22.51.4m高空大跨结构高大模板支撑系统设计与施工

-1-51.4m高空大跨结构高大模板支撑系统设计与施工卞国祥张传捷孟咸苏（江苏省华建建设股份有限公司深圳分公司）【摘要】本文对皇岗·卓越世纪中心工程酒店中庭高空结构模板支撑系统进行了介绍，对高空大跨结构支模系统施工技术要点、施工工艺、工序质量及过程控制进行了综合研究，对钢桁架平台作了内力分析计算，重点阐述了钢桁架平台制作和安装、拆除的施工方法。【关键词】钢桁架焊接吊装模板支撑深圳卓越•皇岗世纪中心（二标段）工程位于深圳市福田中心区，是一座集高档商业、酒店、办公、公寓于一体的建筑综合体，建筑面积为15万m2，地下室为3层，塔楼地上部分54层，总建筑面积15万m2。该工程的酒店在26～39层设置了中空中庭，中庭的总高度为51.4m，东西方向(2-5～8轴)19.6m，南北方向（2-C～E轴）15m，中庭南、北两侧边跨的2-C轴和2-E轴处的梁截面尺寸为1000×800，东侧2-8轴梁的截面尺寸为600×1000，西侧2-5轴紧靠电梯井筒剪力墙；中庭南、北两侧的2-C轴、E轴框架梁对应37层、38层均有相应结构楼层的框架梁作支撑，梁尺寸均为800×800；中庭东侧2-8轴的大梁对应下面楼层在36层、38层有支撑大梁，大梁尺寸为600×1000，西侧的2-5轴为核心筒剪力墙。由于酒店中庭中空高度达51.4m，中庭南北方向跨度达15.0m，安全要求高，施工难度大。为确高空结构层的施工能安全和顺利地进行，综合考虑结构受力、安全可靠、经济成本等各方面因素，需精心设计模板支撑系统。酒店中庭26～39层中空结构平面详见下图示：图137层酒店中庭中空结构平面图1支撑系统的设计与计算1.1方案设计由于酒店中庭高空结构高度达到51.4m，南北方向跨度达15.0m，模板的支撑不可能采用传统的一-2-撑到底的满堂脚手架支撑系统。经过多种方案比较，最终选择采用在37层结构平面架设钢桁架施工平台，然后借助于施工平台进行39层结构施工的方案。首先，在37层（157.90m）结构平面安装钢桁架梁，桁架用I25a工字钢及L10双肢角钢焊接而成，上下弦杆均为I25a工字钢，腹杆采用L10双肢角钢背对背焊接，在加工时认真放样，确保弦杆、腹杆的形心汇交于一点。根据39层结构平面形式，在2-6轴上的两支梁下各布置2榀钢桁架梁，在2-5～6轴跨中的梁下布置2榀钢桁架梁，在2-6～8轴跨内布置4榀钢桁架梁，这样，沿2-5轴往2-8轴方向依次共布置有10榀钢桁架梁。所有钢桁架梁均在现场制作安装，2-5～6轴之间的两榀钢桁架梁（A型），以及2-6～8轴之间的4榀钢桁架梁（A型）的支座均与2-C、E轴梁上预埋件可靠焊接连接，2-6轴上的4榀钢桁架梁（B型）则搁置在柱面预埋的钢牛腿上，并与钢牛腿进行焊接连接。钢桁架梁安装焊接完毕后，在垂直于桁架梁的方向上，每1.0m铺设1根I16工字钢搁栅，工字钢与桁架梁接触处焊接连接，为保证钢桁架施工平台的整体稳定性，在钢桁架的下弦杆件上，沿南北方向共布置4根通长I12工字钢与下弦杆进行焊接，加强施工平台的整体稳定性。钢桁架支撑平台平面图见图2。工字钢搁栅安装完毕后，立即对钢桁架平台进行安全防护，在工字钢搁栅之间满铺脚手板，并在施工平台面上满铺钢笆片，在工字钢搁栅表面上，根据上部立杆支撑的间距，焊接50mm高的Ø20的钢筋栓钉，供支撑立杆插入栓钉内。此时钢桁架施工平台安装完毕，可以搭设满堂钢管支撑作为39层结构模板施工的支撑系统。图2钢桁架支撑平台平面图图3A型钢桁架梁详图1.2受力计算1.2.1计算简图和内力分析-3-考虑最不利荷载，验算2-6轴位置结构梁下钢桁架梁。桁架各杆件的内力按铰接分析计算，计算简图如图4。桁架内力计算结果如表1、2，型钢模型图如图5。计算简图(圆表示支座，数字为节点号)节点编号图单元编号图图4：桁架受力计算简图表1：轴力N最大的前10个单元的内力(单位：M,KN,KN.M)序号单元号组合号组合序位置轴力N剪力Q2剪力Q3扭矩M弯距M2弯距M3144110.000782.90.30.00.00.0-10.3216110.000774.31.10.00.00.0-9.0336110.000774.2-0.20.00.00.0-10.4443110.000630.02.20.00.00.0-5.4521110.000630.02.20.00.00.0-5.466110.667372.42.90.00.00.0-2.0728110.000372.43.20.00.00.0-0.0825110.167342.95.80.00.00.04.7927110.167342.914.90.00.00.03.2103110.000342.9-5.40.00.00.0-0.0表2：弯距M3最大的前10个单元的内力(单位：M,KN,KN.M)序号单元号组合号组合序位置轴力N剪力Q2剪力Q3扭矩M弯距M2弯距M315110.000342.915.00.00.00.05.723111.000342.9-5.90.00.00.05.7327110.000342.915.00.00.00.05.7425110.000342.95.90.00.00.05.7530110.00027.814.50.00.00.00.7631111.00027.8-10.00.00.00.00.7710110.00027.814.50.00.00.00.789111.00027.8-10.00.00.00.00.796110.000372.43.20.00.00.00.0101110.0000.00.00.00.00.00.0-4-图5：普通工字钢及双拼普通角钢(等肢)截面示意图1.2.2荷载计算1.2.2.1上部荷载计算以39层平面2-6轴位置的L6（800×800）梁及周边板进行支撑设计验算（荷载最大），梁计算长度取1m（立杆的纵距），梁下设置3根立杆；板宽按钢结构桁架梁两侧的净距2475+1825计算一半，长度取1m；D轴线板部位的次梁：梁L14（300×750）减去板厚后计算梁荷载，计算长度按板的计算宽度。每一根800×800砼大梁下对应设置二榀钢结构桁架梁，在6轴-7轴、7轴-8轴跨中各设置一榀钢结构桁架梁。○1砼大梁的计算荷载：(1)、梁、板模自重均数0.3×（0.8+1.3）×1=0.363N(2)、新浇砼自重24KN/m3×0.8×0.8×1=15.36KN(3)、钢筋重量0.8×1×0.8×1.5KN/m3=0.96KN(4)、振捣产生的荷载2.0KN/m2×0.8=1.6KN竖向荷载合计：[(1)+(2)+(3)]×1.2+(4)×1.4=22.6KN○2大梁周边150厚楼板荷载：(1)、梁、板模自重均数0.3×1×2.14=0.64KN(2)、新浇砼自重24KN/m3×2.14×0.15=7.7KN(3)、钢筋重量2.14×0.15×1.5KN/m3=0.48KN(4)、振捣产生的荷载2.0KN/m2×2.14=4.28KN竖向荷载合计：[(1)+(2)+(3)]×1.2+(4)×1.4=16.57KN○3排架立杆及剪刀撑荷载：〖3.9×5×0.5+(0.8+2.15)×3×0.8+3.9×1.14×2〗×38.4=1.5KN○4次型钢梁的自重：(2．14+0.8)×0.2=0.58KN⑤300×750次梁荷载：梁模自重及由振捣产生的荷载不参与计算，因为在计算板时均已计入，梁计算高度为750-150=600）(1)、梁、板模自重均数（不参与计算，因为该部位位已计算板的荷载）(2)、新浇砼自重24KN/m3×0.3×2.14×0.6×0.5=4.62KN(3)、钢筋重量0.3×2.14×0.6×1.5KN/m3=0.57KN(4)、振捣产生的荷载（不参与计算，因为该部位已计算板的荷载）竖向荷载合计：[(1)+(2)+(3)]×1.2+(4)×1.4=6.22KN验算主型钢梁承载力：钢结构桁架梁布置在38层,立杆沿梁纵向布置间距为1000，每根钢结构桁架梁承受的集中荷载为：P1=47.47KN/2=23.7KN，取P=24KN。-5-1.2.2.2钢结构桁架梁与柱相接的预埋件抗剪复核每榀钢结构桁架梁按最大支座反力设计值：NZ=247.3KNM=247.3×75=18547KN·mm由于钢结构桁架是直接搁置在牛腿上，埋件的轴向力N=0zfMfNfVsyrybyvr3.18.0As=247.3/(0.9×0.52×210)+18547/(1.3×0.9×0.8×210×350)=27.76cm2取6Ф25，As=6×4.9=29.427.76cm2(满足设计和规范要求)1.2.2.32-C、E轴上Kl11大梁的砼局部承压及承载力复核ln)2(9.0Afffycorclc混凝土强度为C30，βc=1.0α=1.0Al=Aln=250×250=62500mm2Ab=250×3×(250+475)=543750mm2Acor=750×800=600000mm2βl=(Ab/Al)1/2=2.9βcor=(Acor/Al)1/2=3a、验算截面尺寸限制条件：1.35βcβlfcAln=1.35×1.0×2.9×15×62500=3670KN24×7=168KNb、验算局部受压承载力Ρv按公式计算可得0.011ln)2(9.0Afffycorclc=0.9×(1.0×2.9×15+2×1.0×3×0.011×210)×62500=3232KN24×7=168KN（满足设计要求）。1.2.2.42-6轴B型钢桁架梁支座钢牛腿的焊缝验算钢牛腿由二条水平焊缝和二条竖向焊缝连接，考虑剪力全部由二条竖向焊缝承受，而弯距则由全部焊缝承受，钢牛腿的连接均采用角焊缝，钢牛腿焊接大样详图6。M=F×e=168×7.5=1260KN.cmV=F=168KN图6：钢牛腿焊接大样取hf=8mm1.2tmin=1.2×10=12mm1.5tmax1/2=1.5×201/2=6.7mm二条竖向焊缝的有效截面积：-6-Afw=2×0.7×0.8×36=40.32cm2全部焊缝有效截面积对x轴线的惯性矩和抵抗矩：Itw=2×(1/12)×0.7×0.8×362+0.7×0.8×(20-1)11.522+2×0.7×0.8(10-0.5-0.56)8.962=2288cm4Wfw=2288/11.8=193.cm3对于A点：承受由弯距产生的垂直于焊缝长度方向的应力б=M/Wfw=1260×104/(193×103)=65N/mm2βffwtw=1.22×160=195N/mm2对于B点：承受由弯距和剪力产生的共同作用бMfB=65×89.6/115.2=50.55N/mm2ｔVfB=F/Afw=168×103/(40.32×102)=41.66N/mm2(（бMfB/βf）2+(ｔVfB)2)1/2=58.75N/mm2fwt=160N/mm2(满足要求)1.2.2.5钢桁架焊缝验算a、钢桁架与柱子上预埋件相接的焊缝验算：此部分的焊缝是角焊缝，根据弯距包络图，在桁架两端，弯距不考虑，仅考虑剪力全由焊缝承担б=N/(lw×t)ft=247/(398×8)=77.5N/mm2125N/mm2b、双肢L10与连接耳板的焊缝验算验算中只考虑轴力，不考虑次弯距，轴力可由桁架内力表可得：б=N/(lw×t)ft=256KN/(190×2×8)=84.2N/mm2215N/mm2N根据计算表，取最大值256KNc、钢结构桁架梁上下弦杆连接双缀板的焊缝验算根据计算表：N=782.9KNб=N/(lw×t)ft=782KN/(470×2×8)=104N/mm2215N/mm2，满足要求。2材料和设备要求方案中选用的各种建筑材料必须有出厂合格证明，应符合国家及主管部门颁发的产品标准,并符合方案要求。2.1钢管立杆、斜杆、横杆均采用Ф48×3.5普通焊接钢管，钢管必须有出厂合格证，两端切口需平直，不得有斜口、毛口、卷口等现象，更不得使用锈蚀、