横琴口岸工程ST-100塔式模架支撑体系应用技术

刘廷会 黄 俊 马 凯

中国建筑第二工程局有限公司华南分公司 广东 深圳 518048

随着粤港澳大湾区深度发展，为充分利用土地，在满足使用功能的基础上实现土地资源的更多利用，一些高大建筑与密集建筑群逐步出现，并由此带来了交通拥挤、材料周转不畅等问题，因此需要建筑施工单位采用先进的技术和安全性高的施工措施来保证施工安全性[1-5]。在支撑体系施工技术中，ST-100塔式模架支撑体系应用技术支撑性能好、安全性高、组装快捷方便，提高了周转效率，进而在一定程度上解决了施工难题。

1 工程概况

横琴口岸及综合交通枢纽功能区位于广东省珠海市横琴区，工程包含前广场、口岸区内主要道路、通关大厅、南北侧交通平台、商业及产业办公配套等，总用地面积34.5 hm2，总建设规模逾130万 m2。其中通关大厅地下3层、地上4层，地上结构总建筑面积约18.57万 m2。通关大厅地上1层、2层层高分别为8.5、9.0 m，主要建筑功能为旅检大厅、商业；地上3层、4层层高均为6.0 m，主要建筑功能为商业、餐饮、产业展示、多功能厅、室外平台等。通关大厅地上结构梁高以900、1 400、1 800 mm为主，最大梁截面为1 400 mm（宽）×2 500 mm（高），梁板水平结构最大支撑高度为22 m。

通关大厅位于横琴口岸项目的中心地段，由于整个横琴口岸片区开发密度大，造成通关大厅工程周边运输通道极为紧张，如果采用常规的扣件式钢管脚手架体系，大量的钢管、扣件运输进场，场内周转工作量巨大。此外，为了保证横琴口岸通关时间节点，通关大厅施工工期异常紧张，常规的扣件式钢管脚手架体系施工效率低下，无法满足工期要求。综合考虑通关大厅地上4层区域单层面积大、层高大、柱距大、超线荷载梁多、楼层平整规则的特点后，项目部决定采用德国PERI集团的ST-100模架支撑架体系作为本工程的梁板等水平结构的模板支撑系统，该套模架体系为快拆快搭、高承载力的单元式新型脚手架体系，其应用可破解通关大厅工程模板支撑架运输周转量大和施工效率要求高的难题。

2 德国塔ST-100模架支撑体系

2.1 支撑架体构成

ST-100模架支撑体系简称德国塔，本工程选用的就是ST-100模架支撑体系，其主要由定尺装配的截面尺寸为1 000 mm×1 000 mm塔架（简称塔架）、主梁AB20C、木质次梁VT20和连系杆等部件组成，每个塔架包括底托、底座、连接框、顶托、斜杆、钢跳板和叉托等构件组成，如图1～图3所示。

图1 塔架构造示意

图2 底座和连接框

图3 底托、叉托及顶托

ST-100模架支撑体系塔架采用φ48.3 mm×3.2 mm的钢管，钢材屈服强度320 N/mm2。ST-100塔架受力体系新颖，采用1个小单元形成1个方格塔体，塔架承载力高、受力可靠，单腿竖向承载力可达5 t左右，单位面积架体用量小，可调节范围较大（底托伸出长度≤300 mm、顶托伸出长度≤340 mm）；搭设完成后，塔架之间空间大，方便检查与验收；ST-100模架支撑体系周转次数多，理论上可周转100次。塔架的顶托上方放置主梁AB20C，主梁上方放置次梁VT20（图4），主梁与次梁均为工字梁，截面为80 mm（宽）×200 mm（高），长度有1 450、2 150、2 450、2 650、2 900、3 290、3 590、3 890、4 490、4 900、5 900 mm等多种规格。

图4 次梁VT20

ST-100模架支撑体系采用装配式构件，组装便捷，方便工人操作，搭拆效率高。

塔架布置于梁底及板底，塔架之间通过水平钢管和45°斜向钢管连接，以保证架体的整体稳定性。塔架与连系杆之间通过常规钢管扣件连接，数量按构造配置，如图5、图6所示。

图5 搭设平面布置

图6 支撑体系立面布置

2.2 与国内架体对比

2.2.1 效率对比

在搭设高度和荷载相同的情况下，采用ST-100支撑体系的支撑构件用量为8.3 kg/m3，工作效率约为每人每天搭设80 m3的架体；采用扣件式钢管脚手架的支撑构件用量为9.6 kg/m3，工作效率约为每人每天搭设60 m3的架体；采用盘扣式钢管脚手架的支撑构件用量为17.5 kg/m3，工作效率约为每人每天搭设50 m3的架体。可见，相比于传统架体，ST-100支撑体系架体材料性能好、架体强度高，搭设完成后架体稀疏，便于人员进出架体内部检查，大大增加了安全可靠性。

2.2.2 与国内架体对比具有的优点

1）安装简单、便于管理、拆卸快速、使用方便、搭设完成后美观等。

2）2～3人就可以协同安装，施工时使用工具简单，仅需1把敲打工具铁锤即可，大大节省了安装时间和劳动力，既降低了劳动强度，又节省了装拆时间。

3）组件少、无散件搭配、便于管理运输，克服了传统架体配件易散失的缺陷。

4）不存在传统架体扣件抗滑力计算和扣件螺栓的扭矩力的测定。大大提高了脚手架的整体强度和搭设速度。

5）整体是塔式，统一规格尺寸，每个塔体形状架体一致，并且不存在传统架体的探头，美观大方。

6）在一定程度上减少了架体使用量，进而缓解了场内外交通运输的压力。

7）相比传统扣件式施工质量受人为影响大这一问题，ST-100模架支撑体系安全可靠，大大降低了安全风险。

2.3 架体主要受力构件力学特征值

ST-100所用φ48.3 mm×3.2 mm管材力学特征值如表1所示，VT20力学特征值如表2所示。

表1 ST-100所用φ48.3 mm×3.2 mm管材力学特征值

表2 VT20力学特征值

3 模板支撑架体系设计

3.1 支撑体系设置原则

3.1.1 梁支撑架体设计原则

首先判断梁宽是否＞1 000 mm，如果＜1 000 mm，首先考虑单个塔架支撑，通过计算分析，布置出梁底塔架，如果布置过于密集（塔架与塔架之间间距＜500 mm），则考虑双塔布置。

计算荷载在模板上的受力分析，先假设次梁间距为300 mm是否满足要求，通过计算调整次梁间距。

计算荷载在次梁上的受力分析，先根据第1条塔架之间的间距，判断塔架与塔架之间的间距是否＞1 000 mm。若＞1 000 mm，则计算塔架间距次梁VT20的变形、剪力、弯矩、反力验算是否满足要求。若＜1 000 mm，则计算1 000 mm间距次梁VT20的变形、剪力、弯矩、反力验算是否满足要求。在计算中不断调整塔架之间的间距，直到满足要求。计算荷载在主梁上的受力分析，通过计算调整塔架之间的间距，直到满足主梁上VT20的变形、剪力、弯矩和反力验算。

3.1.2 板支撑架体设计原则

1）对于≤厚300 mm的板，优先考虑板与梁共用塔架，通过受力计算看整体是否满足要求。

2）对于＞厚300 mm的板，则根据受力计算考虑，板下单独布置塔架。

3.2 梁模板支撑架体系设计

模板采用厚15 mm的黑模板，梁侧模主、次背楞均采用45 mm（宽）×95 mm（高）方木，再用M14或M12对拉螺杆固定。在塔架的顶托上放置主梁AB20C，主梁上放置次梁VT20，次梁上放置梁底模板。梁底主、次梁间距需根据计算确定。

对于截面700 mm×900 mm、900 mm×1 400 mm的梁，梁两侧板厚为150 mm的情况下，梁侧模方木间距230 mm；梁高度方向设置2道M14对拉螺栓，沿梁方向间距460 mm；梁底步步紧间距500 mm，梁底次梁工字木VT20间距≤200 mm；沿梁方向塔架布置间距≤2 000 mm；塔架立杆标准节的步距h＝1 000 mm，如图7所示。

图7 梁底单塔架支撑体系立面

对于截面1 300 mm×1 800 mm的梁，在梁两侧板厚为150 mm的情况下，梁侧模方木间距230 mm；梁高度方向设置3道M14对拉螺栓，沿梁方向间距460 mm，梁底步步紧间距500 mm，梁底次梁工字木VT20间距≤200 mm；采用双塔架支撑，垂直梁方向布置间距≤400 mm，沿梁方向塔架布置间距≤1 750 mm，塔架立杆标准节的步距h＝1 000 mm，如图8所示。

图8 梁底双塔架支撑体系立面

3.3 板模板支撑架体系设计

本工程模板采用厚15 mm的黑模板，板底的支撑则是在梁下塔架主梁上放置叉托，叉托与叉托之间采用钢管扣件连接，叉托上放置顶托，顶托上放置双排工字梁VT20作主梁，主梁上方再垂直放置一层工字梁VT20作为次梁，次梁上放置板底模。板底主、次梁间距需根据计算确定。

针对本工程对于厚150～300 mm的楼板，板底次梁工字木VT20间距300 mm，与周边梁共用塔架，塔架标准节h＝1 000 mm（图9）。

图9 板底无塔架支撑体系立面

对于厚300 mm以上的楼板，不与周边梁共用塔架，应设置独立塔架（图10）。

①田间工程和土地平整要求。田块要以道路或沟渠为界限形成格田。河库灌区旱田畦（沟）灌田面坡度宜为 1/600～1/300，畦（沟）长度不宜超过80 m，畦宽不宜大于 3 m，并与农机具作业要求相适应。井灌区固定管道长度宜为 90～150 m/hm2，出水口间距不应大于100 m。水田格田以长60～120 m、宽 20～40 m 为宜，面积不大于0.3 hm2，田面高差应控制在±3 cm以内。平原地区旱田相邻田块高差以0～0.3 m为宜；丘陵地区相邻田块高差应小于2 m，以0.5 m～1.5 m为宜，耕地梯田化。

图10 板底双塔架支撑体系立面

4 模架体系设计与验算

4.1 模板、次梁和主梁计算原则

1）根据模板的相应力学性质，计算荷载在模板上的受力情况。

2）计算荷载在次梁VT20上的受力，判断塔架与塔架之间的间距是否＞1 000 mm。若＞1 000 mm，则计算塔架间距次梁VT20的变形、剪力、弯矩、反力验算是否满足要求；若＜1 000 mm，则计算1 000 mm间距次梁VT20的变形、剪力、弯矩、反力验算是否满足要求。

3）计算荷载在主梁VT20上的受力，对比VT20的材料性质，判断受力是否满足VT20的变形、剪力、弯矩、反力验算等要求。

4.2 塔架计算原则

计算出加载在塔架上的荷载受力，对比塔架的材料性质，判断承载力是否满足要求。

5 ST-100模架支撑搭设流程

1）放置底托和底座。根据测量放线，放出塔架所在位置后，用卷尺放出每个底托的位置。将底托放置好后，将底座放置在底托上，用水平尺将底座调平，使底座处于同一水平高度。

2）装配连接框，连接斜拉杆。底座装好之后，装配连接框，装配连接框时应考虑斜杆的位置，将连接框连续搭设，保证整体架体竖向垂直，并及时安装斜拉杆。当搭设到一定高度之后，在塔体上放置工字梁VT20，以便搭设得更高。

3）放置顶座与顶托。搭设达到设计高度后，放置顶座，保证架体竖向垂直。放置好顶座后，放置顶托，调整到统一高度。顶托调整完后，根据图纸放置铝制工字梁AB20C，一般垂直梁放置。

4）铺设工字木与模板。按照方案设梁底工字木次梁。铺设完次龙骨（工字木）后，再进行模板铺设，直至铺设完成。

6 安全措施

6.1 安全稳定性措施

考虑到国内外差异，为了更好地对接国内支撑系统标准规范的要求，本项目在应用ST-100模架支撑体系过程中，增加了塔架和塔架之间的连接，以增强架体的整体性和抗倾覆能力。

1）连接杆采用φ48 mm×3.0 mm的钢管，采用扣件连接。扣件扭紧力矩应为40～65 N·m。

2）架体的中部和顶部均需设置横向及纵向的钢管扣件水平连接杆。

6.1.2 塔身连接斜杆应符合的规定

1）模板支撑架应在架体周边、内部纵向和横向每间隔4个塔身间距设置1道斜钢管。

2）每道斜拉杆水平方向间隔不应＞1个塔身的间距。

3）架体第1道与第2道水平连接杆之间设置斜向连接杆，连接杆与地面倾角在45°～60°之间，并且每道斜向连接杆必须连到地面。

4）斜向拉杆必须与塔身扣件连接，不能只与水平连接杆相连。

6.1.3 塔身水平连接杆应符合的规定

1）水平连接杆应双向设置，竖向间隔3 000 mm设置1道，底部离地3 000 mm左右设置1道水平连接杆，顶部不足3 000 mm时，应根据实际情况在塔身顶部设置1道水平连接杆。支撑楼板的顶托之间，在顶托的顶部需设置双向水平连接杆。水平连接杆的端部应与结构柱采用抱柱连接或者顶紧。

2）每道水平连接杆应连续设置，水平连接杆采用钢管搭接，搭接长度＞1 000 mm，并应使用3个钢管扣件连接（图11）。

图11 连接杆连接示意

6.2 临边防护措施

在塔架搭设完成后，进行梁板模板加固时，为了保证人员安全，应在塔架主梁上放置叉托，并且固定在主梁上，叉托上套入钢管，按照主龙骨间距设置叉托，叉托与叉托之间应采用钢管扣件连接，设置2道，间距500 mm（图12）。

图12 临边防护示意

7 监测方法

为了更好地了解ST-100模架支撑系统的变形情况，更好地确保安全以及指导现场施工，在实际过程中监测了塔架立杆，着重了解塔架立杆垂直方向的变形情况，同时也检测了材料的物理性能以及受力计算的安全性。

本工程一般选定在截面较大的大梁中部，受力最不利位置上的主龙骨处，倒挂钢尺在梁底，下端与地面有一定距离。作为沉降观测的母体，从模板安装完成之后、混凝土浇筑之前，采用激光器对准钢尺，记录初始数据；之后在混凝土浇筑过程中逐次记录（混凝土振捣1/4、混凝土振捣1/2、混凝土振捣3/4及满仓各1次）。

混凝土浇筑完成之后每隔6～8 h观测1次，共2次，然后每天观测1次，直到浇筑完成后7 d为止，完成监测记录（图13）。

图13 监测示意

ST-100模架支撑体系的沉降观测极为重要，是验证ST-100模架支撑系统安全稳定的有利支撑。在荷载渐渐增加的过程中，尤其是在钢筋绑扎完毕后浇筑混凝土的过程中，荷载渐增尤为明显，必须做好观测记录，同时做好及时应变的准备，确保支撑体系的稳定性。该过程也是验证材料架体、计算过程的依据，并理论提供依据，使我们更好地掌握ST-100模架支撑。

8 结语

横琴口岸项目通关大厅地上4层，面积约18.57万 m2，主要采用ST-100模架支撑体系，共需将近1.3万个塔架组件。本工程中因ST-100模架支撑体系搭拆效率高，故周转按照1次进行考虑，普通架体只能满配；从经济效益来说，普通钢管架成本合价约为4 300万元，ST-100模架支撑体系成本合价约为3 900万元，采用ST-100模架支撑体系提高了搭拆效率，按时完成了工期，并且创造的经济效益约为400万元。

整体来说，针对本工程理论与实践，综合其重点、难点组建了相关课题的研究小组，优化了施工方案和针对图纸进行的深化布置，对新型支撑架体在实践中的大力推行起到了积极的作用。在实践过程中通过与传统支撑体系对比，总结出ST-100模架支撑体系的优势是适合本工程的，保证了本工程的顺利实施及完工，既安全可靠，又省时省力，大大节省了支撑系统搭设的人工费用及工期，减少了施工成本，并且对国内采用新增架体系统，起到了一定的借鉴作用，带来了相应的社会效益。