高空钢结构在高大模板支撑体系中的设计与施工

赵 卫 国

(山西省第二建筑工程公司，山西 太原 030013)

高空钢结构在高大模板支撑体系中的设计与施工

赵 卫 国

(山西省第二建筑工程公司，山西 太原 030013)

以阳曲县转型发展产业园区企业总部大楼工程为依托，对高空钢结构组合结构作为高大模板支撑体系支座的设计方案进行了研究，分析计算了高大模板支撑体系及钢结构的受力情况，并阐明了详细的施工措施，经实践表明采用该方案取得了良好的经济效益。

钢结构，模板，支撑体系，计算

0 引言

高大模板支撑体系作为危险性较大的分部分项工程，在建设部《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》(建质[2009]87号)中对其进行了规定，因为近年来在高大模板支撑体系上时常会发生坍塌事故，因此建设部又制定了《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》(建质[2009]254号),对高大模板支撑体系的设计和施工作了详细规定。现代建筑已经呈现出风格时尚现代、造型千变万化的趋势，建筑造型越来越复杂，即建筑平面随着楼层不断缩进或凸出，要施工这些主体混凝土结构，对高空高大模板支撑体系提出了更高的要求，这就需要在高大模板支撑体系设计上既要安全牢固，又要科学经济合理，降低工程量，提高工效。尤其要在技术上科学先进，作为工程施工强有力的技术保障，实现经济效益和社会效益。

1 工程概况

本文介绍的工程是阳曲县转型发展产业园区企业总部大楼，建筑使用性质：办公建筑类别;二类高层建筑,建筑设计使用年限：50年；结构形式：地下1层，钢筋混凝土框剪结构，地上16层为框架结构；结构设防烈度：8度(三级抗震)；建筑耐火等级：地上部分耐火等级一级，地下室耐火等级为一级；屋面防水等级：二级；地下室防水等级：一级；地下1层建筑面积：2 385.12 m2；地上建筑面积：27 510.26 m2；建筑层数：地上16层，地下1层；建筑高度：74.55 m。

2 方案设计

1)方案初步设计时，考虑到悬挑外架采用的通常是16号工字钢。

因此设计时钢结构部分在13层采用12 m长16号水平工字钢支撑在④轴和⑥轴框架梁上，采用6 m长16号工字钢作为45°斜支撑，下部支撑在12层在支座两侧1/3处支撑④轴和⑥轴框架梁上，上部支撑在水平工字钢两侧各1/3处。形成组合钢结构，作为高大模板支撑体系的支座。

2)方案详细设计时，首先必须计算高大模板支撑体系的受力情况。

在13层顶板部分的框架梁及悬挑梁的截面尺寸基本上为500 mm×1 000 mm，梁的截面尺寸大，初步估算仅梁重每米即达到1.25 t，即12.5 kN/m。经过高大模板支撑体系的上部脚手架计算，立管传递到水平工字钢所受的竖向荷载为20.6 kN/m。

3)钢结构部分的受力计算可以采用软件计算，也可采用手工计算。

普通的安全软件通常考虑的结构较简单，对于复杂情况无法套用安全软件，但是可以采用力学求解器计算。使用力学求解器必须正确设置参数，特别是材料性质容易忽略填错，一旦参数错误则计算数值相差巨大。另外可以采用手工计算，手工计算宜优先使用力矩分配法计算。经过采用力学求解器计算并用力矩分配法复核，得出水平工字钢Mmax=22.39×106，V=42.5 kN等内力数据。

4)经过钢结构强度计算以及稳定性计算得出，16号工字钢不能满足要求，特别是斜撑部分，经过计算发现，单向对称的工字钢不适合做斜撑柱，因为受压构件的稳定性计算是以i最小的一侧计算，因此应该采用对称结构的钢管。经过估算，水平工字钢采用了25a号工字钢，斜撑采用了DN159×4.5无缝钢管。下面对其进行验算：

a.梁下部25号水平工字钢(AD段)验算。

经过验算25a号水平工字钢(AD段)验算合格。

b.轴心受压构件的稳定性按下式计算：

与25a号工字钢相焊接的斜杆采用DN159×4.5无缝钢管。

N/(φAn)≤f。

由于σ=67.1 N/mm2≤承载力设计值f=205 N/mm2,故满足要求。

c.在南北两侧设有悬挑阳台，悬挑阳台跨度仍为9.8 m，但是悬挑阳台两侧无支撑处。采取了以下措施：

由于在12层的斜撑柱无支撑处，故取消了阳台部分的斜撑柱，改用在两侧的框架柱上固定钢丝绳，用钢丝绳拉住水平工字钢的两侧1/3处，即与原斜撑柱支撑部位相同。固定钢丝绳的框架柱要提前浇筑，计算后适当提高钢筋、混凝土强度。

钢丝绳拉结组合的钢结构支撑体系按照斜撑柱焊接水平工字钢支撑体系的三等跨计算。故水平工字钢采用25号工字钢。因25号工字钢无处支撑，故在楼板上垂直悬挑出32c工字钢，25号工字钢支撑在悬挑的32c工字钢上面。

对钢丝绳和悬挑工字钢进行验算。

d.阳台处采用φ26钢丝绳，钢丝绳不均匀系数0.85，取钢丝绳安全系数6。

[Fg]=α×n×Fg/K=0.85×2×2×439.5/6=124 kN。

[Fg]>F=123 kN。

φ26钢丝绳满足要求。

e.悬挑阳台处采用32c号工字钢。

M=26×(0.1+1.1+1.6)=72.8 kN·m。

f.12层楼面及13层楼面预埋钢板与25号工字钢用直角角焊缝连接，焊缝总长度按300 mm计算。

DN159钢管与钢板焊接采用满焊，在通过焊缝形心的拉力，压力或剪力作用下的焊缝强度按下式计算：

σf=N/(helw)≤βfffw。

正应力σf=69×103/(6×500)=23 N/mm2≤1.0×160=160 N/mm2，满足要求。

工字钢与钢板焊接采用满焊，在通过焊缝形心的拉力，压力或剪力作用下的焊缝强度按下式计算：

σf=N/(helw)≤βfffw。

正应力σf=69×103/(6×500)= 23 N/mm2≤1.0×160=160 N/mm2，满足要求。

g.12层钢板采用300×250×15厚钢板，焊接6根圆16钢筋。

13层钢板采用250×250×15厚钢板，焊接4根圆16钢筋。

h.节点设计，25号水平工字钢下截面宽度不足120mm，而斜撑柱采用的无缝钢管直径160mm，无缝钢管焊接工字钢下截面时超出下截面，解决该问题的措施为在无缝钢管与工字钢下截面之间焊一个200×250×15的钢板起连接作用。各节点处的计算均省略。

3 施工技术措施

1)所有进场材料均应认真验收，严格把关，发现不合格品立即清退。

2)项目部技术负责人向管理人员及所有操作工人进行专项施工方案交底和安全技术交底。特种工人如架子工、焊工、起重司机、信号工等必须有有效的岗位证书。

3)钢结构支座及模板支撑体安装过程中要同步检查，安装完成后必须有验收记录，验收合格后方准下一步施工。

4)在施工中必须注重工人安全，加强防护措施：工字钢吊到正确位置后，在工字钢下部立即设置水平安全网，水平安全网必须将施工作业层面全部封闭严密，以防止高空坠落或物体坠落伤人。

5)工字钢焊接完成后，即刻在钢结构上面铺设50mm厚木板，木板铺设牢固，用铁丝绑牢，防止出现翘头板。

6)在操作层外侧设立面封闭防护架，架体高于顶板1.5m以上，防止人员坠落。

7)钢结构焊接必须严格按照钢结构规范和焊接相关规程施工和验收。

8)浇筑混凝土前、浇筑混凝土过程中、浇筑混凝土后应观测钢结构支座的沉降和受挠程度，进行对比，尤其是在浇筑混凝土过程中，应仔细对比沉降情况，发现突变及时采取技术措施。

9)顶板浇筑混凝土后，必须等到混凝土强度达到100%的设计强度，且上一层顶板混凝土浇筑完成后方能拆除模板支撑体系和钢结构支座。但是在拆除前应熟悉图纸、考虑周全。考虑支撑范围内的顶板和外墙是否有外装饰，最好在有支撑情况下将外装饰工程施工完毕，避免外装饰时无操作面。

10)混凝土顶板上必须预留孔洞，作为手动葫芦或电动葫芦的吊点，用于钢结构拆卸和吊下。

4 专家论证

由于该方案危险性大，在专家论证范围内，所以必须组织专家进行论证，专家论证后按照论证意见进行修改完善，报施工企业技术负责人和总监理工程师审批后方准严格按照专项方案施工。

在阳曲县转型发展产业园区企业总部大楼工程中，经过我们认真研究，编制了高大模板支撑体系安拆方案，采用了钢结构支座作为模板支撑体的支座。经过专家论证，具体运用后，取得了很好的效果。节约了人工,减少了工程量，缩短了工期，降低了成本，采用的技术科学先进、安全可靠、经济合理。积累了施工技术经验，培养了专业技术人才，取得了良好的经济效益和社会效益。

On design and construction of high-altitude steel structure in support system of high and large formwork

ZHAO Wei-guo

(ShanxiNo.2ArchitecturalEngineeringCompany,Taiyuan030013,China)

Based on the Enterprise Headquarters Building Project at Transitional Development Industrial Zone in Yangqu county, the paper researches the design scheme for the high-altitude steel structure composite structure as the high and large formwork support system, analyzes and calculates the stress circumstances of the high and large support system and steel structure, illustrates the detailed construction measures, and proves the scheme achieves better economic benefits.

steel structure, formwork, support system, calculation

1009-6825(2014)30-0121-02

2014-08-13

赵卫国(1978- )，男，工程师

TU755.2

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