侯海涛 谢元勋

中国建筑第八工程局有限公司广西分公司 广西 南宁 530028

随着中国经济建设的发展，大型体育场馆项目正越来越多，造型也更加多样化。目前的大型体育场馆，为满足建筑设计大空间需要，梁及柱截面设计越来越大，造型也远不是标准矩形柱构件。广东省第15届省运会主场馆中的专业足球场Y形柱及顶层看台斜梁均为大截面超重构件，国内尚无此类超重斜向构件出现，本文根据构件空间布置，进行施工方案选型分析，并论述可行性[1-2]。

1 工程概况

柱截面尺寸为1 200 mm×2 000 mm，柱倾斜角度18°；梯形变截面尺寸为（1 200，600）mm×600 mm（底面），（1 200，1 100）mm×100 mm（顶面）；斜梁截面尺寸为1 000 mm×2 000 mm，斜梁倾斜角度31°。看台环梁尺寸为200 mm×640 mm，看台板厚120 mm。外环箱形梁截面为400 mm×2 000 mm，箱形梁上下板厚120 mm。

外围箱形梁高度随看台环向位置不同，标高均有差异，最高距离底部支撑面20.5 m（图1）。

根据以上构件信息及空间布局，在假设钢筋混凝土密度为2.4 t/m3的条件下，计算可得斜柱每米长度范围内向外侧产生的倾覆水平力为16.9 kN。斜梁每米范围内竖向荷载为48 kN。

根据以上分析，并根据《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》，上述构件中顶层看台斜梁属于超重构件，4层以上斜柱支撑已属于超高支撑构件。

图1 Y形柱及顶层看台斜梁的典型剖面

2 支撑选型及构架加固方案

由于外围Y形斜柱及顶层看台斜梁难以施工，需先对该两处构件进行选型分析，整体考虑方案可行后再进行其他构件选型。

2.1 斜柱支撑分析

由于斜柱太重，支撑高度太高，有向外的水平推力，整体选取普通钢管扣件式支撑架来支撑是比较经济合理、技术可靠的方式。

为满足顶部箱形梁20.5 m支撑架搭设高度需要，根据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》第6.9.7条规定，在考虑节省施工成本的情况下，可采取与框架柱刚性连接的方式（抱柱）加固。因此在考虑成本的情况下，支撑架宽度及斜梁跨度范围内立杆排数会有适当减少，但箱形梁外侧加固用的2排（至少2排）支撑架不得取消。

回顶斜柱的斜杆若考虑落地的话，斜杆长度约66 m，水平搭设长度达到63 m，显然，相比20.5 m高斜柱，该段直接用可落地斜杆回顶的斜柱高度并不实际，而解决方案便是通过钢丝绳与楼层内部已经完成的混凝土构件（如框架柱）进行拉结来平衡上部无法落地斜杆倾覆向外产生的水平力。但是，随着高度增加，能够用来支撑斜柱向外推力的支撑架立杆排数越来越少，经查阅大量论文，单个旋转扣件的抗滑力约1 000 N是比较可靠的，经计算，假设钢管回顶的排数为2排，那么扣接的钢管排数小于8.9个扣件时便不再可靠。因此还要想出这个高度限值以上斜柱构件的支撑方案，这8.9个扣件也决定了斜柱支撑架要向外延伸的排数。

若考虑回顶的斜杆仅仅用来支撑模板、钢筋及其他施工荷载的话，那么这些荷载（约8.4 kN），产生的水平推力仅为3.7 kN，也就是说，1.9个扣件就能抵抗其水平推力（施工过程中，不算混凝土荷载情况）。为满足该情况，则需如下假设成立。

假设顶层看台斜梁先行施工，并通过看台斜梁用钢丝绳斜拉斜柱便可抵消斜柱向外的推力。由于斜柱新浇混凝土无法承受构件本身的抗弯变形，因此在其背部须再做一支架。即用双槽钢组成斜柱底主楞，再在双槽钢外背工字钢来承接钢丝绳带来的拉力（图2）。

图2 钢丝绳斜拉斜柱原理

2.2 斜梁支撑分析

2.2.1 一般情况下钢管竖直搭设的可行性分析

一般情况下，梁板支撑架支撑杆为竖直搭设，由于看台斜梁特殊性，有一定倾斜角度，若按此常规方式搭设将产生支撑架横杆拉断、钢管顶托与立杆之间不在同一垂线产生局部钢管折断、斜梁底部模板次楞局部折断情况。其具体分析大体如下：

假设支撑架立杆布置1 m一道，梁底设置4排立杆（图3）。

根据图3所示，该钢架为129次超静定结构，按照一般方法难以进行计算分析，但若假设其节点均为铰接点并在各放线一端加入铰支座后，便可比较容易分析出其斜杆及水平杆受拉力至底部逐渐增加，经分析，其斜杆最大拉力值为51 kN，单根钢管最大受拉力为44.8 kN，虽扣件之间为半刚性连接，但我们仍认为其不可靠。

图3 支撑架受力模型

2.2.2 解决方案

将顶层箱形梁在2层楼面放线定位，并以此向1层楼面引线，确定2层楼面支撑架的非拆除区域。对箱形梁进行支撑架搭设计算，并排杆，据此排杆在现场进行外围箱形梁支撑架搭设，并与相邻楼层支撑架搭设同时施工。待施工至4层楼面时，在4层楼面根据斜梁支撑杆位置预埋短钢筋，并在Y形斜柱外围600 mm范围内一同浇筑施工临时支撑板。

待4层楼面达到顶层看台支撑架施工条件时，进行支撑架施工，斜梁应先完成第1段斜梁施工，并预埋钢筋吊环，同时斜柱外围工字钢进行吊装，第1段斜柱施工时斜拉钢丝绳，完成第1段斜柱施工，同样顺序进行第2段斜梁施工，并在第2段斜梁位置预埋对拉螺杆，最终完成斜柱斜梁段位置后完成整个构件施工。

3 整体施工流程

3.1 整体施工流程

斜柱、梁、楼层外边线投影投线→立杆排杆→楼层内部满堂架搭设→楼层外部满堂架搭设，同时进行钢筋工程并复核校验钢筋外包尺寸（主要柱箍筋尺寸）→斜柱模板回顶→斜柱模板工程→斜柱模板回顶调整→斜柱混凝土工程→次层楼面模板工程→……→箱形梁模板工程→箱形梁钢筋工程→箱形梁吊模→箱形梁混凝土工程→箱形梁顶板支撑→箱形梁顶板模板、混凝土工程[3-4]

3.2 注意问题

1）满堂架搭设不应快于楼层内支撑架满堂架搭设，满堂架内水平杆应和楼层内支撑架至少2跨形成搭接，楼层施工时应注意钢管预埋以让楼层外处支撑架连墙，增加支撑架整体性。

2）在Y柱模板施工前，应将其回顶的斜杆先与满堂架进行固定，斜杆回顶固定应尽量用旋转扣件固定在立杆上，若无法满足可将接头位置固定在横杆上。

3）由于架体搭设高度较高，故施工过程中应做好水平防护。

4）梁板满堂架搭设完成及托梁搭设完成后拉线复核其平整度及标高，复测无误后进行方条及模板安装。

5）斜柱和斜梁混凝土浇筑时避免对模板直冲，最好由底模板流入构件，并按常规方式振捣。

4 顶层看台斜梁、Y形斜柱施工方案

专业足球场顶层看台斜梁为超重梁，斜柱存在向外倾覆水平力，该处施工顺序较为复杂，具体如下（图4）：看台斜梁定位→第1段看台斜梁支撑架施工→第1段看台斜梁钢筋模板工程→第1段斜柱钢丝绳在看台斜梁预埋钢筋→第1段看台斜梁混凝土工程→第1段斜柱模板及钢筋工程施工→第1段斜柱工字钢吊装→第1段斜柱工字钢用钢丝绳斜拉→固定工字钢及钢丝绳短钢筋焊接→斜拉钢丝绳拉紧固定→第2段看台斜梁支撑架施工→第2段看台斜梁模板及钢筋工程施工→第2段斜柱钢丝绳在看台斜梁预埋钢筋、斜柱斜梁交叉部位对拉螺杆预埋→第2段斜柱模板及钢筋工程施工→第2段钢丝绳斜拉及固定→第2段斜柱混凝土工程→斜柱斜梁交叉位置钢筋工程→斜柱斜梁交叉位置模板工程→斜柱斜梁交叉位置混凝土工程。

图4 斜梁、斜柱施工顺序示意

4.1 第1段斜梁施工

模板安装完成后及顶层看台斜梁支撑楼板混凝土浇筑前就要对顶层看台斜梁进行平面定位，根据看台斜梁支撑要求进行支撑杆定位，支撑板钢筋工程施工的同时进行支撑杆下短钢筋的预埋。再对内部短柱进行混凝土浇筑，楼板混凝土浇筑完成24 h后，在楼层面对斜梁等构件进行放线定位，进行梁支撑杆搭设。由于支撑架水平杆不能与周围支撑架水平杆进行连接，因此应在斜梁支撑架外斜拉钢丝绳或制作斜撑（图5）。斜梁底模板施工完成后完成钢丝绳吊环预埋，最后进行钢筋工程、梁侧模板封闭、混凝土工程。

图5 第1段斜梁施工示意

4.2 第1段斜柱施工

第1段斜柱的施工高度约为4.84 m，外围箱形梁支撑架施工至第1段斜柱施工高度时先进行回顶斜杆固定，然后吊装工字钢。工字钢吊装时应注意其吊装角度与斜柱角度大致相同，吊点位置设置在1/4工字钢跨度，吊装就位后先使其底部就位，然后通过预先在工字钢上打好的孔与满堂脚手架采用钢丝绳绑牢，确认安全后松开吊绳（图6）。

图6 第1段斜柱工字钢吊装示意

在斜柱宽度范围内增加斜杆用以回顶斜柱木方，同时进行底模施工。底模施工完成后调整斜柱底模角度。钢筋工程施工时以斜柱底模为支撑，由于斜柱纵向钢筋直径较大，需用二级或一级直螺纹套筒对纵向钢筋进行连接。钢筋工程施工完成后进行另外3面模板拼装及加固。最后通过工字钢底顶托调整工字钢角度，张拉钢丝绳，拆除木方下及工字钢下顶托（图7）。

4.3 第2段斜梁施工

第2段斜梁施工前拆除第1段斜柱侧模及顶模。根据斜梁位置搭设第2段斜梁支撑架，支撑架落至斜柱面且每道立杆下增加2道斜杆，斜杆距斜柱面分别为200 mm和400 mm。立杆搭设一定范围后部分看台斜梁立杆无法落至斜柱面，对该种立杆使其与看台斜梁面倾斜。看台斜梁顶需预埋3排M16对拉螺杆，埋入深度不小于600 mm，对拉螺杆总长度不小于5 500 mm，每排对拉螺杆6根，共计埋设18根（图8）。

图7 第1段斜柱施工示意

图8 第2段斜梁施工示意

4.4 第2段斜柱施工

第2段斜柱施工与第1段斜柱相同。

4.5 梁柱交叉段施工

该处钢筋工程施工前，将预埋的对拉螺杆进行调整，钢筋工程施工完成后再对对拉螺杆位置进行1次调整，确保能与模板开孔孔位对应，该处柱部分长边共设置4道水平双钢管主梁，每道设置5处M16对拉螺杆，短边设置10#槽钢，中间利用预埋的对拉螺杆固定，两侧不再另加对拉螺杆（图9）。该处混凝土施工时务必控制浇筑速度不得超过3 m3/h。

5 方案设计时应注意的问题

1）由于看台斜梁下支撑架支撑杆倾斜，很难与周围满堂架用水平杆连成整体。根据设计图纸，看台斜梁与支撑板最高达9 m，而支撑杆所形成的架体宽仅1.2 m，高宽比达到7.5，远远超出规范要求，但建筑模板安全技术规程同时又给出了处理意见，即“应与主体结构采用抱柱等形式的刚性连接，当无法满足时可采取斜拉钢丝绳等柔性限制措施”。因此在方案设计计算此构件支撑架时应考虑其左右倾覆情况，为保证支撑杆稳定性，计算时选取的高宽比参数应加大，以增加长细比。虽然左右两侧斜拉钢丝绳可满足规范给出的建议，但钢丝绳毕竟会存在柔性变形，由于构件较重，一旦两侧变形不能很好限制，其中一根支撑杆失稳将有极大可能产生整体倾覆现象，因此除采用钢丝绳等柔性斜拉限制外，还应在不同方向设置水平钢管与周围满堂架连接[5]。

图9 梁柱交叉段施工示意

2）本文论述方案虽然提及斜梁支撑斜杆下有预埋的短钢筋限制其滑动，但由于无法提供计算依据，为确保施工过程的可靠性，故还应在架体两侧单独设置剪刀撑以增加架体稳定。

3）本文之所以采用普通的施工工艺、材料就能够使超重斜梁、斜柱得以实现，主要取决于斜梁、斜柱交替施工，采用支撑斜杆支撑斜梁，通过斜梁斜拉钢丝绳以阻止斜柱向外倾覆。上述原理仍有较为重要的问题需要注意，即在斜梁里预埋的钢筋吊环，混凝土到底可以为其提供多少的握裹力来抵抗钢丝绳的斜向拉力，除了尽可能在混凝土中增加预埋钢筋长度外，还需要查阅大量资料以佐证其可靠性。