某商场门厅高大模板设计与分析

张金轮，江 莉，韩有民

(安徽工程大学 建筑工程学院，安徽 芜湖241000)

0 引 言

随着我国城市现代化建设的发展，楼层高、跨度大、超厚现浇板的建筑结构形式也随之出现，扣件式钢管模板支撑体系的应用越来越多，[1]高大模板 (高大模板支撑系统是指建设工程施工现场混凝土构件模板支撑高度超过8m，或搭设跨度超过18m，或施工总荷载大于15kN/m2，或集中线荷载大于20kN/m的模板支撑系统)已在建筑施工过程中被广泛应用。而高大模板支撑系统失稳坍塌的情况时有发生，其主要原因是部分施工企业对高支模体系的搭设未引起足够的重视，对模板工程安全专项施工方案的编制、审批把关不严，对涉及施工安全的重点部位和环节的检查督促落实不到位；部分施工项目部质量安全保证体系不健全，责任制不落实，未认真履行职责，现场搭设的支撑体系不符合规定，从而造成重大的人身伤亡和财产损失。[2]高大模板合理的设计方案和安全控制措施对提高工程质量，保障施工安全具有十分重要的意义。

1 工程概况

某商场二期工程， 由 1＃、2＃、3＃、4＃ 建筑群组成，总建筑面积80031.20m2。其中，2＃楼，地下1层，地上11层，总建筑高度43.9m。地下室板底标高-5.7m，2层板面标高5.35m，3层板面标高10.75m。2层板面在轴线1-4与轴线P-M门厅区域开洞，该区域地下室(板厚为250mm)板顶标高为-1.2m，局部地下室以外地面做至-1.2m。该区域3层板面模板工程立杆架设高度达11.95m，结构平面框架柱方柱截面为800mm×800mm，圆柱直径为800mm，梁截面尺寸为 400mm×750mm(内框架梁)，250mm×750mm(外 围 弧 形 梁)，300mm×600mm(次 梁 )，250mm×600mm(次梁)，板厚120mm。由上述可知，2＃楼轴线1-4与轴线P-M区域3层结构平面模板工程属于高大模板范畴。该部分模板工程采用扣件式满堂模板支撑体系，混凝土工程采用泵送工艺施工。

2 材料选用

杆配件、节点的规格、质量和性能，是模板支架承载能力和工作安全的技术基础，必须按保证和协调要求科学规范其标准规定，严加控制，不得随意放松。[3]

1.模板采用 18mm 厚胶合板(1830×915×18)，应符合现行国家标准 《混凝土模板用胶合板》ZBB70006的规定。

2.木材采用3000×100×50松木方，木材材质标准应符合现行国家标准 《木结构设计规范》(GB50005-2003)的规定。

3.钢管采用48×3.5mm(新标准要求为48.3×3.6mm，目前本地区市场尚未成批生产)，钢管壁厚不小于3.5mm，应符合现行国家标准《直缝电焊钢管》(GB/T13793-2008)中规定的Q235普通钢管的要求，并应符合现行国家标准 《碳素结构钢》(GB/T700-2006)中Q235A级钢的规定。

4.立杆底部均采用16槽钢做为底座，纵横向通长布置；对拉螺栓采用M14普通螺杆。应符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T700-2006)和《低合金高强度结构钢》(GB/T1591-2008)的规定。

5.扣件采用可锻铸铁制作，其质量和性能应符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》GB15831规定。

3 高大模板设计

本工程在梁、板混凝土浇注之前，应保证结构竖向构件已经施工完成，结构柱达到设计强度且模板拆除完毕。门厅区域以外一定范围内(覆盖面积应超过高大模板面积的30%)，2层结构下立杆支撑不得拆除，以保证高大模板支撑体系水平荷载向周边传递。

3.1 立杆布置(详见图1)

图1 3层结构平面立杆及剪刀撑布置图

1.梁两侧立杆布置以距两侧外边缘250mm为宜，即使得扣件所受竖向荷载不致过大，又留置合理的施工空间。400mm×750mm梁两侧立杆间距按0.9m布置，梁底增设2根立杆，梁纵向立杆最大间距按0.8m布设。其余梁两侧立杆间距按0.8m布置，梁底增设1根立杆，梁纵向立杆最大间距按0.8m布设。本工程外围250mm×750mm弧形梁，立杆架设先不考虑其位置影响，并延伸出弧形梁以外，再对弧形梁按分段折线梁加密处理，即按折线梁两侧立杆间距为0.8m，梁底增设1根立杆，纵向立杆最大间距按0.8m布设。此立杆布置方案即保证了立杆纵横贯通，提高体系的整体性，又确保了外围弧形梁立杆承载能力。研究表明：混凝土浇筑过程中存在特殊现象，即主梁下个别立杆退出工作，致使相邻立杆的轴力大幅度增加，成为安全隐患，故本工程中小梁下均增设1根立杆。

2.立杆全部采用对接接长，立杆的对接扣件交错布置，两相邻立杆的接头不能设置在同步内，同步内隔1根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不小于500mm，各接头中心至主节点距离控制在步距的1/3内。严禁出现断头杆、悬空杆等架设情况。

3.纵、横梁两侧立杆布置完成，按立杆平面纵横贯通原则，板下立杆确定最大纵横间距为0.8m×0.8m。

4.若连接立杆的水平杆被框架柱隔断，在柱外边缘200mm处补充立杆，加设水平横杆作局部加强。

3.2 水平杆布置(详见图2)

1.体系中水平杆应以最大梁高的梁下钢管大楞作为最上一层水平杆，即节省材料，又便于施工。以400mm×750mm框架梁梁底钢管大楞作为第一层水平杆，纵横布置，以沿第一道水平拉杆自上而下按不超过1.5m步距布置纵横水平杆。梁底下第一层与第二层水平杆之间加设一层水平杆作为水平加强层。

2.2层(作夹层处理)结构平面标高5.35m，以上200mm沿纵横方向按纵下横上设一层水平杆，兼做其他区域3层结构模板支撑的扫地杆。

3.在地下室板顶及地面以上200mm沿纵横方向按纵下横上设扫地杆，扫地杆在不同标高处，高处向低处扫地杆延伸不少于3跨。

图2 3层结构平面支撑体系1-1剖面图

4.当梁纵向立杆间距在400mm-800mm之间时，沿梁纵向每两立杆中间增设一道横向水平杆作为梁底支撑小横杆，以保证纵向梁底模板的变形要求。

5.水平杆采用对接接长，两相邻水平杆接头不允许设置在同步或同跨内，各接头中心至最近主节点的距离不大于250mm。

3.3 梁、板底模板设计

梁底增设2根立杆时，梁底设3根方木；梁底增设1根立杆时，梁底设2根方木；即保证方木的承载力要求，又使得梁底立杆居中设置。板底方木按纵向间距300mm进行布设。

3.4 梁侧模板设计

400mm×750mm，250mm×750mm 梁侧布置 4根枋木作为小楞，梁侧沿纵向按最大间隔800mm布置2道对拉螺栓，最下一道距梁底150mm，按上疏下密原则布设；300mm×600mm、250mm×600mm梁侧布置3根枋木作为小楞，梁侧沿纵向按最大间隔800mm布置1道对拉螺栓，距梁底150mm；尽量保证对拉螺栓与梁底纵向小横杆位置对应，确保不出现胀模现象。

3.5 剪刀撑布置

竖向剪刀撑、水平剪刀撑与主体结构固结点等是影响支撑架体系整体稳定的主要因素，剪刀撑设计的合理性直接影响体系的安全可靠，其设计地位甚至高于承载力验算，必须以图示明确布置方式。

1.竖向剪刀撑布设原则：沿外侧周圈四周设由下至上的竖向连续剪刀撑，中间在纵横向设由下至上的竖向连续式剪刀撑，剪刀撑杆件的底端应与地面或地下室顶板面顶紧，夹角宜为45度-60度。

2.水平剪刀撑布设位置：最大框架梁下第一层水平拉杆位置布设连续式水平剪刀撑；自上而下竖向剪刀撑底部设置一层水平剪刀撑；立杆底部扫地杆处布设连续式水平剪刀撑，共计3层。本工程高大模板外围立杆布置不规则，故3层水平剪刀撑平面布设保持一致，抵抗水平荷载作用。

3.6 支架体系与主体结构固结点设置

在立杆周圈外侧所有结构柱的部位、中间有结构柱的部位，按竖向每两步间距与结构物设置固结点。即按要求用钢管对结构柱进行四边抱箍，圆柱固结点应增设斜向抱箍。并用钢管连墙件将水平杆与之扣接，以增加支撑体系的侧向刚度和稳定性。

3.7 扣件选用

扣件类型包括直角扣件、旋转扣件、对接扣件。图2中楼板、梁竖向荷载均通过扣件传递，而纵、横向水平杆的轴线与立杆轴线在主节点上并不汇交在一点。一般情况下，此偏心产生的附加弯曲应力不大，为简化计算，予以忽略。由此带来的不安全因素，通过有关调整系数在立杆稳定性计算中加以考虑。可见扣件抗滑承载力也是重点验算之一，设计中必须明确使用要求。本工程所有框架梁、次梁与板下立杆与水平拉杆、钢管大楞与立杆及水平杆连接采用双扣件扣紧，其余位置可用采用单扣件连接。

3.8 混凝土浇筑方案

先浇筑竖向构件，达到强度后拆除模板再进行梁板浇筑。本工程3层区域由中间400mm×750mm梁中部向两边对称浇注，以保证浇筑过程中支撑体系的承载力与稳定性要求。

3.9 地面硬化处理

地面最上层采用混凝土地面，以保证立杆底部承载力要求，自上至下做法如下。

1.浇筑150厚C20混凝土地面，随捣随抹平至-1.2m标高(与地下室顶板面平齐，并做好排水措施)。

2.200mm厚级配碎石垫层，压实系数不低于94%。

3.素土分层夯实600mm，每层200mm，压实系数不低于93%。

根据工程经验，立杆地基承载力可达120-150KPa。

3.10 安全网

支撑体系外围挂1.2米高安全网，中部悬挂密目安全网，以加强安全措施。

4 荷载取值

模板支撑架结构虽属于临时性工程结构，但更多体现出的是施工设施的特性：复杂性、变化性、随机(意)性和难控性。[4]需要按其实际情况建立适合的设计和使用规定，并采用一些调整系数考虑各种变化因素的影响;以确保体系安全承载和正常工作条件。设计验算中，对主控荷载进行了适当放大，以提高体系的安全度。

模板自重(kN/m2)：0.50；钢筋自重(kN/m3)：1.50；混凝土自重(kN/m3)：24.0；施工均布荷载标准值(kN/m2)：3.0，设计基本风压取 0.40kN/m2；倾倒混凝土侧压力(kN/m2)：4.0，竖向压力(kN/m2)：2.0；振捣混凝土荷载标准值 (kN/m2)：4.0；混凝土的浇筑速度，取3.000m/h。

5 设计验算

整体失稳是满堂支撑架的主要破坏形式，故扣件式高大模板支撑体系设计验算的核心内容是楼板、大梁下立杆稳定性与立杆地基承载力验算及大梁下扣件承载力验算。

5.1 楼板、梁下立杆的稳定性验算

按组合风荷载验算稳定性：N/φA+MW/W≤f

式中：N—计算立杆段的轴向力设计值(N)；

φ—轴线受压稳定系数，其数值的确定考虑了支架体系的整体稳定性；

A—立杆的截面面积(mm2)；

MW—计算立杆段风荷载设计值产生的弯矩(N·mm)；

f—钢材的抗压强度设计值(N/mm2)。

5.2 楼板、梁立杆地基承载验算

立杆基础底面的平均压力应满足右式要求

式中：pk—立杆基础底面处的平均压力标准值(kPa)；

Nk—上部结构传至立杆基础顶面的轴向力标准值(KN)；

A—基础底面面积(m2)；

fg—地基承载力特征值(kPa)。

5.3 大梁下扣件抗滑承载力验算

纵向或横向水平杆与立杆连接时，验算公式为：R≤Rc

其中Rc—单扣件抗滑承载力设计值，取8.00kN；双扣件抗滑承载力设计值，取12.00kN；

R—纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值。

本工程按荷载最不利情况进行验算，经验算均满足承载力要求，受篇幅限制不作详述，验算内容如下：

1.400mm×750mm梁，梁两侧立杆间距0.9m，梁纵向立杆间距0.80m，立杆最大架设高度11.95m。梁底增设2根立杆，梁底3根方木小楞，梁侧4根枋木小楞，沿梁纵向每间隔800mm布设2道对拉螺栓，距梁底150mm，板厚取120mm计算，验算梁侧与梁底支撑。

2.250mm×750mm外围弧形梁，按加密方式梁两侧立杆间距0.9m，梁纵向立杆间距0.80m，立杆最大架设高度11.95m。梁底增设1根立杆，梁底2根方木小楞，梁侧4根枋木小楞，沿梁纵向每间隔800mm布设2道对拉螺栓，最下一道距梁底150mm，板厚取120mm计算，验算梁底支撑。

3.120mm厚楼面板纵横向最大间距为0.80m×0.80m，立杆架设高度取11.95m。板底纵向方木间距300mm，验算板下模板支撑。

6 主要安全措施

模板支架的工作状态可按混凝土浇筑前、混凝土浇筑期和混凝土浇筑后来划分。混凝土浇筑期模板支架的工作状态非常独特，模板支架必须承担伴随着混凝土的浇筑而产生的一系列荷载。混凝土浇筑期虽然只有几个小时，却是最危险的时期。[5]故在混凝土浇筑前的安全准备工作，和混凝土浇筑过程中的观测是十分重要的。

扣件式满堂架搭设前，应按施工组织设计的要求向佩有危险作业操作资格证书的搭设和使用人员做技术与安全作业要求交底。并对钢管、扣件等应进行检查验收，严禁使用不合格的材料。严格控制实际施工荷载不超过设计荷载，钢管等材料在支架上堆放时，堆载高度不超过10cm。

模板安装完毕，在浇筑砼前对存在安全隐患位置重点检查、巡查，验收合格后方可进行混凝土浇注施工。浇筑过程中，支撑系统下严禁站人，外围5米处设置警戒线，派人在警戒线外用经纬仪设观测点检查支架承载情况。

1.立杆底座滑动或沉降明显，垫板晃动(观察)；

2.立杆垂直度：立杆顶部至底部水平偏差大于10mm(经纬仪观测)；

3.水平杆步距：上下相邻水平杆竖向偏差大于20mm(经纬仪观测)；

4.立杆间距：水平偏差大于20mm(经纬仪观测)。

发现上述情况之一时，既形成坍塌征兆，应立即停止施工，疏散施工人员，经现场安全管理机构进行安全技术评估后方能安排人员到架下加固。

7 安全管理

项目经理为现场安全第一责任人，项目副经理为现场直接安全责任人。现场应成立高大模板施工安全管理领导组和应急救援领导组，针对高大模板施工过程中可能发生的高空坠落、模板坍塌、物体打击等紧急情况做好应急准备和及时响应。

8结 语

1.本工程高大模板专项施工方案按照现行规范、标准、规定等进行支架体系的设计与验算，并通过专家组的论证，专家组同时对方案提出了相应整改意见，要求施工中落实相应的监督、检查、检测、验收等各项监控措施，并提出混凝土浇筑过程中安全处理的量化指标。施工中严格按照方案设计要求，切实落实过程控制及安全管理工作，过程中未出现支架下沉、胀模、结构开裂等质量问题和安全事故，成功实现预期的质量、安全管理目标。

2.目前高大模板专项施工方案往往存在设计针对性不强，没有统一的设计思路等问题，致使方案不能很好地指导工程实际。通过对扣件式高大模板支撑体系的系统分析，结合大量实际工程设计经验进行归纳整理，形成较为全面的设计主体内容，对同类工程起到一定的借鉴作用。

[1]谢楠.混凝土浇筑期高大模板支架工作状态的试验测试[J].工程力学，2011，6(28 增刊Ⅰ):85-89.

[2]胡长明，曾凡奎.扣件式钢管模板支架的试验和数值模型研究[J].工程力学，2010，12(17 增刊Ⅱ):280-283.

[3]杜荣军.科学规范脚手架结构施工支架的设计和计算规定(2)[J].施工技术，2010，39(2):110-116.

[4]杜荣军.科学规范脚手架结构施工支架的设计和计算规定(1)[J].施工技术，2010，39(1):120-124.

[5]刘玉柱.高大模板支撑体系坍塌勘察分析及风险防范对策[J].建筑安全，2012，（4）：23-25.