狭小空间利用原有钢结构支模施工技术

2020-03-18孔祥雷

建筑施工 2020年11期

关键词：压型架体支模

黄亮孔祥雷王彪

中国建筑第二工程局有限公司西南分公司重庆 400020

重庆山水主题国际休闲旅游度假区六旗山水乐园项目业态包括五星酒店、山水乐园、市民农庄、高档商业、高档住宅等。项目建成后会形成具有格调、品质、便捷、欢乐、休闲、健康等内涵的主体小镇，成为重庆市的地标性建筑群。

标志塔是六旗山水乐园的标志性建筑物，用建筑手法抽象地展示出六旗logo的造型精髓，形成自下而上的悦动形态。标志塔采用钢筋混凝土结构与钢结构相结合的形式，是整个工程的代表作品。

由于结构设计的特殊性，标志塔0～15.0 m采用高支模作为支撑架，施工难度大、危险性较高，故优化设计图纸，利用钢结构本身的优势，采用增加型钢梁＋压型钢板作为15.0 m层梁板支模体系，完美解决了15.0 m以下狭小、超高空间支模的难题。

1 工程概况

重庆山水主题国际休闲旅游度假区体验中心项目位于重庆市璧山区沿河东路北段，邻近轻轨1号线璧山站（在建）。本项目标志塔为68.0 m高耸结构，建筑基底面积为20 m2，结构形式为钢筋混凝土结构＋钢结构，基础为9桩承台基础。

标志塔为本项目的标志性建筑物，为六旗山水乐园的重要建筑，设计使用年限为50年。由于受构筑物截面尺寸的影响，此工程整体考虑使用高支模作为支撑体系，使用落地式脚手架作为外防护架体。

山水文园标志塔为狭小空间内施工，采用钢筋混凝土结构与钢结构相结合的方式，整体高度68.0 m，尺寸由下端3.600 m×4.600 m逐步扩展到4.029 m×4.600 m，再到4.171 m×4.600 m，最后到4.600 m×4.600 m的扩展结构，施工困难，危险系数高（图1）。

2 支撑体系的特点与难点

标志塔结构工程由于受到结构本身造型的影响，施工中对支模要求较高[1-4]。本工程下部15.0 m为2片独立剪力墙，15.0～38.0 m为筒体结构，38.0 m以上墙体由4片逐渐变化为1片，且从35.0 m开始，上部结构混凝土为LC30轻质混凝土，高度达68.0 m（图2）。

图1 项目效果图

图2 标志塔俯视图

在此结构设计中，最高支模高度为15.0 m，同时存在600 mm×1 000 mm的超限梁，属于超过一定危险需要专家论证范围的高支模搭设。标志塔15.0 m以下只有2片剪力墙，若采用支模架作为梁板支撑体系，高宽比大于3，且无法拉结固定，施工难度较大。

经与钢结构、设计以及业主、监理的共同研究，决定利用钢结构钢骨柱和型钢梁的优势，增加型钢梁＋压型钢板作为15.0 m层梁板支模体系，减小标志塔建筑物施工的难度及危险性。同时，在两剪力墙之间搭设满堂操作架，立杆纵横间距1.0 m，步距1.5 m，四周剪刀撑由底至顶连续布置，剪力墙两边的水平钢管用顶托加木方顶紧两边墙体，以保证架体的整体稳定性，此架体作为材料堆放及人员操作场地。15.0 m层梁板支模体系为工字钢上铺压型钢板，工字钢与钢柱高强螺栓连接，不采用钢管作为支撑架。

针对施工的特点和难点，在600 mm×1 000 mm梁下设置H600 mm×300 mm×18 mm×20 mm型钢作为支撑，型钢采用4颗M20高强螺栓连接端部钢柱，连接板宽200 mm、厚10 mm；300 mm板下设置2根300 mm× 126 mm×9 mm×14.4 mm工字钢作为支撑，板下模板为1.2 mm的YXB95-225-675（B）压型钢板。15.0 m以上采用普通支模和高支模进行施工。

3 施工部署

先安装基顶—15.0 m标高处钢骨柱及钢梁，同时安装15.0 m层梁板下部钢梁、压型钢板模板，并开始搭设外脚手架及内部操作架，按照每段3.0 m高施工2片剪力墙[5-8]。

1）标高15.0—20.0 m：属于普通模板支撑体系，搭设梁板支撑架，支设剪力墙模板，该段混凝土结构一次性施工完成。

2）标高20.0—35.0 m：筒体结构竖向分段施工，每次施工3 m高，剪力墙施工的同时，按照方案搭设满堂支撑架，作为35.0 m梁板支撑架。

3）标高35.0—38.0 m：38.0 m梁板支撑架搭设同20.0— 35.0 m。38.0 m以上为无梁板结构，故无支模架，只搭设操作架。

4 关键施工技术

4.1 施工工艺流程

地脚螺栓安装、埋件安装→钢柱安装→钢梁安装→15.0 m下部钢梁安装→压型钢板安装（压型钢板安装焊接→栓钉焊接→封边、堵头板安装、焊接→清理、验收）→架体搭设→模板施工→钢筋绑扎→混凝土浇筑→养护→架体拆除

4.2 施工方法

4.2.1 钢结构施工

钢柱安装前，引测轴线及标高，清理底板杂物，发现问题提前处理，以免延误钢柱安装。起吊前，钢柱安装爬梯、防坠器等安全措施；缓慢起吊，并防止钢柱在地面被拖拉。当钢柱吊至安装位置上方200 mm时缓慢下落，钢柱就位稳定后，钢柱吊装就位，拧紧地脚螺栓螺母以防止构件移位或倾覆。

4.2.2 压型钢板设计

钢柱安装完成后，安装上部钢梁，并安装15.0 m支撑体系的型钢及压型钢板，在600 mm×1 000 mm梁下设置H600 mm×300 mm×18 mm×20 mm型钢作为支撑，型钢采用4颗M20高强螺栓连接端部钢柱，连接板宽200 mm、厚10 mm；300 mm板下设置2根300 mm×126 mm×9 mm×14.4 mm工字钢作为支撑，板下模板为1.2 mm的YXB95-225-675（B）压型钢板，15.0 m支模体系优化设计如图3～图5所示。

4.2.3 压型钢板主要施工方法

铺设前应该对变形的压型钢板予以矫正，其顶面杂物要清理干净，严防受潮，然后再涂刷油漆。先在铺板区弹出钢梁的中心线，主梁的中心线是铺设压型钢板固定位置的控制线。由主梁的中心线控制压型钢板搭接钢梁的搭接宽度，并决定压型钢板与钢梁熔透焊接的焊点位置。次梁的中心线将决定熔透焊栓钉的焊接位置。

图3 15.0 m平面布置

图4 1-1剖面

图5 2-2剖面

因压型钢板铺设后难以观测次梁翼缘的具体位置，故将次梁的中心线及次梁翼缘宽度返弹在主梁的中心线上，固定栓钉时应将次梁的中心线及次梁翼缘宽度再返弹到次梁面上的压型钢板上。吊运时采用专用软吊索，以保证压型钢板板材整体不变形、局部不卷边。压型钢板与压型钢板侧板间连接采用咬口钳压合，使单片压型钢板间连成整板。先点焊压型钢板侧边，再固定两端头，最后采用栓钉固定。

4.2.4 架体搭设

标志塔15.0 m以下内部支模架操作系统采用普通钢管支撑，立杆纵横间距1.0 m、步距1.5 m，四周由底至顶设置连续剪刀撑，剪力墙两边的水平钢管用顶托加木方顶紧两边墙体，以保证架体的整体稳定性，此架体作为15.0 m以下墙体施工的操作平台[9-11]。

梁、板施工采用工字钢＋压型钢板作为15.0 m层的支撑体系。其余位置采用常规的高支模及模板支撑体系进行支撑。外部采用3排脚手架进行防护，内侧的2排脚手架25.0 m以下采用双排脚手架进行搭设，最外侧的1排脚手架采用单排脚手架。

4.2.5 模板施工

1）2片剪力墙施工。施工过程中每3 m施工一次，所有模板均在木工房统一制作、预拼，并将对拉杆眼位弹线钻好；模板必须清理干净，不得有杂物残留。木方必须过刨木机，以确保尺寸一致以及满足平整度要求。由于本工程剪力墙尺寸逐渐变化，同时墙体内部含型钢柱，故对拉螺杆洞需提前定位，在型钢柱加工时，需提前在钢柱腹板开洞，按照方案中“200 mm＋600 mm＋600 mm＋600 mm＋600 mm”的间距开对拉螺杆洞，洞直径为19 mm。由于结构的特殊性，采用大配模作为墙体的模板，施工中剪力墙变化的角度一致，故先按照剪力墙的角度切割2块斜面模板，在中间增加模板以调整尺寸。

2）15.0 m梁板施工。采用压型钢板混凝土组合楼板结构，可以取消传统钢筋混凝土楼板的支模施工方法，节省大量工期，同时也解决了本工程超规范高宽比架体搭设的危险性，保障施工。采用工字钢作为支撑体系，压型钢板作为模板，在绑扎钢筋的过程中，注意压型钢板与原结构之间的缝隙处理。本工程采用在压型钢板边缘底部用木方固定，采用挤塑聚苯板以及双面胶对缝隙进行处理的方式，防止在绑扎完钢筋进行混凝土浇筑的过程中出现漏浆的现象。

3）架体防雷。由于标志塔结构较高，脚手架架体亦搭设得较高，为防止雷电天气时可能存在的危险性，架体设计防雷是一项重要工程。架体搭设至未浇筑混凝土前，在架体立杆上焊接φ12 mm镀锌钢筋，从剪力墙对拉螺杆洞伸出，再与外架焊接，利用外架的防雷措施，将电流引入地下。

4.3 设计计算（15.0 m层钢结构支模体系计算）

4.3.1 压型钢板承载力计算

1）荷载统计。根据《建筑结构荷载规范》进行荷载统计，按板厚300 mm、宽1 m进行计算，故300 mm钢筋混凝土均布荷载为7.65 kN/m2，施工荷载为2.5 kN/m2，压型钢板上荷载设计值为31.04 kN/m。考虑动力系数1.3，荷载值为43.46 kN/m。

2）受力模型。根据15.0 m支模体系可知，压型钢板下部次梁间距1.267 m，主梁间距4.029 m，故按跨度为4.029 m的简支梁进行计算。

3）受力计算。压型钢板上弯矩：M=88.18 kN·m，根据《钢与混凝土组合楼（屋）盖结构构造》05SG522附录3-3可知，压型钢板截面惯性矩I=121.74 cm4/m，截面抵抗矩W=25.91 cm3/m，σ =M/W=3.40 N/mm2＜f =205 N/mm2，满足要求。

4.3.2 次梁承载力计算

工字钢次梁受荷统计：工字钢次梁受荷面积为1.267 m×3.6 m＝4.561 2 m2，如图6所示。

图6 工字钢次梁受荷面积示意

次梁上承受板传递荷载为198.23 kN、次梁上承受压型钢板荷载为0.62 kN，故次梁上承受荷载为198.85 kN。次梁上恒线荷载55.24 kN/m、活荷载2.5 kN/m。

5 操作性对比分析

一般现场梁板支撑系统采用传统的支撑架和模板进行施工，可以按部就班地按照模板以及支撑架的方式进行搭设。而狭小高耸结构的标志塔由于结构的特殊性，搭设施工优化为利用原有的钢结构增加钢梁＋压型钢板作为梁及板的支撑系统。以下对进行模板优化时所考虑的具体原因进行阐述：

1）由于标志塔结构设计本身的约束，15.0 m以下只有2片剪力墙，内设钢骨柱进行支撑，高度较高，本身设计空间较狭小。

2）若采用高支模进行支撑，支撑架的高度为15.0 m、宽度为4.6 m，有两面无固定措施，高宽比大于3，危险性系数较高，施工难度较大。

3）利用原有钢结构增加钢梁＋压型钢板作为梁、板的支模系统，避免了高支模的危险性。15.0 m以下架体不作为支撑系统，只用作操作架体。

4）对于15.0 m梁板，施工工人可操作性强，可缩短工期。

6 经济性对比分析

传统的高支模支撑体系相对于钢梁＋压型钢板作为梁、板的支模系统，需要投入的人工及材料成本较高。在狭小的结构空间采用传统的高支模系统，施工高度较高，钢管较密集，工人施工操作困难，危险系数较高。优化后利用原有结构中钢结构的优势增加钢梁＋压型钢板作为支撑系统，大大解决了传统支模架的难题。利用原有的钢结构，在工字钢上铺压型钢板，工字钢与钢柱采用高强螺栓连接，可以在标志塔施工完成后拆除，不需要花费大量的费用及人工。