷載值，應(yīng)用“ANSYS”等有限元軟件對U型吊掛加固筋、方通、槽鋼、鋼墊板等進(jìn)行強度驗算。

2.3 加工倒U型吊掛圓鋼、槽鋼、鋼墊板、加勁板

吊掛絲桿選用18的熱軋圓鋼，總長度為3 318 mm，兩端車絲200 mm，按上翼緣寬度500 mm，經(jīng)過冷彎工藝形成U字型;槽鋼選用14a型號，經(jīng)過切段并在中心位置開18的圓孔，形成140 mm長的定位槽鋼;鋼墊板采用Q345材質(zhì)、10 mm厚鋼板，切割加工并在中心位置開18的圓孔，形成140 mm×140 mm的鋼墊板;加勁板采用Q345材質(zhì)、10 mm厚鋼板，縱向加勁板經(jīng)切割工藝形成半邊凹槽的形狀，豎向加勁板呈梯形;方通采用□90×50×3 mm型號。

2.4 梁底操作架搭設(shè)

采用碗扣式腳手架支撐體系搭設(shè)梁下部臨時支撐與作業(yè)平臺，除梁端頭設(shè)置支撐架保留外，梁下支撐架待梁、板鋼筋綁扎結(jié)束通過隱檢及梁模加固全部完成并經(jīng)驗收合格后，通過可調(diào)支托使支撐架體與梁底模板（龍骨） 脫離并保持20～40 mm距離， 以確保梁底架體不承受結(jié)構(gòu)梁體下傳荷載。

2.5 安裝加勁板、對拉螺桿、吊掛圓鋼

在型鋼梁吊裝完成之后，為保證型鋼梁的質(zhì)量，避免在鋼腹板上開孔，對拉螺桿直接焊接在縱向加勁板上，間距為450 mm。沿著梁跨度方向間距900 mm布置倒U型吊掛加固筋，上部與型鋼梁上翼緣點焊固定位置。為防止上翼緣受力發(fā)生局部失穩(wěn)，在型鋼梁上翼緣的下部等間距焊接豎向加勁板（圖2）。

建筑論壇與建筑設(shè)計徐海洋： 大截面型鋼混凝土梁吊掛式模板系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

2.6 安裝型鋼混凝土梁鋼筋

型鋼混凝土梁鋼筋的安裝工藝有別于普通鋼筋混凝土梁。先安裝型鋼梁上部縱筋和下部縱筋，再安裝箍筋。箍筋采用開口箍筋形式，內(nèi)箍上下部開口分成兩U型鋼筋，上、下部全長搭接點焊封閉，外箍在上部直角處開口分成兩部分，上部分呈一字型、下部分呈U型，且開口處設(shè)置搭接段，后期焊接封閉，搭接段長度根據(jù)焊接形式確定，雙面焊為5倍箍筋直徑，單面焊為10倍箍筋直徑。最后安裝腰筋、拉結(jié)筋，拉結(jié)筋一端勾在縱向加勁板的凹槽上，另一端勾在鋼筋籠上，使型鋼梁與鋼筋籠形成一個整體。沿著梁長方向間距900 mm對稱設(shè)置28 mm的短鋼筋作為鋼筋籠支柱，支撐整個鋼筋籠（圖3、圖4）。

2.7 安裝底模板、側(cè)模板

底模板應(yīng)根據(jù)吊掛加固筋的位置預(yù)先開孔，先安裝底模板并臨時固定，在預(yù)留木枋次楞插入空隙的前提下，安裝雙方通、定位槽鋼、鋼墊板及雙層螺母，通過調(diào)節(jié)螺母控制底模板標(biāo)高。安裝側(cè)模板的施工方法與傳統(tǒng)梁模板工程相同，待側(cè)模板安裝完畢，對吊模系統(tǒng)作整體調(diào)整，使模板體系的截面尺寸、標(biāo)高、起拱高度等參數(shù)滿足規(guī)范及設(shè)計要求（圖5）。

2.8 分層澆筑混凝土

型鋼混凝土梁截面高大，鋼筋密集，混凝土采取分層澆筑的施工方法。分兩次澆筑混凝土，第一次澆筑至一半梁高，剩余部分與樓板同步澆筑。分層澆筑具有兩大優(yōu)點：①吊掛式模板體系主要承受第一次澆筑的施工荷載，能減小吊掛式模板體系的受力;②梁截面高大，屬大體積混凝土，分層澆筑能減小大體積混凝土水化熱導(dǎo)致混凝土溫度應(yīng)力過大的問題。

3 效益分析

3.1 質(zhì)量效益

（1）該技術(shù)充分利用了型鋼結(jié)構(gòu)作為承載體系承受施工荷載，相比于傳統(tǒng)的鋼管腳手架模板體系，縮短了傳力路徑，增加了模板體系的穩(wěn)定性。

（2）梁底模板采用雙方鋼管作為主楞，相比于傳統(tǒng)的鋼管主楞，傳力面積更大并且具有更大剛度，型鋼混凝土梁在垂直度、平整度、觀感質(zhì)量等方面更優(yōu)越。

3.2 安全效益

若按傳統(tǒng)施工工藝，需搭設(shè)26.3 m的梁下高大支模架體，架體高度較高，承受荷載較大，危險系數(shù)較高;應(yīng)用吊掛式模板體系技術(shù)，以型鋼骨架剛度作為承載體系，與傳統(tǒng)搭設(shè)支撐架體的技術(shù)相比，對于搭設(shè)支撐架體場地受限、型鋼截面尺寸較大的高空、大跨度、大截面型鋼混凝土梁，減少了高空作業(yè)風(fēng)險，具有更高的安全系數(shù)。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

據(jù)統(tǒng)計測算，按本項目型鋼混凝土組合梁離地高度為26.3 m，總跨度為37.2 m計算，應(yīng)用吊掛式模板體系與傳統(tǒng)鋼管模板支撐體系比較，可以節(jié)省材料、人工等費用約12萬元。

4 結(jié)束語

吊掛式模板體系技術(shù)適用于型鋼混凝土梁模板工程，特別適用于搭設(shè)支撐架體場地受限、型鋼截面尺寸較大的超高、大跨度、大截面型鋼混凝土梁的模板工程。

采用吊掛式模板體系可有效解決相關(guān)施工難點，具有以下特點：

（1）通過型鋼梁來承受模板荷載，形成超高、大跨度型鋼梁吊掛模板體系，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)自承重施工的目的。

（2）吊掛式模板體系構(gòu)造簡單、制作方便，整體性、穩(wěn)定性強且具有足夠的強度和剛度，施工相對安全，施工質(zhì)量容易控制，可有效降低施工成本。

（3）采用吊掛式模板體系，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滿堂架體支撐體系，可以省去大梁模板下部支撐腳手架體系搭設(shè)，節(jié)省大量支模時間和成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

吊掛式模板體系通過對高空、大跨度、大截面型鋼混凝土梁的支模方式進(jìn)行改進(jìn)，以型鋼骨架剛度作為承載體系，相較于傳統(tǒng)的落地式模板體系，保證了型鋼混凝土梁的成品質(zhì)量、增大了施工安全系數(shù)、降低了施工成本以及縮短了施工工期，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益及社會效益明顯，具有廣闊的應(yīng)用前景，能為今后類似結(jié)構(gòu)工程施工提供借鑒。

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