某大禮堂超高大跨度模板工程施工技術分析

蘇文庭

(福建泉大建設有限公司 福建廈門 361009)

0 引 言

大跨度結構施工，尤其是超高大跨度現澆模板工程，由于容易出現質量和安全事故受到高度關注。超高大跨度現澆模板，指的是有下列任一情況[1]：模板的支撐高度超過8m；模板的跨度大于18m；施工時施加在模板上的均布荷載超過15kN/m2；模板上的線荷載超過20kN/m。這種大跨度現澆模板結構施工的關鍵因素是模板安全和架體的搭設。

針對超高大跨度現澆模板安全和架體的搭設，莊金平等[2]通過現場實測超高大跨度模板支撐立桿的內力，分析了不同的澆筑方法和樓(屋)面形式對立桿內力變化的影響；楊娜等[3]采用生死單元法，以某工程高大模板支撐架為例，分析了支撐系統構件對高大模板工程的重要性；李明偉等[4]以某工程的混凝土墻模板為例，分析了模板對拉螺栓強度、剛度及抗剪強度，并驗算了該方案對拉螺栓間距的可行性；石偉國[5]通過對比目前使用的模板、扣件式腳手架和混凝土施工的主要相關規范，分析了模板工程計算方式及構造措施。吳建雄[6]對比了兩種模板立桿穩定計算方法，分析了某超高大跨度的凌空臺口梁模板支撐。

綜上可見，超高大跨度梁模板工程的分析，主要是針對其支撐和計算以及施工技術分析，但是對于不同的結構形式模板工程的分析差別較大。因此，本研究擬以某大禮堂超高大跨度現澆結構模板工程為例，對現澆結構超高跨度梁模板工程搭設和拆除的施工技術進行分析，并對模板、支撐、主次龍骨、模板梁側對拉螺栓進計驗算，驗算和分析結果為類似工程提供參考。

1 工程概況

福建廈門醫學高等?？茖W校二期工程-大禮堂，建設地點位于廈門市集美區灌口鎮三社村、廈門醫學高等?？茖W校內，大禮堂建筑共3層，建筑總面積為2752m2；大堂挑高區域高度為16.45m，1～3層的層高分別為5.10m、6.30m、4.20m；主體結構為現澆鋼筋混凝土框架結構。工程超高大跨現澆模板主要有大堂挑高區域的超重梁和超高梁板模板，構件情況如下：二層臺階標高4.240處有截面為400mm×1700mm的超重梁；三層挑高區域有截面為250×800的超高環梁(次梁)；屋頂層大堂挑空有截面500mm×1900mm、500mm×2200mm等超高大跨度度梁。梁最大跨度32.00m；大部分板厚度120mm。圖1為屋頂層超高梁板模板論證區域位置圖；圖2為現場施工完成模板拆除后的框架主體結構內景；圖3為工程竣工后外立面。

該項目超高大跨度現澆結構模板工程，雖然建筑面積較少、工程量不大，但是存在跨度較大、重量大和高度超高等顯著特點，施工技術較為復雜。因此，必須對其高大模板及其支撐體系的施工方案進行具體的安全論證。

圖1 屋頂層超高梁板模板論證區域位置圖

圖2 框架主體結構內景

圖3 大禮堂外立面

2 超高大跨度現澆模板工程施工技術

2.1 施工要求

工程中，超高大跨度梁和超重梁的模板為高大模板，屬于(住房城鄉建設部令第37號)《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》的分項工程，在施工前，根據該工程性質、工程結構特點，對超高大跨度梁和超重梁模板支撐的安全，編制專項施工方案。組織專家對其安全性進行論證，根據專家論證意見修改施工方案，最后經過施工項目負責人和總監理工程師確認后，施工單位按相關的規定進行有關報備手續。高大模板施工時，應確保模板支撐架穩定，施工完畢后，組織相關單位和人員按照要求進行驗收，驗收合格后進入下一道施工工序。

2.2 施工技術

2.2.1立桿基礎

模板支撐架立桿基礎為鋼筋混凝土樓板或厚度為100mm的C15地梁面素混凝土墊層，在每根立桿底部設置木墊板，其長度2-3跨，木墊板規格尺寸為(200mm×50mm)。對于立桿基礎為素混凝土墊層，墊層下的回填土采用粗砂土，其密實度不小于0.90，分層夯實，厚度為300mm。

2.2.2立桿

為了保證立桿穩定性，支撐架采用滿堂式，立桿之間間距900mm～1100mm，梁兩側樓板采用對稱設置的立桿，立桿距梁側距離不超過500mm，立桿間距包括板和梁底沿縱向應成倍數。梁板支撐立桿以梁為中心對稱布置同時施工。當立桿坐落在樓層時，高大模板施工期間，其下面樓層的模板支撐保留不拆除。

2.2.3掃地桿

為了增加支撐底部的穩定性，設置掃地桿在立桿底距離地面高度200mm處，按照縱下橫上的順序設置，掃地桿接長方式采用對接，相鄰接頭水平錯開且不同跨，距離宜大于500mm，接頭中心到主節點之間距離宜小于立桿間距的1/3。

2.2.4水平拉桿

工程上部樓層的超重梁和超高梁模板高度較大，支撐容易發生整體穩定，為了保證施工時的安全，在可調支托底部立桿頂端，設置水平間距小于1500mm的水平加固桿，與周圍建筑頂緊頂牢。當立桿基礎高度不同時，將高低差小于1000mm高處縱向，以掃地桿向低處延長兩跨，且與立桿固定。

2.2.5剪刀撐

為了增加模板系統的穩定性，在水平和豎向設置加強型剪刀撐。豎向剪刀撐，沿超重梁長立桿雙側布置，寬度為4跨，連續設置在由底至頂架體外側周邊及內部縱橫向；水平剪刀撐，設置在掃地桿的設置層距架體底平面不超過6m處，寬度為3m～5m。采用搭接長度不小于1m、多于2個旋轉扣件固定的方式接長剪刀撐斜桿。剪刀撐采用旋轉扣件固定在與之相交的水平桿或立桿上，旋轉扣件中心線至主節點的距離不大于150mm。

2.2.6頂托

可調頂托的作用是便于安裝鋼管以及調整高度。頂托與最上面一道水平拉桿之間的距離不超過300mm，頂托的螺桿插入鋼管中的深度不小于150mm，伸出立桿頂部的長度小于200mm。頂托安裝時，保證螺桿中心與鋼管中心在同一直線上，其外徑與內徑的間隙不大于3mm。

2.3 工藝流程

超高大跨度梁、超重梁的模板及支撐的施工工藝流程如圖4所示。

圖4 施工工藝流程圖

2.4 支撐架搭設

根據立桿平面布置圖進行支撐架定位，采用逐排和通層搭設的方法。為保證搭設順利進行，搭設前對工作面進行清理，并隨搭隨設掃地桿水平縱、橫向加固桿。圖5為支架立桿搭設，立桿的穩定性靠立桿垂直度、掃地桿與頂部水平拉桿之間的間距來保證，現場支模時立桿的垂直度偏差不大于架體總高度的1/500，且不大于±50mm，在滿足水平拉桿步距(1.5m)條件下平均分配具體步距，且每步、每跨均雙向設置水平拉桿。

水平桿接長采用對接扣件連接，接頭不在同一跨內，交錯布置。立桿上的對接扣件接頭交錯布置，不在同步內，各接頭中心到主節點之間的距離不大于步距1/3。如圖6所示為立桿與可調托撐的搭設，根據支撐高度來設置，模板承重架與已澆筑的混凝土柱作為拉結節點，增強模板整體穩定性。模板支架完成搭設后，項目部首先對其進行自檢，然后通知公司的相關主管部門組織技術人員再次檢查。檢查合格后，再交由總監理工程師確認后，投入到工程中使用。

圖5 立桿搭設

圖6 可調托撐搭設

2.5 梁模板安裝

圖7為現場梁模板的安裝示意圖。安裝時，首先彈出柱子的軸線、梁位置分布線以及水平標高控制線，根據設計標高將頂托的標高調至預定高度，然后在托板上安放龍骨?，F澆鋼筋混凝土梁、板的模板，根據設計和施工規范要求起拱[7]，主、次梁交接時，先起拱主梁，然后起拱次梁。該工程梁和樓面模板均采用915mm×1830mm×18mm(厚)膠合板?，F場支模時，為了防止梁身模板不平直、梁底不平及下撓以及出現梁梁側模炸模等現象，在支模時遵從側模包底模的原則，在梁與柱交接處的模板支模時，一般縮短梁底模尺寸。在混凝土澆筑前用水將模板完全濕潤，澆筑時按照混凝土澆筑順序施工且隨澆隨搗。

2.6 樓面模板安裝

圖8為現場樓板模板安裝圖。安裝時，先通線，然后調整可調頂托標高至預定的高度，在托板上安放主龍骨，固定好后安放橫楞，然后在橫楞上從四周鋪起、在中間收口安裝膠合板模板。

圖7 梁模板安裝

圖8 樓面模板安裝

2.7 混凝土澆筑

該工程的混凝土采用商品混凝土，為了防止架體失穩以及支撐架與柱可靠固結，澆筑時用汽車泵泵送，澆筑時先澆筑框架柱的混凝土，待混凝土凝結硬化達到一定的強度之后，再澆筑梁板的混凝土。澆筑作業安排在晴朗的白天進行，保證澆筑混凝土的質量，各負責人員以及施工員相互監督，協調工作，而且專門派安全員加強對支撐變形的檢測。

2.8 模板拆除

拆模條件是混凝土強度達到設計強度的100%后，并確定不再需要模板，方可拆除[7]。模板拆除時，工人站在臨時搭設的腳手板上，按照后裝先拆、先裝后拆的順序整體拆除；對于同一樓層從梁中開始對稱拆除，不同樓層自上而下逐層進行。如圖9所示為梁模板現場拆模情況。

圖9 梁模板拆除

2.9 施工安全措施

為保證工程安全，現場成立安全救援小組，由該工程項目負責人擔任組長，項目技術負責人擔任副組長，安全組織和人員負責安全工作，腳手架支撐的搭設與拆除由有專業資格證書的人員擔任，工人現場拆模時需要戴安全帽，對于容易滑倒地段檢查作業人員是否穿防滑鞋及高度較高時是否系安全繩，全方位保證超高大跨模板搭設、混凝土澆筑、模板拆除的順利進行。

3 超高大跨度梁模板和支撐驗算

如圖10所示為梁模板支撐架立面圖；如圖11所示為梁模板組裝示意圖。為保證模板、支撐安全，驗算其強度，剛度，穩定性和變形。以高度為2200mm的梁驗算例，截面寬度500mm，高度2200mm，兩側樓板厚度為120mm，對拉螺栓豎向最大間距按300mm考慮，共布置6道，直徑為12mm，內龍骨間距250mm。

圖10 梁模板支撐架立面簡圖

圖11 梁模板組裝示意圖

3.1 梁底面板驗算

梁底面板按受力分析簡化為受彎構件，為保證安全性，需驗算抗彎強度和撓度。圖12為梁底面板計算簡圖、內力圖和變形圖。模板面板在荷載作用下按多跨連續梁計算內力，其上作用有梁、模板的自重、振搗混凝土產生的荷載等。

(a)計算簡圖

(b) 剪力圖(kN)

(c)彎矩圖(kN·m)

(d) 變形圖(mm)圖12 梁底面板計算簡圖、內力及變形圖

通過圖12(c)彎矩圖中的最大彎矩0.324kN·m，可計算面板抗彎強度的計算值為10.88N/mm2，小于面板的抗彎強度設計值15.00N/mm2；通過剪力圖12(b)最大剪力3.88kN，可計算截面抗剪強度計算值為0.98N/mm2，小于截面抗剪強度設計值 1.40N/mm2；通過變形圖12(d)可知面板最大撓度計算值為 0.44mm，小于面板的最大撓度允許值1mm，滿足要求。

3.2 立桿穩定性驗算

當不考慮風荷載時，穩定計算公式為：

經計算，得到σ=84.07N/mm2，立桿抗壓強度設計值[f]=184.50N/mm2，σ<[f]，滿足要求。

當考慮風荷載時，穩定計算公式為：

經計算，得到σ=89.739N/mm2，立桿抗壓強度設計值[f]=184.50N/mm2,σ<[f]，滿足要求。

3.3 梁側模板面板驗算

梁側面板按受力分析同梁底面板為受彎構件，為保證側模安全，需要驗算抗彎強度、撓度等。圖13為梁側模板面板計算簡圖、內力圖和變形圖，模板面板按照連續梁進行簡化計算，面板計算寬度取2.08m。

(a)梁側模板面板計算簡圖

(b)剪力圖(kN)

(c)彎矩圖(kN·m)

(d) 變形圖(mm)圖13 梁側模板面板計算簡圖、內力及變形圖

通過圖13彎矩圖(c)最大彎矩0.86kN.m，可計算出其抗彎強度計算值為7.66N/mm2，小于最大抗彎強度設計值15.00N/mm2；通過剪力圖13(b)最大剪力20.64kN，可計算抗剪強度計算值為0.83N/mm2，小于截面抗剪強度設計值 1.40N/mm2；通過變形圖13(d)可知面板最大撓度計算值為0.48mm，小于面板的最大撓度允許值1mm，滿足要求。

3.4 梁側模板龍骨的驗算

梁側模板內龍骨的荷載由模板傳遞而來，經受力分析通?？砂淳己奢d作用下的連續梁計算內力。圖14為內龍骨計算簡圖、內力圖和變形圖。

(a)內龍骨計算簡圖

(b) 內龍骨剪力圖(kN)

(c)內龍骨彎矩圖(kN·m)

(d) 內龍骨變形圖(mm)圖14 梁側模板內龍骨計算簡圖、內力及變形圖

通過彎矩圖14(c)最大彎矩0.144kN·m，可計算抗彎強度計算值為1.72N/mm2，小于內龍骨的抗彎強度設計值13.0N/mm2；通過剪力圖14(b)最大剪力2.83kN，可計算截面抗剪強度計算值為0.85N/mm2，小于截面抗剪強度設計值1.30N/mm2；通過變形圖14(d)可知內龍骨的最大變形為0.013mm，小于最大撓度允許值1.2mm，滿足要求。

梁側外龍骨計算方式同內龍骨，不同之處在于外龍骨承受內龍骨傳遞的集中荷載，按集中荷載作用下的連續梁計算內力。經驗證，抗彎強度小于設計強度，支撐鋼管最大撓度為0.14mm，小于500/150=3.3mm與10mm。

3.5 對拉螺栓驗算

對拉螺栓強度計算公式N=abFS，公式中N為對拉螺栓強度，a為橫向間距，b為豎向間距，FS模板側壓力設計值。根據施工工藝，初步選用直徑為12mm對拉螺栓，有效直徑為10mm，有效截面面積76mm2，對拉螺栓橫向間距為500mm，豎向間距為300mm，共設置6道。結果表明：對拉螺栓所受最大拉力為11.59kN，小于對拉螺栓最大容許拉力值12.90kN，說明對拉螺栓安全性能夠得到保證。

4 結語

(1)超高大跨度模板是一個系統的施工工程，施工前編制專項施工方案，并組織專家進行論證審查。由于該工程超高大跨度模板支撐高度和荷載均較大，施工時容易發生支撐架的失穩，模板支撐架的穩定是施工時考慮的主要關鍵因素之一。

(2)超高大跨度梁、超重梁的現澆結構，該工程通過對其模板施工技術的詳細分析，說明按照該工程施工工藝方法，現澆結構高大模板的安裝、拆除未出現安全問題，混凝土施工質量也能夠得到保證。

(3)按照該工程的施工工藝，并通過對高大模板的面板、龍骨、對拉螺栓的驗算，驗算結果滿足要求，高大模板在施工時未出現側模板炸模的現象，模板的強度、剛度、穩定性均能夠得到保證。