組合式鋼立柱獨立支撐體系在地下室后澆帶中的應用

蔣忠平

（中鐵建設集團中南建設有限公司，湖北 武漢 430080）

1 工程概況

長沙·合能楓丹星悅工程位于長沙市長沙縣東九路以東，涼塘路以西，本工程含10 棟高層住宅，地下1 層，地上11 層，總建筑面積為88 775 m2，地上面積為71 446 m2，地下面積為17 299 m2，建筑高度為35.65 m。因地下室面積較大，且后澆帶總長度較長，在項目策劃階段，項目團隊綜合考慮，向建設單位提出后澆帶采用組合式鋼立柱獨立支撐體系。

2 準備工作

2.1 組合式鋼立柱獨立支撐體系荷載計算

為保證組合式鋼立柱獨立支撐體系的受力滿足地下室頂板后澆帶受力要求，在施工前期，根據(jù)項目地下室頂板的參數(shù)，對鋼制體系進行驗算，驗算如下：

2.1.1 工程參數(shù)

images/BZ_105_201_2443_1193_2485.png結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 1 支撐架高度 3.7m后澆帶樓板厚度 0.18m 后澆帶梁截面 0.4×0.9m跨度 8m 后澆帶寬度 0.8m支撐架橫距 1.4m 支撐架縱距 4m鋼管類型 插管：φ48×3.0mm，套管：φ60×3.0mm荷載參數(shù)永久荷載 新澆鋼筋砼自重 25.1kN/m3 支架自重 0.17kN模板楞梁自重 0.3kN/m2可變荷載 施工人員及設備荷載 3kN/m2風荷載 湖南長沙市，基本風壓：0.25kN/m2kN/m2

2.1.2 風荷載計算

（1）風荷載標準值。

風荷載標準值應按下式計算：ωk=μsμzω0。ω0——基本風壓，按湖南長沙市10 年一遇風壓值采用，ω0=0.25 kN/m2。μs——獨立鋼支柱風荷載體形系數(shù)，μs取0.12。

獨立鋼支柱頂距地面計算高度H=3.7 m，按地面粗糙度C 類有密集建筑群的城市市區(qū)。風壓高度變化系數(shù)μz=0.65。 風荷載標準值ωk=μzμsω0=0.65×0.12×0.25=0.020 kN/m2

（2）風荷載引起的獨立鋼支柱彎矩設計值。

風荷載的線荷載標準值

PWK=ωkD=0.020×0.06=0.0012 kN/m

D——套管直徑。計算風荷載引起的獨立鋼支柱彎矩標準值MWK

風荷載引起的獨立鋼支柱彎矩設計值MW=γQMWK=1.5×0.0021=0.0032 kN·m

2.1.3 后澆帶支柱穩(wěn)定性計算

（1）軸心壓力設計值N。

板底支撐架N=1.3×（25.10×0.18×4×0.8+0.3×4×0.8+0.17）+1.5×3×4×0.8=34.66 kN。

梁底支撐架 N=1.3×（25.10×0.4×0.9×0.8+25.10×0.18×3.6×0.8+0.3×5.44×0.8+0.17）+1.5×3×4×0.8=42.63 kN

取 較 大 值 42.63 kN，6 根 立 桿， 每 根 立 桿N=42.63/6=7.11 kN。

（2）獨立鋼支柱的強度計算。

①管強度計算σ1。σ1=7110/（424-2×16×3）=22N/mm2＜f=205N/mm2，插管強度滿足要求!

②套管強度計算σ2。σ2=7110/537=13N/mm2＜f=205N/mm2，套管強度滿足要求!

N—獨立鋼支柱軸心壓力設計值，取7110N；

A—獨立鋼支柱的凈截面面積（mm2）

f—鋼材的抗壓強度設計值，取205 N/mm2；

①計算長細比

②后澆帶支柱的穩(wěn)定性系數(shù)φ。根據(jù)長細比，經(jīng)查詢φ =0.144

③風荷載引起的后澆帶支柱彎矩設計值M=3200N·mm

④立桿的歐拉臨界力NEX

獨立支柱穩(wěn)定性滿足要求!

（4）插銷的剪切承載力計算。

①插銷的凈截面面積

②插銷的剪切承載力

剪切承載力滿足要求!

（5）銷孔處的鋼管壁端承壓強度承載力計算。

①插銷的凈截面面積

承壓強度承載力滿足要求!

2.2 地下室頂板后澆帶組合式鋼立柱獨立支撐體系布置

根據(jù)項目的地下室頂板結(jié)構(gòu)后澆帶布置組合式鋼立柱獨立支撐體系，地下室頂板水平后澆帶總長為100 m，地下室頂板的跨距為8 m。根據(jù)驗算，組合式鋼立柱獨立支撐體系間距為1/2 跨，即在后澆帶兩側(cè)的懸臂梁底及頂板跨中各設置一套，體系至后澆帶邊緣為450 mm，項目總共布置628 套支撐體系，布置示意圖如下：

圖1 組合式鋼立柱獨立支撐體系布置示意

圖2 組合式鋼立柱獨立支撐體系布置示意

圖 3 剖面圖

3 地下室頂板后澆地組合式鋼立柱獨立支撐體系施工

組合式鋼立柱獨立支撐體系施工工藝流程為：測量放線→組裝支撐體系→安裝支撐體系→調(diào)直糾偏→模板支撐架體及鋼筋驗收→澆筑混凝土→拆除常規(guī)模板支撐架體、保留組合式鋼立柱支撐體系

（1）安裝支撐體系。梁鋼筋綁扎完成后在梁底安裝組合式鋼立柱支撐體系，根據(jù)地室的高度，調(diào)節(jié)鋼支撐體系的高度，使支撐體系在梁底下與梁底模板緊密貼合，若有縫隙可采用木模板填充，使支撐系統(tǒng)對梁底形成可靠的支撐，安裝時應該保持垂直，支撐體系切面與梁底模板應為水平貼合。并將鋼立柱支撐體系用油漆做好標記，以防止在拆模過程中被隨意轉(zhuǎn)動，拆除。

（2）支撐體系調(diào)直糾偏做法。根據(jù)地下室的200 控制線來調(diào)整組合式鋼立柱獨立支撐體系的位置及垂直度，組合式鋼立柱由三根拉桿將3 根體系連接成整體，為防止鋼立柱的整體偏位，在每套鋼立柱支撐體系上下設2 道鋼管，并與鋼立柱獨立支撐體系四周的鋼管支模架相連，以保證混凝土澆筑時，支撐體系不發(fā)生偏移。

圖4 組合式鋼立柱加固示意

（3）混凝土澆筑。整個墻柱頂板梁驗收通過滯后，可澆筑混凝土，澆筑的過程當中應安排專人觀察支撐體系的承壓情況，防止因澆筑混凝土的過程當中因振動或承壓不均勻?qū)е轮误w系傾斜。澆筑混凝土因連續(xù)分層澆筑，放料時混凝土斜向流動層層推移，上層混凝土應在下層混凝土初凝前澆筑完成，澆筑完成后需對混凝土及時進行灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護頻次滿足規(guī)范要求。

（4）拆除常規(guī)模板支撐體系?；炷恋膹姸葷M足規(guī)范要求后，可拆除常規(guī)的模板支撐體系，拆除的順序應遵循規(guī)范要求，且在拆除模板的過程中，應防止組合式鋼立柱獨立支撐體系被常規(guī)支模體系碰撞，導致?lián)p壞或偏位。后澆帶兩側(cè)組合式鋼立柱獨立支撐系統(tǒng)未拆除之前，后澆帶所在的跨上頂板禁止放置任何材料機械，避免因增加荷載導致樓板開裂等質(zhì)量問題。

（5）拆除組合式鋼立柱獨立支撐體系。在后澆帶澆筑完成，頂板后澆帶混凝土土同條件試件試驗報告滿足設計要求后，可對后澆帶兩側(cè)的組合式鋼立柱獨立支撐進行拆除，由人工進行拆除，先由人工調(diào)松支撐體系，隨后再拆除被支撐體系支撐的模板，最后再解體支撐體系，二次周轉(zhuǎn)或存放倉庫。

4 組合式鋼立柱獨立支撐體系的安全保證措施

（1）為保證后澆帶兩側(cè)梁板結(jié)構(gòu)安全，減少鋼柱支撐體系承受的荷載，后澆帶所在跨的頂板上禁止存在材料、設置材料加工場所。

（2）后澆帶所在跨上頂板嚴禁設置車輛通道。

（3）若必要時，設置小車，斗車通道，應設置專門的通道通行，且對通道部位頂板進行二次回頂。

（4）進行高空施工作業(yè)時，必須遵守國家現(xiàn)行標準《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》JGJ80-2011的規(guī)定。

5 組合式鋼立柱獨立支撐體系的質(zhì)量保證措施

（1）頂板組合式鋼立柱支撐體系搭設時不得將支撐柱與后澆帶兩側(cè)頂板分離。

（2）鋼立柱支撐體系鋼立柱高度要確保頂板模板平齊，鋼柱垂直度偏差≤5mm。

（3）地下室頂板模板支撐時應按施工方案整體搭設。

（4）后澆帶兩側(cè)鋼柱在澆筑頂板混凝土時應清理干凈柱頭的殘渣、垃圾等。

（5）澆筑頂板梁混凝土時，應按照方案對鋼立柱支撐體系進行加固，防止偏位。

（6）地下室后澆帶兩側(cè)混凝土在達到拆除條件時將后澆帶內(nèi)模板支撐拆除，在模板支撐拆除時不得碰組合式鋼立柱支撐體系。

（7）混凝土澆筑完成后應按設計要求進行養(yǎng)護。

（8）支撐體系需待后澆帶砼達到設計要求后再拆除，嚴禁工人在此之前拆除或回頂。

6 效益分析

組合式鋼立柱支撐體系施工操作簡單、便捷，與傳統(tǒng)的輪扣腳手架相比較，過程控制簡單，節(jié)省了輪扣、鋼木龍骨、木膠合板等周轉(zhuǎn)材料的租賃和損耗費用。本工程后澆帶長度（只計算水平部分）共計2 508 m，層高為3.35 m，按照排距1.2 m、步距1.2 m、跨距1.2 m，掃地桿離地20 cm，最上面一排設置水平橫桿的加固方案進行計算。

（1）輪扣腳手架支撐體系的費用：輪扣長度=2090*2+2090*3*1.2+2508*5=26752 m、鋼木龍骨長度=2508*1.2/0.2=15 048 m

木膠合板面積=2508*1.2=3009.6 m2、周轉(zhuǎn)材料滯留時間為6 個月、租賃費用=26752*0.026*180+15048*0.0252*180+3009.6*33=292 773.8 元。

（2）組合式鋼立柱支撐體系：組合式鋼立柱支撐體系需用628 套，每噸5100 元，一噸16 套（包括出廠及運輸）。

一次投入成本=628/16*5100=195 937.5 元，組合式鋼立柱支撐體系與傳統(tǒng)后澆帶支撐做法可節(jié)省成本：292 773.8-195 937.5=968 36.3 元。

7 結(jié)語

地下室后澆帶支撐體系傳統(tǒng)的做法為采用鋼管、輪口、扣件、鋼木龍骨、模板等組成支撐體系進行支撐，需占用大量的周轉(zhuǎn)材料，成本較高，且現(xiàn)場的文明施工程度較差。且在實際施工過程中，傳統(tǒng)的支撐體系不便于后期后澆帶施工縫處理，頂板后澆帶部位的防滲漏質(zhì)量難以保證，且經(jīng)常出現(xiàn)后澆帶支撐體系或支撐桿被拆除的現(xiàn)象，導致頂板開裂，嚴重影響結(jié)構(gòu)安全。本工程采用組合式鋼立柱支撐體系，利用其原理，鋼立柱支撐隨整體地下室模板支撐體系搭設時一同搭設，在常規(guī)的鋼管模板支撐體系拆除時，保留下來，取代鋼管模板對后澆帶進行支撐。解決了采用傳統(tǒng)做法存在的質(zhì)量問題；且組合式鋼立柱支撐體系間的空間較大，滿足地室的施工通道需求，便于地下室施工部署；不占用周轉(zhuǎn)材料，可提高周轉(zhuǎn)材料的周轉(zhuǎn)率，且體系可進行二次周轉(zhuǎn)，節(jié)約成本；組合字鋼立柱支撐體系施工操作簡單，施工安全，適合對地下室后澆帶兩端的模板進行支撐、可在大面積地下室結(jié)構(gòu)中推廣使用。