数字化钢性模板支撑组合结构体系施工技术总结

新型模板支撑体系的应用技术[前言]在建筑工程领域对于顶板模板支撑体系，通常采用100mm×100mm木方做主龙骨，采用50mm×100mm木方做次龙骨，而木方本身周转次数有限，每一个工程都要消耗大量的木材，不利于绿色施工。而由2～2.5mm冷轧钢制成的主梁、副梁的新型支撑结构便应运而生。本文以门急诊楼及手术科室楼改扩建一期工程为案例，详细描写了秦皇岛兴民伟业建筑设备有限公司的专利产品“数字化钢性模板支撑组合结构”中的新型顶板模板支撑组合结构这一新型支撑体系在施工现场的应用。在北京市场没有此种工艺的顶杆、横拉杆计算规则，顶杆、横拉杆还是采用技术相对成熟的碗扣件结构。本文从新旧工艺选择开始，对其可行性进行分析。并对这种新型支撑体系的施工工艺进行了详细地阐述，对其实施效果等进行探讨。在对其新旧工艺对比中，从效率、耗材、安全度、外观等进行分析，并收集整理了第一手数据。从选材到施工对这种新型支撑体系进行全面剖析，对其特点进行了完整的总结。（一）工程概况本工程地下三层（含两层设备夹层），基础形式为筏板基础，地下结构为现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构。工程地下结构复杂，工期紧，质量要求高，工程处于闹市区，扰民和民扰严重，施工时间受限制，对合理安排施工进度是重点和难点，如何合理安排配置模板体系，加快施工进度，节约资源消耗，多快好省地保证地下结构施工按期完成就是工程施工的关键，经过反复对比、论证，决定在地下Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ段顶板支撑使用数字化刚性建筑模板支撑组合结构。主要解决顶板的模板支撑体系，加快其施工速度，确保其混凝土施工质量，为地下结构按期完成工期节约时间，并保证实现长城杯的评审验收通过。（二）顶板模板支撑施工方法的选择1.传统木方支撑体系组成主龙骨采用100mm×100mm木方，规格为2m、3m、4m，若想要其它规格，现场要另行加工；次龙骨为50mm×100mm木方，市场尺寸规格比较混乱。顶杆及横拉杆采用碗扣架支撑。2.新型支撑体系的组成顶板模板主次梁采用“数字化钢性模板支撑组合结构”，取代了传统的钢木混装支撑方式，模板为18mm厚多层板。支撑结构由主梁、副梁、顶杆、横拉杆四部分组成，主梁和次梁采用2mm～２.5mm冷轧钢制成。（1）主梁主梁由外套、梁芯、活节组成。外套和活节两侧装有副梁挂槽，下部装有顶杆连接锁片。梁芯在外套中可纵向滑动，以便调整主梁的使用长度。活节在梁芯上移动，保证副梁间距离。主梁按可调整长度范围分为四种规格：B-1型：2.68m—4.39m

B-2型：2.28m—3.68m

B-3型：1.77m—2.88m

B-4型：1.12m—1.78m主梁与副梁连接，形成顶板模板支撑平面，整体承载顶板的重量及浇筑时产生的压力。主梁与顶杆连接，形成支撑整体。（2）副梁副梁由梁体和两端的卡片组成，两端的卡片卡在主梁挂槽内，与主梁形成牢固的连接，副梁中心距为30.5cm，边距为24.5cm。副梁根据其长短分三种规格：1.15m、0.8m、0.4m，由这些规格的副梁保证支撑面积和支撑质量，使主梁与平行主梁的墙体表面的间隙不大于290mm。1.15米副梁0.80米副梁0.40米副梁（3）顶杆及底座顶杆由可调整体底座、杆芯、杆套、销子组成。顶杆有四种，规格可以在2m～4.8m之间任意调整高度，底座可调高度为0.5m。（4）安装方法调整主梁长度，将主梁调整到合适位置→在主梁上安装顶杆→在主梁的挂槽上安装副梁→利用顶杆及底座调整高度→支撑搭设完成→→→→现场施工实景照片3.新老两种方案的比较（1）效率对比传统木方工艺，对工人要求较高，必须有一定现场经验的技术工人才可以施工。而“数字化钢性模板支撑组合结构”施工采用承插连接，操作简便，工人容易掌握，如果用比较规则开间进深均为10m，四周为墙或梁的房间计算，用时为木方工艺的1/3。（2）损耗对比因为传统工艺使用木方做龙骨，由于尺寸不够灵活，需要将长料锯短，这样周转几次后就产生了很大的损耗。而且由于木方自身的原因，周转次数一多就发生了变形等，也将无法使用；新型工艺采用钢制龙骨，变形小，周转次数多，如果操作得当除非丢失不会产生损耗。（3）安全度对比木材为自然长成的材料，其受力性能除受材料本身的限制较多外，还与人为因素有很大原因。而新型钢支撑采用工厂化焊接制作，材料受力均匀，标准件紧固，结构严密，受人为因素影响较小。（4）占用场地对比针对门急诊楼及手术科室楼改扩建一期工程可利用场地狭小的特点，用新型工艺可以节省场地，因为主梁和次梁是可以伸缩的，如采用木方，将占用更多的场地，给施工带来困难。（5）综合成本对比购买品种平米造价安装人工费辅材造价使用次数所需工具残值使用效率实际造价数字化钢性模板支支撑组合结构构99元10元0元300次无36元高0.21元传统木模板组合结结构46.2元15元0.2元5次有0元低9.44元（三）可行性分析1.荷载力学分析（1）主梁、副梁截面力学计算“数字化钢性模板支撑组合结构”所用材料都是高性能冷轧钢，厚度是2mm至2.5mm。这种新型材料优点是：耐腐蚀、弹性大，坚固不变形。根据新型工艺专利产品厂家提供数据，主梁截面尺寸及特征值：H×B×A×T=65×69×12×2.0IX=27.4133cm4WX=6=6.71896cm3次梁截面尺寸及特征值：H×B×A×T=60×50×12×2.0IX=12.054cm4WX=6=5.9998cm3经现场实际测量计算，主次梁的截面特征值如下：名称截面尺寸IX(cm4)WX(cm3)主梁20.217.82副梁10.85.56在主次梁稳定性计算中，考虑安全因素，将厂家提供数据和现场实际的数据进行对比，主次梁截面特征值取值取最小值进行计算：主梁：IX=20.21cm4WX=6=6.71896cm3次梁：IX=10.8cm4WX=6=5.56cm3（2）荷载力学计算针对此种新型工艺，集团组织了专家论证，在力学计算时按照工程最厚楼板350mm进行计算。将主梁、副梁截面力学数值带入支撑体系中，进行计算：计算参数取：模板支架搭设高度为4.0m，立杆的纵距b=0.90m，立杆的横距l=1.20m，立杆的步距h=1.50m。面板厚度15mm，剪切强度1.4N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量6000.0N/mm4。次梁H×B×A×T=48×58×12×2.00，间距300mm，抗弯强度260.0N/mm2，弹性模量210000.0N/mm4。主梁采用冷弯薄壁卷边槽钢H×B×A×T=65×69×12×2.00。模板自重0.35kN/m2，混凝土钢筋自重25.00kN/m3，施工活荷载3.00kN/m2。扣件计算折减系数取1.00。采用的钢管类型为48×3.5。2.模板支撑次梁的计算次梁按照均布荷载下连续梁计算。(1)荷载的计算A、钢筋混凝土板自重(kN/m)：q11=25.000×0.350×0.300=2.625kN/mB、模板的自重线荷载(kN/m)：q12=0.350×0.300=0.105kN/mC、活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载(kN/m)：经计算得到，活荷载标准值q2=(1.000+2.000)×0.300=0.900kN/m静荷载q1=1.20×2.625+1.20×0.105=3.276kN/m活荷载q2=1.4×0.900=1.260kN/m(2)次梁的计算按照三跨连续梁计算，最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下：均布荷载q=4.082/0.900=4.536kN/m最大弯矩M=0.1ql2=0.1×4.54×1.20×最大剪力Q=0.6×1.200×4.536=3.266kN最大支座力N=1.1×1.200×4.536=5.988kN本工程使用新型钢梁代替次梁，钢梁截面特性截面惯性矩I和截面抵抗矩W取值，分别为：W=5.56cm3；I=10.8cm4；(1)次梁抗弯强度计算抗弯计算强度f=0.653×106/5560=117.446N/mm2次梁的抗弯计算强度小于260.0N/mm2，满足要求!考虑次梁实际受力情况，按简支梁简化进行计算最大弯矩M=ql2/8=4.54×1.20×1.20/8=0.8172kN.m抗弯计算强度f=0.8172×106/5560=146.98N/mm2按简支梁计算次梁的抗弯计算强度小于260.0N/mm2，满足要求!(2)次梁挠度计算最大变形v=0.677×2.730×1200.04/(100×210000×108000)=1.891mm考虑次梁实际受力情况，按简支梁简化进行计算最大变形v=5×2.730×1200.04/(384×210000×108000)=3.59mm次梁的最大挠度小于900.0/250，满足要求!3.主梁的计算主梁按照集中与均布荷载下多跨连续梁计算。集中荷载取木方的支座力P=5.988kN均布荷载取主梁的自重q=0.065kN/m。主梁计算简图主梁弯矩图(kN.m)主梁变形图(mm)主梁剪力图(kN)经过计算得到最大弯矩M=1.711kN.m经过计算得到最大支座F=19.923kN经过计算得到最大变形V=1.8mm主梁截面惯性矩I和截面抵抗矩W取值，分别为：截面抵抗矩W=6.719cm3；截面惯性矩I=20.21cm4；(1)顶主梁抗弯强度计算抗弯计算强度f=1.711×106/1.05/6719=242.525N/mm2顶主梁的抗弯计算强度小于260.0N/mm2，满足要求!(2)顶主梁挠度计算最大变形v=1.8mm顶主梁的最大挠度小于900.0/400，满足要求!经过力学计算，该工艺满足施工荷载的要求。4.现场堆载试验在进行力学计算后，为了对该种工艺在施工中具体受力有更直观的认识，同时也是为了更好地保证工程的质量与安全性。在顶板模板支撑前，在施工现场找一开阔地做现场堆积荷载试验，以便验证主梁、副梁的承载能力。本工程施工现场充分考虑各种不利因素，其中静荷载1t/m2，包括砼及模板自重及一些临时堆放的周转材料；动荷载0.5t/m2，包括人员走动及吊运材料时的瞬间冲击等，共计1.5t/m2。现场试验时，取施工实际荷载的1.8倍一组，即2.7t/m2；取施工实际荷载的3.45倍一组，即5.22t/m2。如果第一组试验主次梁挠度均符合要求，就视为试验成功。第二组为破坏性试验，是想在大荷载作用时验证这种新型材料的安全度。堆载试验现场搭设支撑平面图通过堆载试验，所加设荷载大于施工现场实际荷载值，得出实际值：当荷载为2.7t/m2时，主梁挠度1mm，次梁挠度2mm；当荷载为5.22t/m2时，主梁挠度3mm，次梁挠度4mm；次梁允许挠度为1200/250=4.8mm主梁允许挠度为1800/250=7.2mm通过现场堆载试验的方法，两组试验均满足安全要求，试验结果此种工艺安全性可以达到现场施工的要求。5.现场操作分析主梁长度可以在1.2m和4.39m之间任意调整距离。副梁长度有1.15m，0.8m和0.4m三种规格。由于主梁与副梁连接方便（主梁设有挂槽），调节尺寸上可以任意伸缩，现场很少因锯木方而产生的原材料浪费。根据施工现场图纸，厂家出设计方案，具体到每一个房间所用的主次梁的根数都可以一目了然，更有利于成本的控制。安装图如下：厂家绘制的安装图（四）施工工艺1.顶板支撑的施工流程碗扣架支设→主梁支设→副梁支设→模板铺设2.碗口架的支设碗口式钢管采用外径48mm，壁厚3.5mm厚的Q235-A级焊接钢管，钢管上严禁打孔，端部切口保持平整，脚手架采用每隔0.6m设一套碗口接头的定型立杆和两端焊有接头的定型横杆，施工中并保证接口牢固，横竖杆平直，间距、步距等参数的准确。3.主梁支设根据厂家绘制的排版图，U托托住主梁，按图纸摆置主梁，主梁与主梁之间在U托处连接。4.副梁支设待主梁支设后，在主梁边的可推拉挂槽处悬挂副梁，按照厂家提供的尺寸，调整副梁间距，摆置副梁，副梁与主梁连接处不能脱扣。5.模板铺设主、副梁安装好后，直接铺18厚多层板，多层板整板尺寸为1220×2440，尽量用整板铺设，板与板的拼接处采用硬拼缝。起拱高度按设计要求。6.现场实际施工在现场实际施工时，在主梁、次梁布置后会发现布置到边角处很难严丝合缝，要用木方再去补齐，所以在房间四周挨墙及梁处，加设木方进行支撑。以图纸中一个房间为例：边角处采用100mm×100mm木方作梁，替代钢梁与墙体之间的连接，解决了模板拼缝不严实的问题，使得模板铺放平整牢固。顶板支撑体系示意图1－1剖2-2剖大样图7.工艺的局限性及解决方法任何一种新型的工艺都有它的局限性，都有它自身的不足之处，针对门急诊楼及手术科室楼改扩建一期工程新型模板支撑体系在使用中发现的问题，项目部进行了及时的总结，并制定了相应的解决方法，所采用的方法在实际施工中都得到了验证。（1）计算参数的可信度低根据厂家提供数据，与实际计算数据有出入，需要进行比较后再进行使用。解决方法：将厂家提供的数据与经过实际计算的数据进行比较，取最小值带入力学公式进行计算，以便保证支撑体系的安全。（2）对模板的要求过过高由于主梁及次梁为为钢制材料，普普通铁钉很难难打入，主梁梁和次梁上难难以钉钉子。这这就给铺顶板板面板带来了了难度，要求求板面必须平平整，板面如如有破损很难难处理，对模模板的要求较较高。解决方法：选用优优质的18mmm厚在市场场上信誉好的的厂家生产的的多层板。在在加工板时要要用平刨将接接茬处刨平。每每次使用完毕毕拆模后要对对模板表面进进行清理，多多层板每面在在使用两次后后要对板进行行修补。边角角起皮的要进进行修理，模模板起鼓或有有破损的要进进行替换，要要随时保证模模板的质量。如如果模板的质质量得到保证证，就可以避避免在主次梁梁上钉钉子了了，从而保证证施工质量。（3）新型工艺立杆在在实际施工中中难以得到应应用开始项目部准备采采用新型工艺艺的配套立杆杆的，因为费费用比碗扣架架要低廉，并并且施工简便便，只要将立立杆前端的插插杆插入主梁梁下插槽就可可以了，高度度通过立杆下下的支座进行行调节。但有有几个问题无无法解决：①不需要水平杆，利利用主梁与立立杆之间的插插槽卡紧插杆杆的原理防止止水平位移，不不足是立杆之之间比较独立立，没有形成成整体，上部部分主梁与立立杆确实扣紧紧了，但除此此之外没有任任何其它连接接，如果层高高较大或者上上部荷载较大大时，挠度会会加大，从而而造成失稳。②新型工艺立杆支撑撑，在北京市市场由于没有有相应的计算算规程，按北北京现行技术术脚手架规程程计算，厂家家提供的力学学数据如果间间距1.5mm可满足要求求，那么通过过北京地区规规范计算后间间距为0.66m，这样既既不便于施工工经济投入又又大。解决方法：从经经济成本及安安全性考虑，采采用技术相对对成熟的碗扣扣架支撑代替替新型工艺立立杆支撑。只只是将钢制主主次梁像木方方一样进行支支撑，用碗扣扣架U托托住主梁梁，上排水平平杆离主梁底底距离不大于于300mmm，这样施工工完全可以满满足要求。（4）主梁和次梁在施施工中难起拱拱由于是钢制构件，比比起木方来起起拱是一个难难题，很难按按照规范要求求起拱。解决方法：由于钢钢梁的硬度远远高于木方，所所以比木方起起拱要难很多多。由于钢梁梁硬度高，所所以起拱时要要按主梁和次次梁两个方向向考虑：从主主梁方向考虑虑，起拱部位位应为两根主主梁相接处，两两根主梁应在在同一个U托处连接，调调节这个U托的高度，从从而控制起拱拱高度。由于于主梁长度最最长可达4..39m，所所以只有大于于4.5m的开开间或进深，需需要主梁搭接接的房间才需需要此种起拱拱方法；从次次梁方向考虑虑，起拱要借借助主梁与次次梁连接处的的挂槽，因为为次梁的挂片片插入主梁的的挂槽时是有有一个活动量量的，有2～3mm的空隙，利利用这个空隙隙来使主梁与与次梁之间形形成角度，从从而达到起拱拱的目的。以以最大的次梁梁尺寸1.115m计算，利利用挂槽次梁梁与主梁可以以起拱2mmm，起拱尺寸寸为1.7‰，满足规范范起拱高度1‰～3‰的要求。8.拆除方法模板拆除时，本着着“先支后拆”的原则，由由于没有铁钉钉等，拆卸非非常方便，只只是应注意主主、副梁为钢钢制，应轻拿拿轻放，禁止止砸、摔，防防止变形。（五）效果检查在主次梁进场后，先先检查主次梁梁的平直度、焊焊口质量等。在在施工的过程程中，检查支支撑情况，待待支撑体系支支设完成后，由由项目部质量量部门组织对对模板进行检检查；待浇筑筑完顶板混凝凝土后，由项项目部技术部部门组织检查查主次梁的变变形观测。浇筑前对模板主要要检查项目施施工质量核查查表:序号检查项目规范允许偏差现场检查实际偏差差值是否符合要求1模板起拱高度1‰～3‰最小1.7‰最大2.6‰符合要求2相邻两板表面高低低差2mm最小0mm最大2mm符合要求3模板表面平整度5mm最小0mm最大3mm符合要求浇筑后对主次梁变变形观测核查查表:序号检查项