超高超重梁模板支撑专项施工方案一

1.引言

对于工程施工中出现的“水平混凝土构件模板支撑系统高度超过8m ，或跨度超过18m，或施工总荷载大于10kN/m2 ，或集中线荷载大于15kN/m 的模板支撑系统”，建设部建质 [2004]213 号文件作出了“应当在施工前单独编制安全专项施工方案并应当组织专家组进行论证审查”的规定。
本工程主体结构梁设计截面尺寸诸多，荷载不等，相对梁模板支撑架的设计与施工提出了不同层次的要求。在本项目部编制的《xxxxxxxxxxxxx混凝土模板支架专项施工方案》中，专门对于由该方案划分的第一、二类梁即较普通梁施工支撑架体系作出了设计验算，而第三类梁体即超高超重梁归为本专项方案论证设计范畴，单独计算，并待专家审查通过后方可实施。
本工程楼层标高为+14.00m转换层楼面处，梁体截面均相对较大，部分混凝土梁体计算集中线荷载大于15kN/m，施工总荷载大于10kN/m2，属于超高超重梁，其模板支撑系统应作有效的设计与计算校核，有关结构梁体简况如表1-1

转换层超高超重梁汇总表 表1-1

梁编号 轴线范围 截面尺寸
4KZLD1(1) ～×～轴 800mmX2000mm
4KZLD2(1) ～×～轴 800mmX2000mm
4KZLC1(1) ～×～轴 1000mmX2100mm
～×～轴
4KZLC2(4) +1.2m～×～轴 1000mmX2100mm
局部1100mmX2100mm
+4.8m～×～轴
4KZL20(3) 轴×～轴 900mmX2000mm
4KZL22(2) 轴×～轴 800mmX2000mm
4KZL23(3) 轴×～轴 800mmX2000mm
4KZL24(3) 轴×～轴 900mmX2000mm

跨度 最大轴线跨度为8.40m
板厚 200mm
层高 5.05m

本方案将以上述梁体作研究分析对象。

2.方案设计

本专题方案编制执行方远建设集团股份有限公司企业标准FY－QB02－2005《超高超重梁模板支撑施工工法》，依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130－2001），参考《建筑施工手册》第四版、《施工技术》2003年2期刊登的北京中建建筑科学技术研究院杜荣军编写的《扣件式钢管脚手架的设计安全度和施工安全管理》及《施工技术》2002年3期刊登的《扣件式钢管模板高支撑架的设计和使用安全》。
设计总体思路是以工字钢支承梁底横向木龙骨，工字钢底面直接搁置在扣件式钢管架立杆顶端的特制可调支托上，使扣件式钢管脚手架支撑立杆处于轴心受压状态。根据荷载情况，计算立杆的强度和稳定性，得到扣件式钢管支撑架的纵、横间距和步距。在此基础上采用必要的构造措施，可解决在超高超限梁模板支撑系统中采用型钢组和扣件式钢管支撑架的安全问题。避免了因“采用钢柱、钢托架或钢管门型架支撑体系” 增大投资效应，也解决了作业层因不熟悉新支撑体系而易产生不安全因素的弊端。
具体设计结果参数如下：混凝土梁底、侧面板采用15mm厚度模板，模板下为直接支承模板的小龙骨即小楞，材质：油松，其宽×高=60mm×80mm，间距统一为@250mm，平行于梁截面搁置；小楞下部为10号工字钢即大楞垂直梁截面设置，其下为下口植入Ф48×3.5mm钢管立杆的可调顶托。平行于梁截面方向钢管立杆立杆数量间距依梁截面而定（统一计算公式为间距a= ，其中b为梁截面宽度），当梁截面宽度为800mm，则立杆间距为375mm，当梁截面宽度为900mm，则立杆间距为425mm，当梁截面宽度为1000mm，则立杆间距为475mm，当梁截面宽度为1100mm，则立杆间距为525mm。相应其上主龙骨根数为3根，其间距与立杆平行于梁截面间距一致。垂直于梁截面方向立杆间距为@750mm。梁下立杆数量统一为3根，详见图1“梁模板支撑示意图”及图2 “梁模板支撑1-1剖面图”。

3.方案验算

选取截面最大的4KZLC2(4)1100mmX2100mm梁体作为最不利验算对象，具体计算如下；

3.1主要材料的力学性能：

3.1.1.混凝土模板用胶合板的整张板的长向为强方向，短向为弱方向。15mm厚胶合板的主要
力学性能为：
静曲强度[f]： 强方向－24 N/㎜2 ； 弱方向－20 N/㎜2；
弹性模量E： 强方向－5000 N/㎜2 ； 弱方向－4000 N/㎜2；

3.1.2.直接支承模板的木龙骨（宽×高=60mm×80mm，材质：油松）主要力学性能为：
抗弯fm = 13 N/㎜2 ； 弹性模量：10000 N/㎜2；
截面面积 A= 48㎝2 ； 回转半径：i=2.31㎝；
截面惯性矩I= 256㎝4 ； 截面抵抗矩W= 64㎝ 3 ；

3.1.3.支承木龙骨的工字钢主要力学性能为：

普通工字钢规格 表1-2
型
号 尺寸（mm） 截面面积（cm2） 重量（kg/m） X－X
h b d t Ix（cm4） Wx（cm3） ix（cm） Ix：Sx
10 100 68 4.5 7.6 14.3 11.2 245 49.0 4.14 8.59
注：Ix－惯性矩；Wx－抵抗矩；ix－回转半径；Sx－半截面的面积矩。
弹性模量：2.06×105 N/㎜2；

3.1.4.支撑用φ48×3.5钢管的主要力学性能为：
抗拉、抗压、抗弯强度设计值f= 205 N/㎜2；
弹性模量：2.06×105 N/㎜2； 直角/旋转扣件抗滑RC =8KN；
截面面积 A= 4.89㎝2 ； 回转半径：i=1.58㎝；
截面惯性矩I=12.19㎝4； 截面抵抗矩W=5.08㎝ 3 ；

3.2荷载取值：
3.2.1说明：本方案荷载计算中的荷载取值均为折减后的设计值，即：对资料中提供的荷载标准值分别乘以荷载分项系数后，再乘以0.9系数予以折减（按《建筑施工手册》第四版第2册148～151页）；模板采用15㎜厚木胶合板；混凝土采用商品混凝土，混凝土输送泵布料；未考虑墙、柱、高度较大梁类构件垂直面模板的水平荷载。

3.2.2现浇梁板模板自重设计值：
0.5×1.2×0.9= 0.54KN/㎡ （a）

3.2.3新浇钢筋混凝土梁自重设计值：
（24＋1.5）×1.2×0.9=27.54 KN/m3 （b）

3.2.4施工人员及设备自重设计值：

①计算模板及直接支承模板的小楞时，均布荷载为2.5×1.4×0.9=3.15 KN/㎡，另应以集中荷载2.5×1.4×0.9=3.15 KN再行验算，比较两者的弯矩值，按其中较大者采用。 （c）

②计算直接支承小楞的梁底主龙骨工字钢时，均布荷载为
1.5×1.4×0.9=1.89 KN/㎡ （d）

③计算扣件式钢管支撑架的立杆时，均布荷载为
1.0×1.4×0.9=1.26KN/㎡。 （e）

3.2.5振捣混凝土时产生的荷载设计值：
2.0×1.4×0.9=2.52KN/㎡。 （f）

3.3荷载组合：

3.3.1计算宽×高=b×h=1.1m×2.1m的现浇梁底面模板：
q11=[（a）＋（b）×h＋（c）＋（f）] ×b
=[0.54+27.54×2.1＋3.15＋2.52] ×1.1
=72.45KN/m。
另以集中荷载3.15 KN再行验算，比较两者的弯矩值，按其中较大者采用，其荷载组合为：
q12=[（a）＋（b）h＋（f）] ×b +[受力简图中另设集中荷载3.15 KN，单独荷载产生最大弯矩值时集中荷载位置为三跨连续两侧跨跨度处]
=[0.54+27.54×2.1＋2.52] ×1.1 +[受力图中面板作用集中荷载以求弯矩]
=66.98KN/m+[受力图中面板作用集中荷载以求弯矩]。

3.3.2计算现浇梁底面模板下小楞:
注：本步计算是根据3.4.1 条确定了小楞间距a后进行的。为保持计算条目的的整体性而将
该步列入3.2条目内的。
q21= ＋[（c）＋（f）]×a
=＋(3.15＋2.52)×0.25
=16.477KN/m。 [其中表示扣除板厚后的梁截面高度，即梁侧模分布高度=2.1-0.2=1.9m]
另以集中荷载3.15 KN再行验算，比较两者的弯矩值，按其中较大者采用，其荷载组合为：
q22= ＋（f）×a +[受力简图中另设集中荷载3.15 KN，单独荷载产生最大弯矩值时集中荷载位置为两跨连续梁任一跨跨中部位]
=+2.52×0.25+[受力图中木楞作用集中荷载求弯矩] =15.690+[受力图中木楞作用集中荷载求弯矩]

3.3.3计算宽×高=b×h=1.1m×2.1m的现浇梁底面下支承梁底木龙骨的工字钢，根据木楞的支座反力来确定其荷载。由3.3.2条木楞的计算过程可知其荷载组合是考虑施工人员及设备自重设计值为2.5×1.4×0.9=3.15 KN/㎡，现以1.5×1.4×0.9=1.89 KN/㎡对该取值进行置换，得到新的q21值（由第3.4.2条知q21值最大，故不考虑集中力的组合）：
q21’=＋[（d）＋（f）]×a
=＋(1.89＋2.52)×0.25
=16.162 KN/m
则根据图4受力简图，

图4 木楞受力简图

查‘荷载与结构静力计算表”（《建筑施工手册》第四版缩印本51页）得最大剪力系数KVB=±0.625、较小剪力系数KVA= KVC=0.375。
∴ FB=RB=2KVBq21’l=2×0.625×16.162×0.525=10.606KN
FA= FC =RB=RC=KVBq21’l=0.375×16.162×0.525=3.182KN
取大值FB作为工字钢大楞受力简图中的作用荷载F，即取B支座工字钢作为计算对象。

3.3.4计算宽×高=b×h=1.1m×2.1m的现浇梁底面支承型钢的支撑架立杆时，根据工字钢主楞的支座反力来确定其荷载。由3.3.2条木楞的计算过程可知其荷载组合是考虑施工人员及设备自重设计值为2.5×1.4×0.9=3.15 KN/㎡，现以1.0×1.4×0.9=1.26 KN/㎡对该取值进行置换，得当新的q21值（由第3.4.2条知q21值最大，故不考虑集中力的组合）：
q21’’ =＋[（e）＋（f）]×a
=＋(1.26＋2.52)×0.25
=16.004 KN/m
则根据图4受力简图，查‘荷载与结构静力计算表”（《建筑施工手册》第四版缩印本51页）得最大剪力系数KVB=±0.625、较小剪力系数KVA= KVC=0.375。
∴ FB=RB=2KVBq21’’l=2×0.625×16.004×0.525=10.503KN
FA= FC =RB=RC=KVBq21’l=0.375×16.004×0.525=3.151KN
取较大值FB作为工字钢大楞受力简图中的作用荷载F，即取B支座工字钢作为计算对象，同时应叠加上工字钢自重设计值11.2×10-3×9.8×1.4×0.9=0.119KN/m。
根据图6受力简图，因该受力荷载图不规则，拟采用SM Solver 1.5结构力学求解器进行软件计算：计算跨度为l=0.75m：

图6 工字钢受力简图（单位KN、KN/m）

剪力图（单位KN）

根据上图可知支座反力分别为：RA=7.74KN；RB=23.91KN；RC=23.91KN；RD=7.74KN。并且根据
3.4.3条在本受力工况下（集中力按10.606KN，大于本步骤的取值10.503KN）工字钢验算能完全满足要求，故验算立杆支座力N=Rmax=23.91KN。

3.4计算步骤：
荷载计算后，分别对模板、小楞（木龙骨。木枋）进行内力验算，其顺序如下：梁底模板的 抗弯强度、挠度验算→小楞的抗弯强度、挠度验算→工字钢主龙骨的抗弯强度、挠度验算→扣件式钢管脚手架支撑立杆的强度、稳定性验算。
3.4.1底模面板计算：梁底模支承在方木小楞上，先假定小楞间距为a，计算三等跨连续梁情况下面板及小楞的强度和刚度，若不满足要求，则重新调整a值，直到面板及小楞均满足强度和刚度要求后，就确定了a值。因确定a值以前为试算过程，所以，仅将确定后的a值相对应的强度和刚度验算内容写入计算书。验算内容如下：
底模的宽度取与梁宽相等，沿梁长度方向的均布荷载为q1。底模面板的受力简图见图3。

图3 梁底模板受力简图

(1)强度验算：跨度（250mm）/板厚（15㎜）=16.67＜100，按小挠度三跨连续板，查“荷载与结构静力计算表”（《建筑施工手册》第四版第一册128页），得弯矩系数KM = -0.100。
∴ M = KM ql2 = 0.1×q11×a2 =0.1×72.45×2502 =4.528×105 （N· ㎜）
另以集中荷载3.15 KN再行验算，其受力简图见图3-1，

图3-1 面板受集中力作用简图

其中集中荷载产生的最大弯矩系数查“荷载与结构静力计算表”（《建筑施工手册》第四版缩印本52页）得弯矩系数KMF=0.200：并且最大弯矩位置与三跨连续梁最大大弯矩位置相同即支座B或C，因此数值可叠加：
∴ M = KM ql2+ KMFFl= 0.1×q12×a2+ 0.2×Fl=0.1×66.98×2502+ 0.2×3.15×250=4.188×105（N· ㎜）
比较两者的弯矩值max =4.528×105 （N· ㎜）
面板的截面抵抗矩： W = bh2 /6 =1100×152 /6 = 4.125×104 ㎜3
面板的最大内力为： 

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