橫琴口岸工程ST-100塔式模架支撐體系應用技術

劉廷會 黃 俊 馬 凱

中國建筑第二工程局有限公司華南分公司 廣東 深圳 518048

隨著粵港澳大灣區(qū)深度發(fā)展，為充分利用土地，在滿足使用功能的基礎上實現(xiàn)土地資源的更多利用，一些高大建筑與密集建筑群逐步出現(xiàn)，并由此帶來了交通擁擠、材料周轉不暢等問題，因此需要建筑施工單位采用先進的技術和安全性高的施工措施來保證施工安全性[1-5]。在支撐體系施工技術中，ST-100塔式模架支撐體系應用技術支撐性能好、安全性高、組裝快捷方便，提高了周轉效率，進而在一定程度上解決了施工難題。

1 工程概況

橫琴口岸及綜合交通樞紐功能區(qū)位于廣東省珠海市橫琴區(qū)，工程包含前廣場、口岸區(qū)內(nèi)主要道路、通關大廳、南北側交通平臺、商業(yè)及產(chǎn)業(yè)辦公配套等，總用地面積34.5 hm2，總建設規(guī)模逾130萬 m2。其中通關大廳地下3層、地上4層，地上結構總建筑面積約18.57萬 m2。通關大廳地上1層、2層層高分別為8.5、9.0 m，主要建筑功能為旅檢大廳、商業(yè)；地上3層、4層層高均為6.0 m，主要建筑功能為商業(yè)、餐飲、產(chǎn)業(yè)展示、多功能廳、室外平臺等。通關大廳地上結構梁高以900、1 400、1 800 mm為主，最大梁截面為1 400 mm（寬）×2 500 mm（高），梁板水平結構最大支撐高度為22 m。

通關大廳位于橫琴口岸項目的中心地段，由于整個橫琴口岸片區(qū)開發(fā)密度大，造成通關大廳工程周邊運輸通道極為緊張，如果采用常規(guī)的扣件式鋼管腳手架體系，大量的鋼管、扣件運輸進場，場內(nèi)周轉工作量巨大。此外，為了保證橫琴口岸通關時間節(jié)點，通關大廳施工工期異常緊張，常規(guī)的扣件式鋼管腳手架體系施工效率低下，無法滿足工期要求。綜合考慮通關大廳地上4層區(qū)域單層面積大、層高大、柱距大、超線荷載梁多、樓層平整規(guī)則的特點后，項目部決定采用德國PERI集團的ST-100模架支撐架體系作為本工程的梁板等水平結構的模板支撐系統(tǒng)，該套模架體系為快拆快搭、高承載力的單元式新型腳手架體系，其應用可破解通關大廳工程模板支撐架運輸周轉量大和施工效率要求高的難題。

2 德國塔ST-100模架支撐體系

2.1 支撐架體構成

ST-100模架支撐體系簡稱德國塔，本工程選用的就是ST-100模架支撐體系，其主要由定尺裝配的截面尺寸為1 000 mm×1 000 mm塔架（簡稱塔架）、主梁AB20C、木質次梁VT20和連系桿等部件組成，每個塔架包括底托、底座、連接框、頂托、斜桿、鋼跳板和叉托等構件組成，如圖1～圖3所示。

圖1 塔架構造示意

圖2 底座和連接框

圖3 底托、叉托及頂托

ST-100模架支撐體系塔架采用φ48.3 mm×3.2 mm的鋼管，鋼材屈服強度320 N/mm2。ST-100塔架受力體系新穎，采用1個小單元形成1個方格塔體，塔架承載力高、受力可靠，單腿豎向承載力可達5 t左右，單位面積架體用量小，可調節(jié)范圍較大（底托伸出長度≤300 mm、頂托伸出長度≤340 mm）；搭設完成后，塔架之間空間大，方便檢查與驗收；ST-100模架支撐體系周轉次數(shù)多，理論上可周轉100次。塔架的頂托上方放置主梁AB20C，主梁上方放置次梁VT20（圖4），主梁與次梁均為工字梁，截面為80 mm（寬）×200 mm（高），長度有1 450、2 150、2 450、2 650、2 900、3 290、3 590、3 890、4 490、4 900、5 900 mm等多種規(guī)格。

圖4 次梁VT20

ST-100模架支撐體系采用裝配式構件，組裝便捷，方便工人操作，搭拆效率高。

塔架布置于梁底及板底，塔架之間通過水平鋼管和45°斜向鋼管連接，以保證架體的整體穩(wěn)定性。塔架與連系桿之間通過常規(guī)鋼管扣件連接，數(shù)量按構造配置，如圖5、圖6所示。

圖5 搭設平面布置

圖6 支撐體系立面布置

2.2 與國內(nèi)架體對比

2.2.1 效率對比

在搭設高度和荷載相同的情況下，采用ST-100支撐體系的支撐構件用量為8.3 kg/m3，工作效率約為每人每天搭設80 m3的架體；采用扣件式鋼管腳手架的支撐構件用量為9.6 kg/m3，工作效率約為每人每天搭設60 m3的架體；采用盤扣式鋼管腳手架的支撐構件用量為17.5 kg/m3，工作效率約為每人每天搭設50 m3的架體。可見，相比于傳統(tǒng)架體，ST-100支撐體系架體材料性能好、架體強度高，搭設完成后架體稀疏，便于人員進出架體內(nèi)部檢查，大大增加了安全可靠性。

2.2.2 與國內(nèi)架體對比具有的優(yōu)點

1）安裝簡單、便于管理、拆卸快速、使用方便、搭設完成后美觀等。

2）2～3人就可以協(xié)同安裝，施工時使用工具簡單，僅需1把敲打工具鐵錘即可，大大節(jié)省了安裝時間和勞動力，既降低了勞動強度，又節(jié)省了裝拆時間。

3）組件少、無散件搭配、便于管理運輸，克服了傳統(tǒng)架體配件易散失的缺陷。

4）不存在傳統(tǒng)架體扣件抗滑力計算和扣件螺栓的扭矩力的測定。大大提高了腳手架的整體強度和搭設速度。

5）整體是塔式，統(tǒng)一規(guī)格尺寸，每個塔體形狀架體一致，并且不存在傳統(tǒng)架體的探頭，美觀大方。

6）在一定程度上減少了架體使用量，進而緩解了場內(nèi)外交通運輸?shù)膲毫Α?/p>

7）相比傳統(tǒng)扣件式施工質量受人為影響大這一問題，ST-100模架支撐體系安全可靠，大大降低了安全風險。

2.3 架體主要受力構件力學特征值

ST-100所用φ48.3 mm×3.2 mm管材力學特征值如表1所示，VT20力學特征值如表2所示。

表1 ST-100所用φ48.3 mm×3.2 mm管材力學特征值

表2 VT20力學特征值

3 模板支撐架體系設計

3.1 支撐體系設置原則

3.1.1 梁支撐架體設計原則

首先判斷梁寬是否＞1 000 mm，如果＜1 000 mm，首先考慮單個塔架支撐，通過計算分析，布置出梁底塔架，如果布置過于密集（塔架與塔架之間間距＜500 mm），則考慮雙塔布置。

計算荷載在模板上的受力分析，先假設次梁間距為300 mm是否滿足要求，通過計算調整次梁間距。

計算荷載在次梁上的受力分析，先根據(jù)第1條塔架之間的間距，判斷塔架與塔架之間的間距是否＞1 000 mm。若＞1 000 mm，則計算塔架間距次梁VT20的變形、剪力、彎矩、反力驗算是否滿足要求。若＜1 000 mm，則計算1 000 mm間距次梁VT20的變形、剪力、彎矩、反力驗算是否滿足要求。在計算中不斷調整塔架之間的間距，直到滿足要求。計算荷載在主梁上的受力分析，通過計算調整塔架之間的間距，直到滿足主梁上VT20的變形、剪力、彎矩和反力驗算。

3.1.2 板支撐架體設計原則

1）對于≤厚300 mm的板，優(yōu)先考慮板與梁共用塔架，通過受力計算看整體是否滿足要求。

2）對于＞厚300 mm的板，則根據(jù)受力計算考慮，板下單獨布置塔架。

3.2 梁模板支撐架體系設計

模板采用厚15 mm的黑模板，梁側模主、次背楞均采用45 mm（寬）×95 mm（高）方木，再用M14或M12對拉螺桿固定。在塔架的頂托上放置主梁AB20C，主梁上放置次梁VT20，次梁上放置梁底模板。梁底主、次梁間距需根據(jù)計算確定。

對于截面700 mm×900 mm、900 mm×1 400 mm的梁，梁兩側板厚為150 mm的情況下，梁側模方木間距230 mm；梁高度方向設置2道M14對拉螺栓，沿梁方向間距460 mm；梁底步步緊間距500 mm，梁底次梁工字木VT20間距≤200 mm；沿梁方向塔架布置間距≤2 000 mm；塔架立桿標準節(jié)的步距h＝1 000 mm，如圖7所示。

圖7 梁底單塔架支撐體系立面

對于截面1 300 mm×1 800 mm的梁，在梁兩側板厚為150 mm的情況下，梁側模方木間距230 mm；梁高度方向設置3道M14對拉螺栓，沿梁方向間距460 mm，梁底步步緊間距500 mm，梁底次梁工字木VT20間距≤200 mm；采用雙塔架支撐，垂直梁方向布置間距≤400 mm，沿梁方向塔架布置間距≤1 750 mm，塔架立桿標準節(jié)的步距h＝1 000 mm，如圖8所示。

圖8 梁底雙塔架支撐體系立面

3.3 板模板支撐架體系設計

本工程模板采用厚15 mm的黑模板，板底的支撐則是在梁下塔架主梁上放置叉托，叉托與叉托之間采用鋼管扣件連接，叉托上放置頂托，頂托上放置雙排工字梁VT20作主梁，主梁上方再垂直放置一層工字梁VT20作為次梁，次梁上放置板底模。板底主、次梁間距需根據(jù)計算確定。

針對本工程對于厚150～300 mm的樓板，板底次梁工字木VT20間距300 mm，與周邊梁共用塔架，塔架標準節(jié)h＝1 000 mm（圖9）。

圖9 板底無塔架支撐體系立面

對于厚300 mm以上的樓板，不與周邊梁共用塔架，應設置獨立塔架（圖10）。

①田間工程和土地平整要求。田塊要以道路或溝渠為界限形成格田。河庫灌區(qū)旱田畦（溝）灌田面坡度宜為 1/600～1/300，畦（溝）長度不宜超過80 m，畦寬不宜大于 3 m，并與農(nóng)機具作業(yè)要求相適應。井灌區(qū)固定管道長度宜為 90～150 m/hm2，出水口間距不應大于100 m。水田格田以長60～120 m、寬 20～40 m 為宜，面積不大于0.3 hm2，田面高差應控制在±3 cm以內(nèi)。平原地區(qū)旱田相鄰田塊高差以0～0.3 m為宜；丘陵地區(qū)相鄰田塊高差應小于2 m，以0.5 m～1.5 m為宜，耕地梯田化。

圖10 板底雙塔架支撐體系立面

4 模架體系設計與驗算

4.1 模板、次梁和主梁計算原則

1）根據(jù)模板的相應力學性質，計算荷載在模板上的受力情況。

2）計算荷載在次梁VT20上的受力，判斷塔架與塔架之間的間距是否＞1 000 mm。若＞1 000 mm，則計算塔架間距次梁VT20的變形、剪力、彎矩、反力驗算是否滿足要求；若＜1 000 mm，則計算1 000 mm間距次梁VT20的變形、剪力、彎矩、反力驗算是否滿足要求。

3）計算荷載在主梁VT20上的受力，對比VT20的材料性質，判斷受力是否滿足VT20的變形、剪力、彎矩、反力驗算等要求。

4.2 塔架計算原則

計算出加載在塔架上的荷載受力，對比塔架的材料性質，判斷承載力是否滿足要求。

5 ST-100模架支撐搭設流程

1）放置底托和底座。根據(jù)測量放線，放出塔架所在位置后，用卷尺放出每個底托的位置。將底托放置好后，將底座放置在底托上，用水平尺將底座調平，使底座處于同一水平高度。

2）裝配連接框，連接斜拉桿。底座裝好之后，裝配連接框，裝配連接框時應考慮斜桿的位置，將連接框連續(xù)搭設，保證整體架體豎向垂直，并及時安裝斜拉桿。當搭設到一定高度之后，在塔體上放置工字梁VT20，以便搭設得更高。

3）放置頂座與頂托。搭設達到設計高度后，放置頂座，保證架體豎向垂直。放置好頂座后，放置頂托，調整到統(tǒng)一高度。頂托調整完后，根據(jù)圖紙放置鋁制工字梁AB20C，一般垂直梁放置。

4）鋪設工字木與模板。按照方案設梁底工字木次梁。鋪設完次龍骨（工字木）后，再進行模板鋪設，直至鋪設完成。

6 安全措施

6.1 安全穩(wěn)定性措施

考慮到國內(nèi)外差異，為了更好地對接國內(nèi)支撐系統(tǒng)標準規(guī)范的要求，本項目在應用ST-100模架支撐體系過程中，增加了塔架和塔架之間的連接，以增強架體的整體性和抗傾覆能力。

1）連接桿采用φ48 mm×3.0 mm的鋼管，采用扣件連接?？奂ぞo力矩應為40～65 N·m。

2）架體的中部和頂部均需設置橫向及縱向的鋼管扣件水平連接桿。

6.1.2 塔身連接斜桿應符合的規(guī)定

1）模板支撐架應在架體周邊、內(nèi)部縱向和橫向每間隔4個塔身間距設置1道斜鋼管。

2）每道斜拉桿水平方向間隔不應＞1個塔身的間距。

3）架體第1道與第2道水平連接桿之間設置斜向連接桿，連接桿與地面傾角在45°～60°之間，并且每道斜向連接桿必須連到地面。

4）斜向拉桿必須與塔身扣件連接，不能只與水平連接桿相連。

6.1.3 塔身水平連接桿應符合的規(guī)定

1）水平連接桿應雙向設置，豎向間隔3 000 mm設置1道，底部離地3 000 mm左右設置1道水平連接桿，頂部不足3 000 mm時，應根據(jù)實際情況在塔身頂部設置1道水平連接桿。支撐樓板的頂托之間，在頂托的頂部需設置雙向水平連接桿。水平連接桿的端部應與結構柱采用抱柱連接或者頂緊。

2）每道水平連接桿應連續(xù)設置，水平連接桿采用鋼管搭接，搭接長度＞1 000 mm，并應使用3個鋼管扣件連接（圖11）。

圖11 連接桿連接示意

6.2 臨邊防護措施

在塔架搭設完成后，進行梁板模板加固時，為了保證人員安全，應在塔架主梁上放置叉托，并且固定在主梁上，叉托上套入鋼管，按照主龍骨間距設置叉托，叉托與叉托之間應采用鋼管扣件連接，設置2道，間距500 mm（圖12）。

圖12 臨邊防護示意

7 監(jiān)測方法

為了更好地了解ST-100模架支撐系統(tǒng)的變形情況，更好地確保安全以及指導現(xiàn)場施工，在實際過程中監(jiān)測了塔架立桿，著重了解塔架立桿垂直方向的變形情況，同時也檢測了材料的物理性能以及受力計算的安全性。

本工程一般選定在截面較大的大梁中部，受力最不利位置上的主龍骨處，倒掛鋼尺在梁底，下端與地面有一定距離。作為沉降觀測的母體，從模板安裝完成之后、混凝土澆筑之前，采用激光器對準鋼尺，記錄初始數(shù)據(jù)；之后在混凝土澆筑過程中逐次記錄（混凝土振搗1/4、混凝土振搗1/2、混凝土振搗3/4及滿倉各1次）。

混凝土澆筑完成之后每隔6～8 h觀測1次，共2次，然后每天觀測1次，直到澆筑完成后7 d為止，完成監(jiān)測記錄（圖13）。

圖13 監(jiān)測示意

ST-100模架支撐體系的沉降觀測極為重要，是驗證ST-100模架支撐系統(tǒng)安全穩(wěn)定的有利支撐。在荷載漸漸增加的過程中，尤其是在鋼筋綁扎完畢后澆筑混凝土的過程中，荷載漸增尤為明顯，必須做好觀測記錄，同時做好及時應變的準備，確保支撐體系的穩(wěn)定性。該過程也是驗證材料架體、計算過程的依據(jù)，并理論提供依據(jù)，使我們更好地掌握ST-100模架支撐。

8 結語

橫琴口岸項目通關大廳地上4層，面積約18.57萬 m2，主要采用ST-100模架支撐體系，共需將近1.3萬個塔架組件。本工程中因ST-100模架支撐體系搭拆效率高，故周轉按照1次進行考慮，普通架體只能滿配；從經(jīng)濟效益來說，普通鋼管架成本合價約為4 300萬元，ST-100模架支撐體系成本合價約為3 900萬元，采用ST-100模架支撐體系提高了搭拆效率，按時完成了工期，并且創(chuàng)造的經(jīng)濟效益約為400萬元。

整體來說，針對本工程理論與實踐，綜合其重點、難點組建了相關課題的研究小組，優(yōu)化了施工方案和針對圖紙進行的深化布置，對新型支撐架體在實踐中的大力推行起到了積極的作用。在實踐過程中通過與傳統(tǒng)支撐體系對比，總結出ST-100模架支撐體系的優(yōu)勢是適合本工程的，保證了本工程的順利實施及完工，既安全可靠，又省時省力，大大節(jié)省了支撐系統(tǒng)搭設的人工費用及工期，減少了施工成本，并且對國內(nèi)采用新增架體系統(tǒng)，起到了一定的借鑒作用，帶來了相應的社會效益。