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1、大跨度梁模板及高支撑架的设计和施工通州建总徐州公司 耿文福 季 斌 钱德新一、工程概况1、本工程为中国矿业大学图文信息中心工程，总建筑面积46735m2,地上八层，地下一层（人防工程），建筑高度（钟楼檐口）为58m，结构型式为全现浇框架剪力墙结构，地震烈度为7度设防，砼等级从C35-C50，钢材为级钢。本工程是中国矿业大学在南湖校区投资兴建的一项重点工程，是新校区的一座标志性建筑，华南理工大学建筑设计研究院设计，通州建总集团有限公司中标承建。2、该建筑主要由两个圆弧形和局部折线构成其平面布局，其主要外轮廓均呈圆弧形立面，给主体结构的施工带来一定的难度。其中在主楼屋面处，立面设计上则有曲率半径为
2、63000mm的大跨度弧形大截面梁，针对该梁的特殊性，我们在施工前组织技术人员进行了专题研究，对梁模板及其高支撑架进行认真的设计计算，编制了专项施工方案，以用于指导施工。二、模板设计的基本内容该框架梁为一弧形梁，断面尺寸为bh=3003300mm，自重2.5t/m,底标高23.25m，弧长L=24000mm，曲率半径为63000mm，由于支座（框架柱）设在五层框架梁柱节点上（此框架梁柱已经浇筑完毕，并将该梁的上下主筋全部留出。由于该梁的支座刚度、梁的含钢率较大，且此弧形梁半径也较大，因此计算该梁的模板及支撑时，可按直线梁考虑，其它参数见图（一）。图（一） 框架梁平面示意图（一）、荷载计算：计算
3、模板及其支架的荷载，分为荷载标准值和设计值。前者按经验或查阅有关资料可得，后者以荷载标准值乘以相应的荷载分项系数而取得。1、荷载标准值：（1）、模板自重标准值：模 板 构 件 名 称木 模 板（KN/M2）平板的模板及小楞0.30楼板的模板（包括梁的模板）0.50（2）、新浇砼自重：普通砼24 KN/M3（3）、钢筋自重标准值：框架梁：1.5 KN/M3；楼板：1.1 KN/M3（4）、施工人员及设备荷载标准值：A、计算模板及直接支承模板的小楞时，对均布荷载2.5 KN/M2和集中荷载2.5 KN两者所得弯距较大者采用。B、计算直接支承小楞结构构件时，均布荷载取1.5 KN/M2。C、计算支架
4、立柱及其它支承结构构件时均布荷载取1.0 KN/M2。（5）、振捣砼时产生的荷载标准值：对水平模板为2.0 KN/M2，对垂直面模板为4.0 KN/M2。（6）、新浇砼对模板侧面压力标准值：强度验算要考虑新浇砼侧压力和倾倒砼时产生的菏载，挠度验算只考虑新浇砼侧压力。新浇砼侧压力计算公式为下两式中的较小值F= F=CH式中: C砼的重力密度(KN/M3),取24 KN/M3新浇混凝土的初凝时间，为0时（表示无资料）取 200/（T+15）T= 砼的入模温度取25。C外加剂影响修正系数，取1.0 00;混凝土坍落度影响修正系数，取1.15。V =砼的浇筑速度取2.5m/hH砼侧压力计算位置至新浇砼
5、顶面的高度(m)(7)、倾倒砼时产生的水平荷载标准值(KN/M2)泵送砼取2KN/M22、荷载设计值：计算模板及支架的荷载设计值，应为荷载标准值乘以相应的荷载分项系数。1见下表：模板及支架荷载分项系数表项次荷 载 类 别11模板及支架自重1.22新浇砼自重1.23钢筋自重1.24施工人员及设备荷载1.45振捣砼时产生的荷载1.46新浇砼对模板侧面的压力1.27倾倒砼时产生的荷载1.4（二）、荷载组合：1、荷载类别及编号：项次名 称类 别编 号1模板及支架自重恒 载2新浇砼自重恒 载3钢筋自重恒 载4施工人员及设备荷载活 载5振捣砼时产生的荷载活 载6新浇砼对模板侧面的压力恒 载7倾倒砼时产生的
6、荷载活 载2、荷载组合：项次项 目荷 载 组 合计算承载力力验算刚度1平板模板及支架+2梁模板的底模板及支架+3梁、柱（边长300）墙厚100的侧面模板（五）+（六）（六）4大体积结构柱（边长300）墙厚100的侧面模板（六）+（七）（七）三、模板设计的主要原则1、实用性：主要应保证砼结构的质量。（1）、接缝严密，不漏浆；（2）、保证构件的形状尺寸和相互位置的正确；（3）、模板的构造简单，支拆方便。2、安全性：保证在施工过程中不变形，不破坏，不倒塌。3、经济性：针对工程结构的具体情况，因地制宜，就地取材，在确保工期、质量的前提下，尽量减少一次性投入，增加模板周转，减少支拆用工，实现文明施工。四
7、、梁木模板与支撑计算（一）梁模板采用11层胶合板，支撑体系采用483.5钢管及50100方木。1、木材顺纹抗压强度fc=10N/2；2、木材顺纹抗剪强度fv=1.4N/2；3、木材抗弯强度 fm=13N/2；4、木材弹性模量 E=9000 N/2；5、受弯构件容许挠度值=L/250。（二）钢管483.5的几何及力学特征值为：1、截面抵抗矩 W=5078mm32、截面惯性矩 I=121900mm43、截面积 A=489 mm24、弹性模量 E=2.06105N/mm25、回转半径 r=15.78mm（三）模板支撑体系参数1、支架步距 1800mm2、梁底立柱间距 500mm3、梁侧立杆间距 50
8、0mm（四）梁模板基本参数（1）梁断面尺寸 bh=3003300(mm);梁跨度L=24m。梁底标高23.25m。（2）沿高度方向和水平方向设对拉螺栓间距均为500，螺栓直径14。（3）梁模板图详见图（三）。1、荷载计算（线荷载）（1）、梁模板自重：0.5KN/M20.5(0.3+23.3)1.2=4.14 KN/M； (2)、砼自重：砼自重24KN/M3240.33.31.2=28.51 KN/M；（3）、钢筋自重：钢筋自重1.5 KN/M31.50.33.31.2=1.78 KN/M；（4）、施工人员及设备荷载A、计算模板及小楞取集中荷载2.5KNB、计算支撑小楞结构构件时取均布荷载1.5
9、KN/mm2C、计算立柱时均布荷载1.0 KN/mm2(5)、振捣砼时产生的荷载A、对水平模板为0.321.4=0.84 KN/MB、对垂直面模板为3.34=18.48 KN/M（6）、新浇筑砼对侧模压力标准值：F=CH=243.31.2=95.04 KN/MF= =0.2224511.15=47.97 KN/M上二式结果比较按较小值取值因此F=47.97 KN/M（7）、倾倒砼时产生的水平荷载标准值泵送砼取0.3 21.4=0.84KN/M2、梁底模板及方木计算：梁底模与方木钉牢可以共同工作。（计算时只考虑方木的受力）方木为50 100mm，木板厚18mm，模板底采用3根木方立放，其下方用横
10、楞杆（钢管）支撑间距500mm，梁底模板及方木按照三跨连续梁计算。图（二） 梁模板示意查施工手册得：剪力 V=0.6ql 弯矩 M=0.1ql2挠度 =0.667ql4/100EI(1) 抗弯强度验算:M= 0.1q1L2=0.135.270.52=0.3882KNM=0.882106Nmm式中: q1=(1)+（2）+（3）+（5）=4.14+28.51+1.78+0.84 =35.27KN/M=0.882106/2.5105=3.528N/2fm=13N/235010026式中：截面抵抗距W= =2.51053（方木立放）所以，满足要求。(2)挠度验算:=0.667L4/100EI=0.6
11、6734.435004/100900012.5106 =1.021mm =2式中: q2，= (1)+（2）+（3）=4.14+28.51+1.78=34.43KN/M350100312惯性距I= =12.51064（方木立放）所以满足要求。（3）抗剪强度验算最大剪力V=0.6q1l=0.635.270.5=10.581KN截面抗剪强度T=3V/2bh=310581/250100=3.174梁底3根木方并放，因此每根木方的截面抗剪强度为：3.174/3=1.058N/ mm21.4N/mm2所以满足要求。3、梁侧模板计算：梁侧模板与梁底板组合相似。但每侧模板用10根方木平放其间距为370mm
12、方木与模板钉牢。梁两侧用竖杆固定侧模，间距为500mm，沿梁高设对拉螺栓间距500mm，按三跨连续梁计算。(2) 抗弯强度验算:M= 0.1q3L2=0.166.450.502=1.66KNMMW式中: q3=（5）+（6）=18.48+47.97=66.45KN/M= =1.66106/4.167105=3.98N/2fm=13N/2101005026式中：截面抵抗距W= =4.1671053（方木平放）所以满足要求。(2)挠度验算:5002500.66766.455004100900083.341050.667q3L4100EI= = =0.369mm =2式中: q3=66.45KN/M
13、810050312惯性距I= =83.341054（方木平放）所以满足要求。（3）抗剪强度验算最大剪力V=0.6q3l=0.666.450.5=19.94KN截面抗剪强度由于梁两侧各有10根方木即20根方木并放T=3V/2bh=319.94103/25010020=0.2991.4N/MM2所以满足要求。（4）穿梁对拉螺栓强度计算计算公式：N16.61KN因此满足要求。4、梁侧模立杆计算梁侧模用双钢管立杆，对拉螺栓从上而下间距500mm，立杆的间距为500mm。立杆为受弯构件，可按3跨连续梁计算相关数据同大楞钢管。（1） 抗弯强度计算M= 0.1q3L2=0.166.450.52=1.66KN
14、M式中: q3=（5）+（6）=18.48+47.97=66.45 KN/M L=0.5m=500mmMW= =1.66106/10156=163.45N/2f=205N/式中双钢管截面抵抗距W=25078mm3=10156mm3所以满足要求（2） 挠度计算5002500.66766.4550041002.0610521219000.667q3L4100EI= = =0.552mm =2式中: q3=66.45KN/M惯性距I=21219004（双钢管立杆）弹性模量E=2.06105N/mm2间距L=500mm所以满足要求。5、大楞钢管验算大楞钢管按三跨连续梁计算：（1）抗弯强度验算M= 0.
15、1q4L2=0.117.6355002=440875Nmm式中: q4= 35.27/2=17.635 KN/MMW L=0.5m=500mm= =440875/5078=86.82N/2f=205N/式中W=5078mm3所以满足要求(2)挠度计算5002500.66717.2250041002.061051219000.667q5L4100EI= = =0.286mm =2式中: q5=34.43/2=17.22KN/M惯性距I=1219004E=2.06105N/mm2L=500mm所以满足要求。6、支撑横楞钢管验算其中a=100m， b=300m， L=500m（1）抗弯强度验算M=(
16、2-) =(2-)=925837.5KNm 式中q=(1)+(2)+(3)+(5)=4.14+28.51+1.78+0.84=35.27KN/m=182.3N/mm2f=205N/mm2所以满足要求。（2）挠度验算：=（8-+）=0.869mm=2mm所以满足要求。7、钢管立柱验算：本工程钢管立柱按两端铰接受压构件来简化计算。钢管支架的连接方式有两种，即扣件对接和扣件搭接，立柱允许荷载对接时为35.7KN，搭接时为13.9KN。（1）立柱稳定性验算：A、每根立柱承受荷载。根据梁底模板验算可求得q1=35.27KN/M，从梁模板的支撑体系可知梁的同一断面两侧各有一根立柱且纵向立柱间距为500mm
17、 ,梁的每1米断面有4根立柱，每根立柱承受的线荷载q=35.27KN/4=8.82KN13.9KN(搭接)。满足要求，为安全起见梁底钢管可以考虑双扣件。立柱长细比=L/i=1800/15.78=114.1=150查表得稳定系数=0.48848.82103 0.4884489 N A故= = =36.93 N/2f=205 N/2式中N=8.82KN A=489mm2所以满足要求。根据施工经验，为确保大梁底不产生变形，在梁底中心每隔2m全跨设置立杆，并与相邻杆件连成整体并在梁底全跨设置剪刀撑，增加整体的稳定性。五、梁模板高支撑架的构造和施工除了要遵守扣件架规范的相关要求外，还要考虑以下内容：1、
18、模板支架的构造要求：立杆之间必须按步距满设双向水平杆和扫地杆，确保两方向的足够的设计刚度。2、立杆步距的设计当架体构造荷载在立杆不同高度轴力变化不大时，可以采用等步距设置。当中部有加强层或支架很高，轴力沿高度分布变化较大，可采用下小上大的变步距设置，但变化不要过多。高支撑架步距以1.5m为宜，不得超过1.8m。3、剪刀撑的设计：沿支架四周外立面尤其是四个大角应满足立面满设剪刀撑。中部可根据需要并依构架框格的大小，每隔一跨设置。4、顶部支撑点的设计；宜在立杆顶部设置支托板，其距离支架顶层横杆的高度不宜大于400 mm。顶部支撑点位于顶层横杆时，应靠近立杆，且不宜大于200mm。梁底立杆的扣件必须
19、用扣件扣牢。5、支撑架搭设的要求严格按照设计尺寸搭设，立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置。确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于扣件架规范的要求。确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的，每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N m，钢管不能选用已经长期使用发生变形的。 6、施工使用的要求精心设计砼浇筑方案，确保模板支架施工过程中均衡受载，最好采用由中部向两边扩展的浇筑方式。严格控制实际施工荷载不超过设计荷载，对出现的超过最大荷载要由相应的控制措施，钢筋等材料不能在支架上方堆放。浇筑过程中，派人检查支架和支撑情况，发现下沉、松动和变形情况及时解决。六、安全措施1、安装柱模时，应将柱模与
20、主筋临时拉结固定，防止模板倾覆伤人。2、预拼装柱模拆除时，先挂好吊索，再拆除拉杆及两片柱模之连接，待模板脱离混凝表面之后吊运柱模。3、高处作业应搭设脚手架，操作人员应佩挂安全带。4、模板安装应在牢固的脚手架上进行，如中途停歇，应将就位的支柱、模板联结稳固，不得架空搁置，以防掉下伤人。5、拆模时应搭设脚手板，拆模间歇时，应将松开的部件和模板运走。6、拆楼层外边梁和圈梁模板时，应有防高空坠落、防止模板向外翻倒的措施。7、在拆除模板过程中，如发现梁混凝土有影响结构安全、质量问题时，应暂停拆除，经处理后，方可继续拆模。七、效果验证由于该梁的两个支座即框架柱已经于2006年7月15日和框架主体一起整体浇
21、筑完毕，因此根据有关规范的要求，将该梁的浇筑时间定在2006年8月12日，即已浇筑的结构混凝土的强度达到100%。同时为使本方案更具的经济性、合理性，降低支撑架的高度，以减少周转材料用量和工作量，从而节约成本，考虑将支撑系统支承在报告厅（一层、二层）的顶面上，所以该方案实施前，在支撑系统对应位置，分别将报告厅的二层、一层及地下室现浇楼板用钢管等杆件预先支设，将上部施工荷载传递到地面上，确保万无一失。在现场监理人员的通力协作下，项目部能严格按照方案的要求精心施工，并认真进行检查、验收，该梁在混凝土浇筑过程中，模板及其高支撑架没有出现变形或局部松动等问题，取得了预期的良好效果，说明模板及支撑体系稳定，满足强度、刚度和稳定性的要求。充分验证了该大跨度梁模板及其高支撑架的设计合理、可靠，施工技术措施得力，具有很强的针对性和实际指导作用。
