秦長金,伍 剛,劉飛凡,李佳俊,吳慧林,賈磊柱,李增明

(1. 華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院,廣東 廣州 510630;2. 中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司,湖北 武漢 430070)

1 工程概況

光谷人民醫(yī)院項(xiàng)目位于湖北省武漢市東湖高新區(qū),項(xiàng)目總建筑面積約為244 175m2,由4棟12層塔樓及2棟4層裙樓構(gòu)成,采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu),4棟塔樓呈X形布置,裙樓布置在塔樓間,如圖1所示。該工程外側(cè)結(jié)構(gòu)形態(tài)復(fù)雜,以東側(cè)B棟塔樓為例,如圖2所示。從下向上看,塔樓5～6層邊柱缺失,形成C字形懸空空間,6層處形成了長度達(dá)7.43m懸挑結(jié)構(gòu);以6層結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn),第7層結(jié)構(gòu)相對于第6層向外懸挑750mm,第8層相對于第7層向外懸挑750mm,以此類推,向上逐層向外懸挑,直至屋面層,最大懸挑長度達(dá)5.25m,形成高位逐層外懸挑混凝土結(jié)構(gòu)。同時(shí),在第6,8層結(jié)構(gòu)梁及第6～8層邊柱加設(shè)預(yù)應(yīng)力,以保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特倒三角形的外觀造型效果。

圖1 建筑效果Fig.1 Effect of the building

盡管該結(jié)構(gòu)在美觀性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色,但其施工過程存在如下難點(diǎn)。

1)6～8層梁板預(yù)應(yīng)力及吊柱預(yù)應(yīng)力采用后張法,張拉前結(jié)構(gòu)無法承擔(dān)自重及相關(guān)施工荷載,導(dǎo)致支模架承擔(dān)荷載極大,傳統(tǒng)懸挑支模體系無法滿足受力要求。

2 方案比選

2.1 方案簡述

1)方案1：落地與懸挑組合式支模體系 該方案采用落地式盤扣支模架支撐6～7層,采用60系列盤扣,確保有足夠承載力;8層及以上采用工字鋼懸挑支撐體系,兩層一懸挑,共懸挑3次,采用I22a及I16搭設(shè)懸挑平臺(tái),在平臺(tái)上搭設(shè)鋼管扣件式滿堂支模架,如圖3所示。

圖3 方案1架體搭設(shè)剖面Fig.3 Formwork erection profile of scheme 1

2)方案2：鋼平臺(tái)懸挑與工字鋼懸挑組合式支模體系 該方案在3～5層采用I16,I22a,I28a搭設(shè)桁架式鋼平臺(tái)作為模板支架基礎(chǔ),鋼平臺(tái)上搭設(shè)盤扣式滿堂支模架,施工6～9層主體結(jié)構(gòu);10層及以上主體結(jié)構(gòu)施工則采用方案1中同種工字鋼懸挑支撐體系,兩層一懸挑,共懸挑2次。平臺(tái)布置如圖4所示。

圖4 方案2鋼平臺(tái)布置剖面Fig.4 Steel platform layout profile of scheme 2

2.2 安全性分析

方案1采用工藝較為成熟的懸挑工字鋼及落地式高支模支撐體系,安全性較高;方案2采用非常規(guī)空中鋼桁架平臺(tái),荷載大、高度高、懸挑跨度大,與結(jié)構(gòu)連接復(fù)雜,具有一定安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 經(jīng)濟(jì)性分析

兩種方案在9層及以上搭設(shè)方式一致,因此主要比選方案1落地式盤扣支模架+8～9層懸挑式扣件支模架和方案2鋼平臺(tái)懸挑盤扣支模架兩部分的綜合費(fèi)用,如表1,2所示。

表1 方案1綜合費(fèi)用Table 1 Comprehensive cost of scheme 1

表2 方案2綜合費(fèi)用Table 2 Comprehensive cost of scheme 2

2.4 可實(shí)施性分析

方案1在搭設(shè)方面技術(shù)成熟,搭設(shè)速度快,對工期影響較小;在拆除方面拆除步驟較多,架體體量大,拆除工期較長。方案2在搭設(shè)方面安裝難度較大,需要協(xié)調(diào)專業(yè)分包進(jìn)場施工,工序穿插管理較復(fù)雜;在拆除方面架體體量較小,與其他樓層室內(nèi)作業(yè)相對獨(dú)立,對現(xiàn)場施工影響較小。綜合對比后,最終選擇方案1進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)施。

3 支模體系設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

3.1 支模體系設(shè)計(jì)

1)針對6～8層懸挑結(jié)構(gòu),搭設(shè)高度約為31.5m的超高落地式支模架,架體平面尺寸24m×10m,采用60系列盤扣搭設(shè),立桿間距1 200mm×1 200mm,步距1 500mm,梁底調(diào)整立桿間距為1 200mm×600mm,該支模架能支撐6～8層結(jié)構(gòu)荷載,如圖5所示。

圖5 超高落地式盤扣支模架剖面Fig.5 Profile of ultra-high landing disk lock formwork

2)在7,9,11層分別設(shè)置工字鋼懸挑支模架基礎(chǔ),懸挑主梁采用I22a,間距1m布置1道,每道工字鋼懸挑主梁設(shè)置下?lián)渭吧侠摻z繩,下?lián)尾捎肐16,通過焊接連接。每道懸挑工字鋼支撐2層懸挑結(jié)構(gòu)荷載,采用鋼管扣件搭設(shè)滿堂支模架,立桿間距1 000mm×1 000mm,步距1 500mm,如圖6所示。

圖6 工字鋼懸挑鋼管扣件支模架剖面Fig.6 Profile of I-steel cantilevered steel pipe fastener formwork

3.2 荷載安全驗(yàn)算

1)工況1 落地式支撐體系搭設(shè)完成,6,7層梁板結(jié)構(gòu)澆筑完成,架體承擔(dān)6,7層結(jié)構(gòu)荷載及7層施工荷載。

2)工況2 7層懸挑鋼結(jié)構(gòu)搭設(shè)完成,8,9層梁板結(jié)構(gòu)澆筑完成,落地式架體承擔(dān)6,7層結(jié)構(gòu)荷載及7層懸挑工字鋼和6層下?lián)喂ぷ咒搨鬟f至架體的集中荷載。

3)工況3 9層懸挑鋼結(jié)構(gòu)搭設(shè)完成,10,11層梁板結(jié)構(gòu)澆筑完成,落地式架體承擔(dān)6,7層結(jié)構(gòu)荷載及9層懸挑工字鋼和8層下?lián)喂ぷ咒搨鬟f至架體的集中荷載。

4)工況4 11層懸挑鋼結(jié)構(gòu)搭設(shè)完成,12層屋面層梁板結(jié)構(gòu)澆筑完成,落地式架體承擔(dān)6,7層結(jié)構(gòu)荷載及11層懸挑工字鋼和10層下?lián)喂ぷ咒搨鬟f到架體的集中荷載。

各項(xiàng)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 各工況計(jì)算參數(shù)及荷載值Table 3 Calculation parameters and load values for each condition

對比各工況立桿荷載值可知,落地式架體中工況2,4架體處于最危險(xiǎn)狀態(tài)?？紤]在工況4時(shí),工字鋼向下傳遞的荷載部分會(huì)被結(jié)構(gòu)自身承載力分?jǐn)?所以工況2施工完成時(shí)應(yīng)為最危險(xiǎn)狀況,梁底立桿承受軸向力設(shè)計(jì)值為93.857kN。

根據(jù)規(guī)范JGJ/T 231—2021《建筑施工承插型盤扣式鋼管腳手架安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,60.3盤扣架回轉(zhuǎn)半徑為20.2mm。

立桿計(jì)算長度應(yīng)按式(1)計(jì)算：

l0=βHηh

(1)

式中：l0為支架立桿計(jì)算長度(m);βH支撐架搭設(shè)高度調(diào)整系數(shù),依據(jù)規(guī)范取值1.05;η為立桿計(jì)算長度修正系數(shù),h= 1.5m時(shí)取值1.05;h為立桿步距。

長細(xì)比按式(2)計(jì)算：

(2)

式中：λ為長細(xì)比;l為支架立桿計(jì)算長度;i為回轉(zhuǎn)半徑,依據(jù)規(guī)范取值20.2mm。

立桿穩(wěn)定性按式(3)計(jì)算：

(3)

式中：N為立桿軸向力總和(kN);Mw為立桿由風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩(kN·m);φ為整體穩(wěn)定系數(shù);A為立桿截面面積,為571mm2;W為截面模量;f為鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

根據(jù)規(guī)范GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,查詢b類截面,可得φ=0.558,屈服應(yīng)力fd=Nd/(φA) =(32 446+29 357+32 054)/(0.558×571)=294N/mm2<300N/mm2。

計(jì)算未考慮結(jié)構(gòu)自身承受荷載,且每層計(jì)算立桿設(shè)計(jì)值時(shí)均疊加計(jì)算了施工荷載等活荷載,該體系安全系數(shù)較高。

4 支模體系施工

4.1 基礎(chǔ)處理

1)保留地下室支模架。

2)針對樓梯、井道、后澆帶等特殊部位,需提前考慮處理措施。例如,后澆帶兩側(cè)設(shè)置混凝土構(gòu)造柱或成品鋼管柱回頂。

4.2 下部落地式架體搭設(shè)

1)搭設(shè)前先進(jìn)行立桿位置放線,搭設(shè)第1步后邀請監(jiān)理單位現(xiàn)場驗(yàn)收,再進(jìn)行下一步搭設(shè)。

2)由于落地式架體搭設(shè)高度超過24m,必須在架體內(nèi)部滿拉斜拉桿,以增強(qiáng)架體穩(wěn)定性。由于盤扣盤眼數(shù)量有限,為達(dá)到滿拉斜撐的效果,斜拉桿必須按指定的搭設(shè)方式逐層搭設(shè),如圖7所示。

圖7 落地式架體斜撐布置Fig.7 Layout of landing formwork inclined support

3)剪刀撐應(yīng)按每3～4步一道的搭設(shè)方式進(jìn)行。當(dāng)架體位于較高位置時(shí),應(yīng)在操作層下方滿鋪鋼跳板,提高工人作業(yè)安全性,并減少墜物風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 上部懸挑式架體搭設(shè)

1)為保證埋件不偏位,采用螺栓將埋件固定在模板上,確保位置固定,工字鋼下?lián)闻c工字鋼主梁水平投影應(yīng)重合,以達(dá)到最佳受力狀態(tài)。

2)工字鋼下?lián)蔚踹\(yùn)焊接時(shí),首先加強(qiáng)下層架體和斜撐對應(yīng)部位架體的兩側(cè)橫桿,然后拆除影響工字鋼吊裝位置的架體橫桿。焊接時(shí),專業(yè)操作人員借用下層架體最外側(cè)2排立桿充當(dāng)作業(yè)面,如圖8所示。

圖8 斜撐工字鋼穿立桿情況Fig.8 The situation of inclined support I-beam passing through the vertical pole

3)懸挑架體搭設(shè)時(shí),為保證架體具有防護(hù)性能,優(yōu)先使外架單位搭設(shè)懸挑工字鋼及最外側(cè)2排架體,并進(jìn)行外立面及底部硬質(zhì)封閉,為后續(xù)作業(yè)人員創(chuàng)造安全密閉的作業(yè)空間。

4.4 支模架體拆除

支撐架拆除應(yīng)遵循以下拆模流程：①拆除12層模板架;②拆除11層模板架及工字鋼斜拉繩;③使用乙炔切割工具切開斜撐與工字鋼焊接及斜撐與埋板焊接,并將斜撐工字鋼移至樓層內(nèi);④將I22a吊離;⑤拆除10,9層模板架;⑥將I16斜撐吊離;⑦重復(fù)以上操作,逐層拆除支撐架;⑧最后拆除落地式盤扣支模架。

合理安排拆除順序可提高施工拆除的安全性和高效性。在拆除過程中,應(yīng)注意工人安全,采取必要防護(hù)措施,并按相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。

5 結(jié)語

通過充分利用鋼管、盤扣支模架及較小尺寸工字鋼等材料,有效降低了懸挑結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜性,節(jié)約了施工時(shí)間和成本。同時(shí),該體系為懸挑結(jié)構(gòu)施工提供了更高的安全性和穩(wěn)定性,確保工程可靠性。

1)通過對2個(gè)常規(guī)方案進(jìn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性和可實(shí)施性對比,采用超高落地式盤扣支模架和鋼結(jié)構(gòu)懸挑支模架的組合方案,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)高效、安全和經(jīng)濟(jì)實(shí)施。

2)借助計(jì)算軟件及相關(guān)規(guī)范,針對落地與懸挑模板支撐體系進(jìn)行各工況計(jì)算和分析,確認(rèn)了該支撐體系實(shí)施的可行性和安全性。

3)在方案實(shí)施過程中,發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)支撐體系施工時(shí)的細(xì)部控制要點(diǎn),并針對這些要點(diǎn)提出了相應(yīng)處理措施,如斜撐處理、懸挑架處理及硬質(zhì)封閉處理等。