桁架式模板支撑体系在大荷载转换梁模板施工中的应用

黄建西

(四川省高标建设工程有限公司，四川成都 610081)

1 工程概况

本工程建筑结构形式为框架结构，由整体地下室和A、B、C 栋3个主楼组成，其中:裙楼3 层;A、B 栋为高层住宅楼，建筑层数:地下3 层，地上38 层，建筑高度:124.9 m;C栋为高层商务办公楼，建筑层数:地下3 层，地上34 层，建筑高度:124.9 m。本工程1～3 层裙楼为商业用房，A、B 栋4～38为标准层，标准层层高为3.0 m;C 栋4～29 层为标准层，层高3.0 m，30～33 层为5.2 m 的层高，34 层为5.15 m 的层高。

由于该工程为商住办公楼，其中设计有断面较大的框支转换梁，框支转换梁的具体设计概况如表1。

表1 框支转换梁设计概况(mm)

2 桁架式模板支撑体系在工程中的应用

2.1 框支转换梁的施工特点

(1)框支转换梁的断面较大而跨度不大，仅局部少量布置。

(2)框支转换梁承受上部结构剪力墙荷载，在本层本跨起到结构转换的作用。

(4)梁断面大，施工时线荷载大于20 kN/m，框支转换梁的模板施工方案属“超过一定规模的危险性较大的分部分项工程”，需组织专家进行评审论证。

(5)框支转换梁模板及支模架在混凝土浇筑时承受荷载大，对施工时支模架的强度、刚度、稳定性要求高。

2.2 模板支撑体系选择

对本工程B 座四层平面3、15 轴的两根KZL2 框支转换梁来讲，由于其施工时荷载较大，如果采用传统的支模方式:即将梁的模板支承荷载通过竖向立杆向下逐层传递至地下室底板上的做法，这不仅浪费(要搭设6 层支撑架)，而且因传力模式较复杂不易保证、施工难度大，故采用了桁架式模板支撑体系。

2.3 桁架式模板支撑体系的组成

桁架式模板支撑体系主要由钢桁架、钢牛腿和梁模板支撑体系组成(图1～图3)。

梁模板支撑体系仍采用50 厚木板做底模，18 厚覆膜胶合板做侧模，用12 高强对拉螺杆和48×3.5 扣件式钢管支撑侧模。

3 桁架式模板支撑体系结构受力分析

3.1 荷载传递路径

梁自重、模板自重、施工荷载→梁底木模→小横杆→钢桁架→已浇筑的框支柱。

图2 桁架1－1 剖面

图3 A－A 剖面

B 座四层框支转换梁桁架式模板支撑体系受力分析如图4～图6。

图4 框架立面(KLM，T)

3.2 梁底模板受力计算

梁截面B×D=900 mm×2500 mm，木模50 mm 厚，小横杆@300 mm，梁底模板计算主要包括模板面板和梁底支撑钢管计算。

图5 活载(L－L.T)

图6 恒载(D－L.T)

(1)面板为受弯结构，要验算其抗弯强度和刚度，按照简支梁计算。

(2)梁底支撑钢管的计算。作用荷载包括梁与模板自重荷载、施工活荷载等。考虑其下的支承钢架最少为其提供三个支点，其受力按两跨连续梁计算。

(3)因面板和梁底支撑钢管的计算与普通模板体系计算方法相同，故此处计算省略。

3.3 钢桁架支撑体系计算

钢桁架由四根通长［36a 槽钢组成，两端支承于预埋在框支柱上的20# 工字钢牛腿上。采用计算软件:PKPM－STS(2008年版)进行计算。

3.3.1 荷载计算

恒荷载:25×2.5×0.9+ 0.5×(1+2)=57.75 kN/ m

活荷载:1 kN/ m

集中荷载:2 kN

最大弯矩:Mx=1.2×57.75×4.92×1/8+1.2×1×4.92×1/8+2×4.9×1/2=216.490 kN·m

My=0.000 kN·m

3.3.2 应力计算

图7 配筋包络和钢结构应力比(mm2)

3.3.3 钢桁架梁计算

(1)钢桁架梁抗弯强度计算。

图8 轴力包络图(kN)

梁下部受拉最大弯矩M=－66.26 kN· m，最大应力σ=112.53＜f=215.00 N/mm2满足要求!

梁下部受拉强度计算应力比:0.523，梁下部受拉最大弯矩M=－66.26 kN· m，稳定计算最大应力σ=202.35 ＜f=215.00 N/mm2满足要求!梁下部受拉稳定计算应力比:0.941

(2)钢桁架梁抗剪强度计算。

最大剪力V = 55.55 kN，最大剪应力τ = 20.27 ＜fv=125.00 N/mm2满足要求!计算剪应力比:0.162

(3)钢桁架梁挠度计算。

①(恒+活)载作用下梁的绝对挠度

最大挠度值=5.09(mm)，最大挠度/梁跨度=1/400

②(活)载作用下梁的绝对挠度

最大挠度值=0.51(mm)，最大挠度/梁跨度= 1/500

(4)转角处对接全焊透焊缝计算。

受力形式:拉(压)弯剪，lw=360 mm t=9 mm N=0.00 kN，M=40.20 kN· m V= 32.07 kN，焊缝等级:一级，钢材等级:Q235，W=lw2×t/6 = 3602×9/6=194400.00 mm3，查表:ftw=215 N/mm2;fvw=125 N/mm2

σ= N/(lw×t)+M/W=206.79 N/mm2≤(fcw)= 215 N/mm2，满足要求。

τ=1.5V/(lw×t)= 14.85 N/mm2≤fvw=125 N/mm2，满足要求。

σz=(σ2+3τ2)1/2=208.38 N/mm2≤1.1ftw=236.50 N/mm2，满足要求

3.3.4 钢桁架梁两端部角焊缝计算

4.1 计算依据

焊缝形式:直角角焊缝，钢材等级:Q235，受力形式:弯剪，lw= 720 mm ，he=6.00 mm，M= 0.00 kN·M，V= 55.50 kN

查表:ffw=160 N/mm2，强度增大系数βf=1.22，W=lw2×t/6 =518400.00 mm3，σ=M/W=0.00 N/mm2，满足要求。τ=V/(lw×he)=12.85 N/mm2≤ffw=160 N/mm2，满足要求。

σz=［(σ/βf)2+τ2］1/2=12.85 N/mm2≤ffw=160 N/mm2，满足要求。

4 支座挑梁设计

4.1 计算依据

钢材等级:Q235，梁跨度(m):0.120，梁截面:普通热轧工字钢I20a

梁平面外计算长度:0.240，强度计算净截面系数:1.000，截面塑性发展:考虑，构件所属结构类别:多层钢框架(≤12 层)，是否地震作用组合:否，梁上荷载作用方式:无荷载作用，绕X 轴弯矩设计值Mx:0.000 (kN· m)，绕Y 轴弯矩设计值My:0.000(kN·m)，剪力设计值V:70.000(kN)

设计依据《钢结构设计规范》(GB 50017－2002)

4.2 梁构件设计

(1)截面特性计算。

A=3.5550×10－3;Xc=5.0000×10－2;Yc=1.0000×10－1;Ix=2.3690×10－5;Iy= 1.5790×10－6;ix= 8.1600×10－2;iy=2.1100×10－2;W1x=2.3690×10－4;W2x=2.3690×10－4;W1y=3.1600×10－5;W2y=3.1600×10－5。

(2)钢桁架梁强度验算结果。截面塑性发展系数:γx=1.050最大应力:f=0.000 ＜［f］=215.000(N/mm2)，梁构件强度验算满足。

(3)钢桁架梁整体稳定性验算结果。

平面外计算长度(m):0.240，平面外长细比λy:11，受弯整体稳定系数φb:0.904。

最大应力:f=0.000＜f=215.000(N/mm2)，梁构件整体稳定验算满足。

(4)梁构件抗剪验算结果。

计算点(形心点)以上对中和轴面积矩(m3):Sx=1.3610×10－4，梁 构 件 计 算 最 大 剪 应 力(N/mm2):57.450 ＜fv =125.000，梁构件抗剪验算满足。

(5)局部稳定验算。

翼缘宽厚比B/T=3.42 ＜翼缘容许宽厚比［B/T］=13.0，腹板计算高厚比H0/Tw=22.74＜钢结构规范GB 50017容许高厚比［H0/Tw］=80.0，支座梁构件验算满足要求。

4.3 框支柱混凝土局部承压验算

柱支座承受单根支座梁的荷载为:N=70.000 kN，12#工字钢宽度为:74 mm。

混凝土局部承压面积:S=74×380=28120 mm2，σ=N/S=70×103/28120=2.4 N/mm2。

框支柱混凝土等级为C50，完全可以满足要求。

5 梁侧模板计算

计算断面宽度900 mm，高度2500 mm，两侧楼板厚度120 mm。模板为覆膜防水胶合板18 mm 厚，内龙骨布置9 道间距@300，内龙骨采用50 mm×100 mm 木方，外龙骨间距600 mm，外龙骨采用双钢管48 mm×3.5 mm，对拉螺栓布置对拉5 道，在断面内水平间距300 mm、600 mm、600 mm、600 mm，断面跨度方向间距600 mm，直径12 mm，［fy］= 310 N/ mm2。

经验算，侧模面板和内、外龙骨的抗弯、抗剪强度和挠度变形均满足要求。

对拉螺栓的直径:12 mm，对拉螺栓有效直径:10 mm，对拉螺栓有效面积:A=76.000 mm2，对拉螺栓所受的最大拉力N=20.283 kN＜对拉螺栓最大容许拉力值［N］=76×310=23.56(kN)，对拉螺栓强度验算满足要求。

6 桁架式模板支撑体系施工方法分析

与传统的大荷载转换梁模板施工方法相比，桁架式模板支撑体系施工方法具有如下几个方面的优点:

(1)承受梁模板施工荷载的主承力构件—钢桁架可在钢结构工厂内加工制作，其加工制作方法简单、方便，制作质量更易于保证。

(2)梁模板施工荷载通过钢桁架传递给两端的框支柱，其结构更为合理，受力传递简单、明确，增大了大荷载转换梁模板施工的安全性。

(3)采用桁架式模板支撑体系施工方法施工大荷载转换梁，其荷载传递更为简捷、合理，不仅增强了施工的安全性，还大大减少了扣件、钢管等周转材料的投入。

(4)钢桁架拆除后可重复使用，这种支模方式更为经济、合理。

7 结束语

综上所述，桁架式模板支撑体系与传统的模板支撑施工方法相比，具有经济、合理、操作简便、易于施工，施工质量、安全更易保障等优点，随着城市高层建筑的不断增多，大荷载转换大梁的施工越来越多，桁架式模板支撑体系解决了大荷载框支转换梁模板支撑施工难的施工难题，具有良好的应用前景。