高層住宅轉(zhuǎn)換層模板支撐技術(shù)研究

中建三局建設(shè)工程股份有限公司成都分公司 成都 610041

1 工程概述

棕櫚泉國際中心工程位于成都市高新區(qū)南延線，緊鄰世紀(jì)城天鵝湖花園，建筑面積約21.5 萬m2，總投資10.2 億元。工程由3 棟塔樓組成，其中Ⅰ單元為寫字樓，地上41 層、地下4 層，建筑高度198.2 m；Ⅱ、Ⅲ單元為住宅樓，地上36層、地下4 層，建筑高度136.0 m。建成后將成為高新區(qū)南延線第一高樓，具有較大的社會(huì)影響力。

本工程Ⅱ、Ⅲ單元地下4層為車庫，地上1～4層為商業(yè)區(qū)，5層及以上為住宅樓，4層結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層由框支柱、剪力墻、截面為1 400 mm×2 500 mm左右的框支梁及厚200 mm樓板組成，層高6.8 m（圖1）。其中最大梁截面為1 700 mm×2 500 mm，最大梁跨度為10.4 m，最大面荷載為62.5 kN/m2，最大線荷載為106 kN/m，單根梁最大質(zhì)量達(dá)約110 t。

圖1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面

2 模板支撐體系選擇

2.1 轉(zhuǎn)換層施工方法選擇

表1 轉(zhuǎn)換層常規(guī)施工方法

通過表1分析比較，由于本工程轉(zhuǎn)換層梁、柱鋼筋極為密集，若采用2 次迭合澆注混凝土，無法保證施工縫處理效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且現(xiàn)場無操作平臺(tái)，澆注混凝土?xí)r標(biāo)高控制難度大，不利于采用迭合形式分次澆注，故不考慮分次迭合成型的方式，選用混凝土一次成型的施工方式[1]。

2.2 支撐體系選擇

采用一次支模澆筑混凝土成型的施工方法將對下部支撐體系提出較高的要求，因此，必須選擇合理的模板支撐體系，保證施工質(zhì)量與安全（表2）。

表2 模板支撐體系選擇表

根據(jù)工程實(shí)際情況，型鋼支撐體系需以澆筑完成的墻柱作為支撐，因此僅對兩端為柱或剪力墻的主梁適用，若本工程采用常規(guī)的鋼管腳手架支撐體系，將存在以下問題：

（a）經(jīng)計(jì)算滿堂架立桿間距需控制在400～450 mm之間。若間距過小，工人施工操作難度很大，施工質(zhì)量難以保證；

（b）轉(zhuǎn)換層梁平均高度達(dá)2 m，單位面積平均施工荷載達(dá)60 kN/m2，而轉(zhuǎn)換層下部支承結(jié)構(gòu)為下層梁板，部分對應(yīng)區(qū)域僅為厚160 mm樓板，按照設(shè)計(jì)活荷載為5 kN/m2計(jì)算，下部樓板需支撐至地下室筏板方可滿足受力要求，每個(gè)單元鋼管用量約600 t，材料及人工費(fèi)較大。

因此須采取有效的方法，既能保證順利施工，又能保證轉(zhuǎn)換層施工荷載不會(huì)對下部樓層結(jié)構(gòu)造成破壞[2]。經(jīng)過理論計(jì)算及現(xiàn)場實(shí)際情況分析，確定了采用型鋼支撐體系+鋼管腳手架支撐體系的支撐方式，即先進(jìn)行豎向墻、柱構(gòu)件的混凝土澆注，利用已澆筑完成的豎向結(jié)構(gòu)架設(shè)類似拱橋的型鋼支撐體系，將轉(zhuǎn)換層主梁的施工荷載直接傳遞至梁兩端的豎向結(jié)構(gòu)上，下層樓板不承擔(dān)此部分荷載；次梁和樓板模板采用鋼管腳手架支撐體系，避免了由于上部施工荷載過大對下部樓層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，同時(shí)減少了支撐鋼管腳手架的用量。

3 施工工藝

3.1 主梁型鋼支撐體系

主梁采用型鋼支撐體系進(jìn)行模板加固。型鋼支撐體系的基本原理為在梁底設(shè)置水平工字鋼背楞，水平工字鋼直接埋設(shè)于已澆筑完成的柱或剪力墻內(nèi)，水平工字鋼背楞下方設(shè)斜撐工字鋼焊接形成整體支撐架，通過設(shè)置的斜撐工字鋼將主梁荷載傳遞至先澆筑完成的框支柱或剪力墻上，再傳遞至筏板基礎(chǔ)（圖2）。型鋼支撐體系由建模計(jì)算確定的水平工字鋼、斜撐工字鋼、連接鋼板、預(yù)埋件、構(gòu)造角鋼五部分基本構(gòu)件通過焊縫焊接連接成整體的受力體系。

圖2 梁底型鋼支撐示意

3.1.1 水平工字鋼

水平工字鋼采用18#（局部大梁22a#）工字鋼，水平工字鋼端部埋設(shè)于柱子或剪力墻內(nèi)不小于200 mm。梁底水平工字鋼距離梁邊100 mm布置，中間工字鋼中心間距不大于750 mm。工字鋼端部以及與斜撐工字鋼連接點(diǎn)設(shè)置厚10 mm鋼板加勁肋。

3.1.2 斜撐工字鋼

按梁凈跨三等分原則在水平工字鋼下部設(shè)置18#斜撐工字鋼，斜撐工字鋼下部與柱或剪力墻下端預(yù)埋件焊接固定，斜撐上端與焊接在水平工字鋼底部的連接鋼板焊接。

3.1.3 連接鋼板

連接鋼板厚12 mm、寬300 mm、長同梁寬，分別與每根水平工字鋼底部焊接，使每根水平工字鋼之間能夠通過連接鋼板而共同受力。連接在斜撐工字鋼支撐點(diǎn)位置設(shè)置，連接鋼板底部與斜撐工字鋼上端焊接連接。

3.1.4 構(gòu)造角鋼

構(gòu)造角鋼分別于如下焊接位置：水平工字鋼兩端、水平工字鋼焊接連接鋼板處上方、斜撐工字鋼中部，角鋼采用L50 mm×5 mm型號，通過構(gòu)造角鋼焊接使工字鋼之間共同受力。圖3為支撐體系。

3.1.5 預(yù)埋件

柱或剪力墻腳部的預(yù)埋件采用厚12 mm鋼板及Φ18 mm圓鋼穿孔塞焊制作。預(yù)埋件詳細(xì)尺寸根據(jù)梁寬確定（圖4、圖5）。

圖4 柱/剪力墻腳埋件示意

圖5 柱/剪力墻腳埋件實(shí)例

3.1.6 特殊節(jié)點(diǎn)處理

梁底水平工字鋼的埋設(shè)標(biāo)高根據(jù)梁高確定。部分與柱或剪力墻相交梁的梁底標(biāo)高相差500 mm，施工縫留設(shè)按照最低梁底標(biāo)高-100 mm控制，較小梁梁底工字鋼下部焊接設(shè)置短工字鋼作為支點(diǎn)，具體做法如圖6所示。

圖6 梁底標(biāo)高不一致處理大樣

3.1.7 計(jì)算復(fù)核

該型鋼支撐體系受力構(gòu)件主要由水平工字鋼以及斜撐工字鋼組成，水平工字鋼兩端與混凝土柱或剪力墻剛性連接；斜撐工字鋼上端與水平工字鋼、下端與混凝土柱或剪力墻均成剛性連接[3,4]；荷載由恒荷載（考慮構(gòu)件所負(fù)荷范圍的各構(gòu)件質(zhì)量以及混凝土質(zhì)量）+活荷載（考慮構(gòu)件所負(fù)荷范圍的施工活荷載以及混凝土澆筑沖擊荷載）?？山⑿弯撝误w系典型計(jì)算模型如圖7所示。

圖7 型鋼支撐體系典型計(jì)算模型示意

3.2 次梁、樓板鋼管腳手架支撐體系

本工程樓板厚200 mm，根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》 JGJ 130—2011計(jì)算及構(gòu)造要求確定支撐體系采用Φ48 mm×3.5 mm扣件式鋼管腳手架搭設(shè)，立桿縱橫距900 mm×900 mm設(shè)置，步距1 500 mm， 底部距板面200 mm設(shè)置縱橫水平方向掃地桿，可調(diào)支托底部的立柱頂端沿縱橫方向設(shè)置水平拉桿。立桿底部墊木枋墊塊，外圍四周設(shè)置由下至上的豎向連續(xù)式剪刀撐，中間在縱橫向每隔10 m 左右設(shè)置由下至上的豎向連續(xù)剪刀撐，夾角45°～60°，寬度宜為4～6 m。并在剪刀撐桿件的頂部、掃地桿處設(shè)置水平剪刀撐。

部分次梁高度達(dá)2 000 mm，梁下立桿需加密設(shè)置，經(jīng)計(jì)算梁底立桿縱橫向間距需控制在450 mm以內(nèi)，為保證梁底支撐的穩(wěn)定性，在沿梁跨度方向間隔3 排立桿設(shè)置1 道豎向剪刀撐（圖8）。

圖8 次梁、鋼管腳手架支撐示意

4 結(jié)語

棕櫚泉項(xiàng)目Ⅱ、Ⅲ單元轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)于2011年6月開始施工，于2011年8月7日施工完畢，其施工方案經(jīng)過多方論證，施工、設(shè)計(jì)結(jié)合，最終確定采用型鋼支撐+鋼管腳手架支撐體系的方式。現(xiàn)場施工過程中嚴(yán)格按照方案執(zhí)行，型鋼支撐體系以及鋼管腳手架體系的施工完全達(dá)到了預(yù)期的方案，尤其是型鋼支撐體系，型鋼的布置、焊縫的焊接均達(dá)到了很好的效果，形成一個(gè)明確的受力體系，有效的解決了施工荷載大、施工難度大、危險(xiǎn)性高的難題，同時(shí)無論質(zhì)量、安全方面都達(dá)到甚至超過了預(yù)期效果。并有效節(jié)省了大量的鋼管腳手架用量，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

大截面梁的施工一直是建筑行業(yè)的一大難題，尤其是安全方面很難得到保障，一旦發(fā)生安全事故，將是難以估量的損失。型鋼模板支撐體系這一施工方法在成都棕櫚泉項(xiàng)目轉(zhuǎn)換層的成功運(yùn)用，為大截面梁的施工這一行業(yè)難題提出了新的思路以及理論和實(shí)踐上的支持。梁截面越大、施工荷載越大，該施工方法的優(yōu)勢越明顯。