核心筒超大截面梁模板支撑系统设计与施工

核心筒超大截面梁模板支撑系统设计与施工

李存喜  ,蔡景鹏 ,陈佳 ,王鹏洲,武伟峰

（中国建筑第四工程局有限公司，陕西西安，710000）

【摘要】西安丝路天际项目C塔楼地下室核心筒为劲性混凝土结构，介绍了核心筒超限梁模板支撑系统设计与施工.

【关键词】高支撑架；强度；弧度

1.工程概况

西安丝路天际项目位于西安市雁塔区小寨商圈的核心位置,西侧紧邻城市南北中轴主干道长安南路，北侧紧邻雁塔西路,南侧紧邻红专南路，东侧为规划路。工程总建筑面积约354230㎡，项目总用地面积20,612 ㎡,地下建筑面积约73130 ㎡,共四层,地上建筑为（A、B、C）3栋塔楼加裙房，其中A塔楼为钢框架-混核心筒结构，高度为249.6米；B、C塔楼为混凝土框架-核心筒结构结构，高度分别为232.8米、215.8米；是一座集商业、住宅、公寓为一体的标志性超高层建筑。

图1 西安丝路天际项目塔楼

2.整体设计思路

对于本工程一般梁可用常规模板支撑体系方式进行设计，对于核心筒超大截面的连梁支撑设计需考虑整体连梁自身的承重还要考虑周边构件的承重（整体空间受力荷载大，且施工过程中存在不均匀受荷等情况），最理想的方法就是整体盘口钢管架作为三维空间结构，考虑荷载的最不利组合后，用结构有限元软件对整体架体的强度、刚度、稳定性进行验算。

高支撑架的计算参照《建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准》JGJ/T 231-2021混凝土结构设计规范》GB 50010-2010、《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012、《钢结构设计标准》GB 50017-2017，并对规范中相关参数数据依据相关文献作适当调整。

3.模板与支撑设计

核心筒连梁模板支架搭设高度为6.03 m，梁截面1300 mm ×1500 mm，梁支撑立杆的间距0.60 m，立杆的步距1 .50 m，梁底增设4 道承重立杆。采用的盘扣支撑架类型为φ48×3.2mm（图2）。

3.1大梁底模板计算

梁底模板为受弯结构，需要验算其抗弯强度和刚度。模板按照多跨连续梁计算。作用荷载包括梁与模板自重荷载，施工活荷载等模板的计算内容包括：荷载的计算、计算简图的确定、内力变形计算（最大弯矩、最大剪力、各支座反力、最大变形等），并依据上述计算结果验算其抗弯、抗剪强度及允许挠度。

3.2梁底支撑主梁验算

   1、抗弯验算

    主梁弯矩图(kN·m)

    σ=Mmax/W=0.517×106/4250=121.611N/mm2≤[f]/γR=205/1=205N/mm2

    满足要求！

   2、抗剪验算

    主梁剪力图(kN)

    Vmax＝6.25kN

    τmax=2Vmax/A=2×6.25×1000/398＝31.405N/mm2≤[τ]/γR=125/1=125N/mm2

    满足要求！

   3、挠度验算

    主梁变形图(mm)

    νmax＝0.324mm≤[ν]＝min[L/150，10]=min[600/150，10]＝4mm

    满足要求！

   4、支座反力计算

    承载能力极限状态

    支座反力依次为R1=1.392kN，R2=10.052kN，R3=10.052kN，R4=1.392kN

    正常使用极限状态

    支座反力依次为R1'=0.95kN，R2'=6.783kN，R3'=6.783kN，R4'=0.95kN

3.3立杆验算

1、长细比验算

    hmax=max(βHηh,βHγh'+2ka)=max(1×1.05×1500,1×0.9×1000+2×0.6×300)=1575mm

    λ=hmax/i=1575/15.9=99.057≤[λ]=150

    长细比满足要求！

    查表得，φ＝0.482

   2、风荷载计算

    Mw＝γ0×φc×1.5×ωk×la×h2/10＝1.1×0.9×1.5×0.199×0.6×1.52/10＝0.04kN·m

   3、稳定性计算

    根据《建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准》JGJ/T 231-2021公式5.3.1-2，考虑风荷载时，可变荷载需考虑0.9组合系数：

    1)面板验算

    q1＝1.1×[1.3×(0.1+(24+1.5)×1.05)+1.5×0.9×3]×1＝42.886kN/m

    2)小梁验算

    q1＝max{2.777+1.1×1.3×[(0.3-0.1)×1.3/8+0.5×(1.05-0.3)]+1.1×[1.3×(0.5+(24+1.1)×0.3)+1.5×0.9×3]×max[0.9-1.3/2，(1.8-0.9)-1.3/2]/2×1，8.023+1.1×1.3×(0.3-0.1)×1.3/8}=8.07kN/m

    同上四～八计算过程，可得：

    R1＝2.946kN，P2＝21.32kN，P3＝21.32kN，R4＝2.946kN

    立杆最大受力Nw＝max[R1+N边1，P2，P3，R4+N边2]+1.1×1.3×0.15×(6.3-1.05)+Mw/lb＝max[2.946+1.1×[1.3×(0.5+(24+1.1)×0.3)+1.5×0.9×3]×(1.2+0.9-1.3/2)/2×0.6，21.32，21.32，2.946+1.1×[1.3×(0.5+(24+1.1)×0.3)+1.5×0.9×3]×(1.2+1.8-0.9-1.3/2)/2×0.6]+1.126+0.04/1.8＝22.468kN

    f＝N/(φA)+Mw/W＝22468.052/(0.482×424)+0.04×106/4490＝118.848N/mm2≤[f]/γR=300/1=300N/mm2

    满足要求！

3.4架体抗倾覆验算

    混凝土浇筑前，倾覆力矩主要由风荷载产生，抗倾覆力矩主要由模板及支架自重产生

    MT=γ0×φc×γQ(ωkLH2/2)=1.1×1×1.5×(0.199×57×6.32/2)=371.418kN·m

    MR=γG[G1k+0.15×H/(la'×lb')]LB2/2=0.9×[0.5+0.15×6.3/(1.2×1.2)]×57×552/2=89714.883kN·m

    MT=371.418kN·m≤MR=89714.883kN·m

    满足要求！

    混凝土浇筑时，倾覆力矩主要由泵送、倾倒混凝土等因素产生的水平荷载产生，抗倾覆力矩主要由钢筋、混凝土、模板及支架自重产生

    MT=γ0×φc×γQ(Q2kLH2)=1.1×1×1.5×(0.161×57×6.32)=600.988kN·m

    MR=γG[G1k+(G2k+G3k)h0+0.15×H/(la'×lb')]LB2/2=0.9×[0.5+(24+1.1)×0.3+0.15×6.3/(1.2×1.2)]×57×552/2=673976.995kN·m

    MT=600.988kN·m≤MR=673976.995kN·m

    满足要求！

4.斜撑与剪刀撑布设及架体构造要求

4.1斜撑布设

支架架体四周外立面向内的第一跨每层均应设置竖向斜杆，架体整体底层以及顶层均应设置竖向斜杆，并在架体内部区域每隔2跨由顶至底纵向横向均设置竖向斜杆。

具体可参考建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术P20页标准下表：

4.2结支撑体系搭设的构造要求

（1）立杆底座每根立柱底部应加设木垫块，垫板厚度不得小于20mm，长宽不得小于200mm，立杆应立在木垫块的中心。

（3）可调顶托

顶部应设可调支托，U型支托与楞梁两侧间如有间隙，必须楔紧，其螺杆伸出钢管顶部不得大于200mm，螺杆外径与立柱钢管内径的间隙不得大于3mm，安装时应保证上下同心。

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5.施工注意要点

5.1技术要点

①立杆、自由端

盘扣钢管规格、间距、扣件应符合本方案要求；模板支架可调托座伸出顶层水平杆托梁的悬臂长度严禁超过650mm，且丝杠外露长度严禁超过400mm,可调托座插入立杆或双槽钢托梁长度不得小于150mm。

普通扫地杆离地高度≤200mm（配有可调底座立杆时扫地杆离地高度≤500mm），标准步距为1.5m，立杆下方设置可调托座。可调托座丝杆插入立杆深度≥150mm，可调托座伸出顶层横杆或龙骨的悬臂长度≤450mm。

2）水平杆

插销外表面与水平杆和斜杆杆端扣接头内表面吻合，插销连接应保证锤击自锁后不拔脱。

3）竖向斜杆布置

竖向剪刀撑利用盘扣架体自身斜杆代替，支架架体四周外立面向内的第一跨每层均设置竖向斜杆，并在架体区域每隔3跨由底至顶纵、横向均设置竖向斜杆。

架体底部设置底层水平剪刀撑；架体高度不超过4个步距时，可不设置顶层水平剪刀撑，超过四个步距时，设置顶层水平剪刀撑。水平剪刀撑采用全架体布置，并且需与每一根立杆连接。

4）水平钢管剪刀撑做法

本工程支架高度超过5m时设置水平剪刀撑，采用48钢管交叉布置，每层间隔4~6个步距满足规范要求。

（1）剪刀撑斜杆的接长宜采用搭接，搭接应符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》（JGJ130）的规定。

（2）剪刀撑斜杆应用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上，旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于300mm。

（3）本工程中水平剪刀撑采用扣件式钢管，水平剪刀撑接长采用搭接，搭接长度不小于1m，应采用不少于3个旋转扣件固定。扣件离杆端不小于100mm处进行固定。水平剪刀撑宽度为6~8m，连续布置。

5.2支架搭设要点

① 立杆通过立杆连接套管连接，在同一水平高度内相邻立杆连接套管接头的位置宜错开，错开高度不大小于于500mm。

② 水平杆扣接头与连接盘的插销用铁锤击紧至规定插入深度的刻度。

③ 每搭完一步支模架，及时校正水平杆步距，立杆的纵、横距，立杆的垂直偏差和水平杆的水平偏差。立杆的垂直偏差不大于支架总高度的1/500 ，且不大于50mm。

操作要点：模板支架搭设应根据立杆放置可调底座，按先立杆后水平杆再斜杆的顺序搭设，形成基本的架体单元，以此扩展搭设成整体支架体系。

6.混凝土浇筑

（1）超高超限模板支架浇筑时应注意：为保证架体稳定，超重构件（板厚≥130mm，梁截面≥1 ㎡）浇筑时使用天泵浇筑，为确保模板支架施工过程中均衡受载，超重梁采用由中部向两侧的浇筑方式，高支模部位浇筑顺序为先浇梁后浇板，从相邻结构向高支模部位进行浇筑；

（2）混凝土浇筑前，施工单位项目技术负责人、项目总监确认具备混凝土浇筑的安全生产条件后，签署混凝土浇筑令，方可浇筑混凝土；

（3）浇筑混凝土时，模板支撑四周拉警戒线，任何人员不得进入模板下部，应有专人对模板支撑系统进行观测，发现有松动、变形等情况，必须立即停止浇筑并采取相应的加固措施；

（4）开盘前检查砼配合比报告，实测砼坍落度，保证混凝土坍落度控制在180±20mm，方可进行浇筑，严格控制浇筑速度，避免因浇筑速度过快造成过大集中荷载；

（5）操作时振动棒应自然垂直地沉入混凝土，不得用力硬插、斜推或使钢筋夹住棒头，也不得全部插入混凝土中，振捣器作业时，软管弯曲半径不得小于50cm，软管不得有断裂，振动器应保持清洁，不得有混凝土粘结在电动机外壳上妨碍散热。

（6）主体混凝土采用平板振动器和插入式振捣器振捣，振捣时不得触动钢筋和预埋件。梁柱节点钢筋较密时要加强振捣；

（7）浇筑过程中要有木工、钢筋工值班，随时观察模板、钢筋、预埋件和插筋等有松动、变形等情况，必须立即停止浇筑，撤离作业人员，并采取相应的加固措施；

7.结语

本工程模架设计完成后，为保证安全，采用中国建筑科学研究院空间结构计算机辅助设计制造软件MSGS 以及美国ANSYS 公司开发的大型通用有限元分析软件ANSYS，对该核心筒模板支撑体系静力性能进行了分析验算，并对其支撑体系整体屈曲稳定进行了整体建模有限元分析。计算机分析复核中考虑了手工计算中未考虑的风荷载的作用，分析复核的结果：各杆件应力和架体变形均在允许范围内。高支架工程的搭设和监测工作顺利进行。

作者简介：李存喜，男，陕西西安，中国建筑第四工程局有限公司，本科学历，工程师，从事技术管理，邮箱：1046127453@qq.com。