房屋建筑高大模板应用技术安全性研究

陈 平

（四川航焱建筑工程有限责任公司，四川 宜宾 644000）

房屋建筑工程已经具有非常成熟的施工技术。目前，我国超过100m 的超高层建筑不计其数，在施工过程中，由于高大模板支设不良导致的安全问题层出不穷，因此，发生的重大安全事故也较多[1]。大多超高层建筑在结构施工的过程中需要支设高大模板，而施工方多数迫于工期压力和业主催促进度等工程要求，简化支设的条件，使高大模板在安装过程中存在安全隐患，随着主体结构的施工荷载不断增加，导致结构性失稳，引起安全事故，给工程和人员造成巨大损失[2]。该文对房屋建筑的具体工程项目以及高大模板支设过程中的安全性问题进行研究，对存在的安全隐患进行排查，并进行受力分析，为房建超高层建筑高大模板的技术安全性应用提供指导。

1 工程概况

“铁投·华汇天地二期”项目四标段位于成都市双流县华阳镇清河社区，该工程建筑面积556771.4m2，建筑高度178.45m，其中地下两层、主楼地上41 层，属于超高层房建工程，主楼采用框架-剪力墙（核心筒）结构，其中15#楼二单元存在大量高支模施工，有荷载大于20kN·m的梁和构架结构层施工支模高度大于8m 的梁；工程所在区域交通任务繁重，施工场地有限，社会环境较为复杂。为确保超线荷载、高支模板和支架在使用周期内具有足够的承载能力、刚度和稳定性，能承受新浇混凝土的自重、侧压力和工程中所产生的荷载以及风荷载，需要对工程中的高大模板及其支架进行安全性研究。作为超高层房建工程，应用高大模板的安全分析过程必须完整[3]，并指导实际施工。该文根据实际工程对高大模板应用技术的安全性进行分析。

2 高大模板安全性分析

2.1 高大模板传力机制以及架体支设

高大模板的传力机制如下：首先，由钢筋混凝土荷载通过面板（覆膜胶合板）传递给小梁（木方）[4]；其次，通过小梁传递给主梁（钢管）；最后，由主梁传递给高大模板立杆[5]。高大模板传力的过程需要经过细致验算，各层模板支撑架体的受力都会随上部结构荷载的变化而变化，混凝土浇筑后，要考虑硬化过程、上部架体以及结构传来的荷载的安全性。因此，在考虑传力机制的过程中，需要对高大模板的架体搭设增加安全储备的系数。在高大模板支设过程中，其上混凝土布料机的支设杆件要求如图1 所示。为保证支架的稳定性，并保障其安全，必须进行加固处理。

图1 高支模布料机架体加固示意图 （单位：mm）

高支模的布料机设备进行支架加固结构如图1 所示。为保证高大模板的稳定性，需要整体加设闭合剪刀撑，整体高大模板及其架体支设的平面如图2 所示。按照示意图安装，能够最大限度地保障高大模板结构的安全，从图中可以看出，高支模布料机支撑垫板的设置非常重要[6]。在施工荷载等活荷载以及主体结构等静载的双重加持下，最终保证整体的稳定性。

图2 高大模板支撑体系平面图

2.2 高大模板体系受力安全性监测分析

为使高大模板的变形量在安全范围内，需要进行高大模板的杆件支撑体系安全性分析[7]。为更清晰地说明问题，采用在钢管立杆上安装传感器进行受力监测的方法。监测“铁投·华汇天地二期”项目四标段的15#楼二单元五层楼板施工后的支撑变形情况，得出应力变化，如图3～图7所示。

图3 15#楼二单元高大模板立杆支撑应力随时间变化曲线

从图3、图4 可以看出，“铁投·华汇天地二期”项目四标段的15#楼二单元五层的施工高大模板的整体情况，立杆与水平杆在楼板顶部与楼板底部均趋向于平缓。应力随时间增长而逐渐加大，但最大不超过12MPa（拉或压应力），水平杆纵向与横向呈相反趋势，纵向水平杆呈现压应力（整个应力值为负值）；而横向水平杆呈现拉应力（整个应力值为正值）。

图4 15#楼二单元高大模板水平杆支撑应力随时间变化曲线

从图5、图6 可以看出，在高大模板支设拆除前，架体安全性偏向稳定，立杆、水平杆的应力迅速增加，然后趋于稳定；与主体结构在强度增至稳定后的区域基本一致，说明高大模板支设与结构主体变形保持统一，整体稳定，不会出现安全隐患。

图5 15#楼二单元拆模前支撑架体立杆应力变化曲线

图6 15#楼二单元拆模前支撑架体水平杆应力变化曲线

图7 是上部荷载对整体高大模板的影响程度，通过近一周的监测控制，叠加施工荷载对模板以及架体整体影响较小，从受力表征来看，施工荷载始终保持在约2MPa，说明主体结构楼板对高大模板的压力处于稳定范围内，没有出现突变的情况，模板支设方式符合安全要求。

图7 上部施工荷载对15#楼二单元五层楼板承担的应力变化

3 高大模板力学模型计算

3.1 面板计算

对高大模板的架体受力体系进行监测分析发现，整体安全性和单一构成要素对高大模板的支设会有一定程度的影响，因此需要对单一构件进行力学模型分析，进而从微观上验算高大模板整体安全性能，如图8 所示。主要对强度、刚度以及反力情况进行研究[8]。

图8 高支模面板力学简化模型

强度验算如公式（1）和公式（2）所示。

式中：M为弯矩；W为抵抗矩；σ为正应力；q1静为面板静载；q1活为面板动载，主要是施工荷载。

挠度验算如公式（3）所示。

式中：vmax为支架体挠度值；q2为面板荷载，主要是施工荷载。

座反力计算如下。

设计值（承载能力极限状态）如下：

R1=R5=0.393q1静L+0.446q1活L=0.393×87.659×0.1+0.446×4.455×0.1=3.644kN，R2=R4=1.143q1静L+1.223q1活L=1.143×87.659×0.1+1.223×4.455×0.1=10.564kN，R3=0.928q1静L+1.142q1活L=0.928×87.659×0.1+1.142×4.455×0.1=8.644kN。

标准值（正常使用极限状态）：R1'=R5'=0.393q2L=0.393×61.3×0.1=2.409kN，R2'=R4'=1.143q2L=1.143×61.3×0.1=7.007kN，R3'=0.928q2L=0.928×61.3×0.1=5.689kN。

R为支座反力。

3.2 主梁计算

主梁计算简化受力模型如图9 所示，为便于分析，主梁自重忽略不计，合并2 根主梁，其受力不均匀系数为0.6，则单根主梁所受集中力为Ks×Rn，Rn为各小梁所受最大支座反力。

图9 高支模主梁力学简化模型

抗弯计算如公式（4）所示。

抗剪计算如公式（5）所示。

式中：τmax为切应力。

挠度计算如公式（6）所示。

支座反力计算：承载能力极限状态，支座反力依次为R1=0.749kN，R2=6.933kN，R3=6.933kN，R4=0.749kN。

立杆所受主梁支座反力依次为P1=0.749/0.6=1.249kN，P2=6.933/0.6=11.555kN，P3=6.933/0.6=11.555kN，P4=0.749/0.6=1.249kN。

3.3 其他节点分析

在楼层越来越高的情况下，高大模板支设存在局部稳定性不足的问题，当考虑高大模板施工技术安全性问题时，需要增加扣件和短钢管来进行支撑。该文采用自由段处加横杆的方式对楼板进行支托并进行扣件锁定，如图10 所示。具体位置应结合施工现场进行升降调节，确保自由段钢管长度在0.5m 内。

图10 自由段处加横杆示意图

通过安全性监测分析和力学模型计算可以看出，高大模板体系整体要注意防侧倾。根据现场模板支设实际施工经验判断，对钢管、扣件以及主梁、面板的研究，对应力的传导均为基于基本的轴力作用，而未考虑水平向带来的侧向拉力或者可能形成的侧向弯矩（扭矩）等力学响应。

4 结论

综上所述，该文从实际工程案例出发，对超高层房建工程的高大模板支撑体系进行研究，重点对高大模板支设过程中的安全性进行论证，并通过模型计算，明确高大模板在施工中的问题。注重整体受力监测，同时确保构件的力学验算符合要求，注意控制节点和防侧倾就能最大限度地保障高大模板应用技术的安全。