地下施工阶段超限梁支撑体系设计与应用.pdf

1、 建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 19 期 2023 年 10 月Vol.54 No.19 Oct.20232394地下施工阶段超限梁支撑体系设计与应用曹一天，王连铎，厉耀华，李 莉，蒋焱明（北京建工集团有限责任公司，100055，北京）摘要：随着建筑行业技术的革新，为了应对不同项目的不同结构需求，诞生出多种全新支模体系。在设计和选择模架支撑体系时，需要综合安全性、成本、结构几何特征、施工时间和表面质量等要求。为了证明设计超限梁的支撑体系应用可行性，通过模拟项目实际施工过程，借用BIM等软件辅助模拟支撑体系设计、安拆、混凝土浇筑过程。结果证明，传统

2、的扣件式与盘扣式脚手架结合的支模体系，可以用于地下施工阶段的超限梁施工。关键词：超限梁；支撑体系；地下结构中图分类号：TU 74 文献标志码：B 文章编号：1000-4726(2023)19-2394-04DESIGN AND APPLICATION OF OVER-LIMIT BEAM SUPPORT SYSTEM IN UNDERGROUND CONSTRUCTION STAGECAO Yi-tian,WANG Lian-duo,LI Yao-hua,LI Li,JIANG Yan-ming(Beijing Construction Engineering Group,100055,Bei

3、jing,China)Abstract:With the technological innovation of the construction industry,a variety of new mold systems have emerged in response to structural needs of different projects.The formwork support system should be designed and selected based on the comprehensive requirements for safety,cost,stru

4、ctural geometry,construction time and surface quality.In order to prove the application feasibility of the support system for over-limit beams,the support system design,installation,dismantling and concrete pouring process in actual construction was simulated by BIM and other software.Results show t

5、hat the support system integrating the conventional twist and ring lock scaffolds can be used for over-limit beams in the underground construction stage.Keywords:over-limit beam;support system;underground structure1 工程概况上海某集成电路设计产业园新建项目，共有 2栋 20 层钢框架核心筒结构楼、1 栋 4 层钢框架结构楼、1 栋 2 层钢框架结构楼以及 3 层地下车库等组成。专注

6、于地下室部位的超限梁支撑体系施工进行研究，针对重点与难点问题进行设计分析并辅助 施工。2 工程重点与难点根据住房和城乡建设部办公厅关于实施 有关问题的通知（建办质201831 号）规定，根据支架高度、跨度及施工总荷载不同，将混凝土模板支撑工程分为一般工程、危大工程及超危大工程。本项目地下室地下 3 层层高 3.8 m，地下 2 层层高 3.7 m，地下 1 层层高 6 m，梁截面尺寸为 500 mm800 mm 1 100 mm1 400 mm 不 等，集 中 线 荷 载 从 16.13 56.89 kN/m 不等，达到了危大工程及超危大工程的要求。地下 3 层超限梁数据见表 1。表 1 地下

7、 3 层超限梁统计部位截面尺寸/mm搭设高度/m跨度/m 集中线/（kN/m）地下 3 层 顶板5008003916.135009002.9917.916008003919.146009002.9921.266001 5002.3933.987008003922.167009002.9924.618008502.95926.578009002.9927.968001 0002.8930.749008502.95929.759009002.9931.311 0009002.9934.661 0001 5002.3955.331 2009502.85943.41收稿日期：20230622作者简介：

8、曹一天（1996），男，上海人，e-mail:cyt19960823 .2023 年 10 月2395综合考虑施工情况，工程重点为：在设计支撑体系的具体构件型号及模板支架的搭设、使用、拆除过程时，需要着重考虑施工过程中的安全性。其中必须考虑的工程难点为：（1）梁截面不同导致支撑体系差异较大，需逐个对比计算；（2）梁截面尺寸差异较大导致选择模板时候尺寸型号较多，增加了材料准备的难度；（3）主体地下施工阶段均设计超限梁支撑体系施工，工期较长，安全管理要求极高。3 支撑体系设计3.1 设计理念自古以来传统模板就被用于混凝土施工，由刚性材料制成，通常用于几何形状规则的结构。木模板和金属模板是两种最常用

9、的传统模板类型。近年来，随着对结构效率和美观性的要求越来越高，柔性模架支撑体系已被开发并应用于几何复杂的混凝土构件和结构施工中。织物模板和数字织物模板是柔性模架支撑体系的两种主要形式。此外，随着建筑业成为温室气体排放的主要来源，气候变化引起了全世界的关注。已经出现使用沙子和冰可回收和环保的材料作为模板，并且已经在定制混凝土构件制造中进行了测试。目前我国市场可供购买的模板在材料方面可分为钢模板、竹胶合板模板、木胶合板模板等 5 类。从 20 世纪 90 年代开始我国从国外引进各种脚手架技术，各种新型脚手架得到发展与完善，例如承插式脚手架、盘扣式脚手架、爬架等。综合考虑工程重点与难点、各模板材料特

10、性以及各类型脚手架优势，在保证模板支架在搭设、使用、拆除过程中的安全为设计最主要的前提，模板选择 15 mm 厚胶合板，架体选择盘扣式钢管脚手架，并组成支撑体系。立杆钢管选择 Q 355，48.303.00 mm，横杆钢管选择 Q355，48.302.50 mm，初定材料见表 2。同时，满足支撑体系整体稳定性和承载力，兼顾施工过程中的施工便捷性、经济效益。表 2 模架选材构件类型侧模底模模板选型15 mm 厚胶合板15 mm 厚胶合板次龙骨40 mm80 mm 方木40 mm80 mm 方木主龙骨 48.3 mm3.5 mm 双钢管 48.3 mm3.5 mm 双钢管支撑体系盘扣式钢管脚手架

11、U 形顶托3.2 设计计算由于梁截面尺寸众多，选取地下 3 层 600 mm 1 500 mm 梁为典型进行设计计算，梁构件尺寸见表 3。由于处于地下施工阶段，因此不考虑风荷载对架体的影响，荷载计算参数见表 4，模架设计参数见表 5，材料计算参数见表 6。表 3 梁支模构件尺寸 mm梁截面尺寸搭设高度梁跨度楼板厚度6001 5002 3009 000150表 4 荷载计算标准值项目标准值模架 G1k/（kN/m2）面板0.1面板及小梁0.3楼板模板0.5混凝土 G2k/（kN/m2）24梁钢筋 G3/（kN/m2）1.5楼板钢筋 G4k/（kN/m2）1.1集中堆物 G5k/（kN/m2）1施

12、工荷载 Q1k/（kN/m2）2.5 表 5 模架设计参数 mm类别项目参数梁侧支模主龙骨间距600次龙骨间距190对拉螺栓直径14间距300梁底支撑主龙骨间距900次龙骨间距100立杆间距横距600，300纵距900水平杆步距1 500支撑高度2 300立杆组合2 000立杆 a 值300板底支撑立杆间距900立杆纵距1 200水平杆步距1 5003.3 600 mm1500 mm 截面梁支模验算（1）面板验算。取单位宽度 b=1 000 mm，按四等跨连续梁计算，荷载计算见表 7。根据表 7 荷载计算结果可画出四等跨连梁计算简图。根据计算简图可得到支座反力，计算结果见表 8。最终面板验算结

13、果见表 9。根据验算结果可以得出：梁底面板的最大抗弯强度 max=3.446 MPa 小于 3=17 MPa，满足面板强度验曹一天，等：地下施工阶段超限梁支撑体系设计与应用建 筑 技 术第 54 卷第 19 期2396表 6 材料计算参数材料项目参数 48.33.0 mm 钢管单位重量 q01/（kN/m）0.033截面积 A1/cm24.27惯性矩 I1/cm410.78抵抗矩 W1/cm34.49回转半径 i1/mm15.9抗剪强度设计值1/MPa175抗弯强度设计值 1/MPa300 48.32.5 mm 钢管单位重量 q02/（kN/m）0.028截面积 A2/cm23.57惯性矩 I

14、2/cm46.07抵抗矩 W2/cm32.89回转半径 i2/mm16.1抗压允许应力 2/MPa175抗弯强度设计值 2/MPa30015 mm 胶合板弹性模量 E3/MPa5 000抗弯强度设计值3/MPa17抗剪强度设计值3/MPa1.440 mm80 mm 杉木方木弹性模量 E4/MPa9 350截面抵抗矩 W4/cm342.67抗弯强度设计值4/MPa15.45抗剪强度设计值4/MPa1.782表 7 荷载计算项目验算结果抵抗矩 W 梁/cm337.5惯性矩 I 梁/cm428.125线荷载设计值 q 梁/（kN/m）53.23线荷载标准值 q 梁标/（kN/m）38.35静荷载设计

15、值 q 梁静/（kN/m）49.855可变荷载设计值 q 梁活/（kN/m）3.375表 8 梁底面板强度计算项目验算类别结果设计值R1=R5/kN3.165R2=R4/kN9.167R3/kN7.518标准值R1=R5/kN2.261R2=R4/kN6.575R3/kN5.338表 9 梁底面板验算项目验算类别结果强度最大弯矩 Mmax/（kNm）0.129最大抗弯强度 max/MPa3.446挠度最大挠度 max/mm0.087算要求；面板最大挠度max=0.087 mm小于=min150/150，10=1mm，满足面板挠度验算要求。（2）小梁验算。按二跨连续梁计算，小梁荷载计算结果见表

16、10，根据荷载计算结果可以画出小梁计算简图、小梁弯矩图、小梁剪力图、小梁形变图。最终小梁验算结果见表 11。表 10 梁底小梁荷载计算项目类别结果荷载设计值小梁自重 q2/（kN/m）0.39左侧小梁荷载 q 左/（kN/m）6.088中间小梁荷载 q 中/（kN/m）9.206右侧小梁荷载 q 右/（kN/m）6.088小梁最大荷载 qmax/（kN/m）9.206荷载标准值小梁自重 q2/（kN/m）0.03左侧小梁荷载 q 左/（kN/m）3.925中间小梁荷载 q 中/（kN/m）6.605右侧小梁荷载 q 右/（kN/m）3.925小梁最大荷载 qmax/（kN/m）6.605表 1

17、1 梁底小梁验算项目类别结果抗弯max/MPa5.124抗剪max/MPa1.322挠度max/mm0.291支座反力设计值 Rmax/kN4.545标准值 Rmax/kN3.261根据验算结果可以得出：梁底小梁的最大抗弯强度 max=5.124 MPa 小于 4=15.444 MPa，满足小梁的抗弯验算要求；小梁最大抗剪强度 max=1.322 MPa小于 4=1.782，满足小梁的抗剪验算要求，小梁 最 大 挠 度 max=0.291mm 小 于=minL/150，10=min600/150，10=4 mm，满 足 小 梁 挠 度 验 算 要求。（3）梁底主梁验算。梁底主梁计算简图、弯矩图

18、、剪力图、变形图如图 1 图 4 所示。验算结果见表 12。1234（1）（2）（3）5005005003.006 kN3.006 kN4.545 kN3.731 kN4.545 kN图 1 梁底主梁计算简图/mm12340.5110.2320.4090.4090.233图 2 梁底主梁弯矩图/kNm 2023 年 10 月23970.5180.5186.4113.5246.4113.5210.5181.865图 3 梁底主梁剪力图/kN12340.299图 4 梁底主梁变形图/mm表 12 梁底主梁验算项目单位结果抗弯max/MPa100.67抗剪max/MPa26.22挠度max/mm0.

19、30支座反力标准值 R1=R4/kN0.52标准值 R2=R3/kN9.94根据验算结果可以得出：梁底大梁的最大抗弯强度 max=100.67 MPa 小于 2=300 MPa，满足大梁的抗弯验算要求；大梁最大抗剪强度 max=26.22 MPa 小于2=175，满足大梁的抗剪验算要求；大梁最大挠度max=0.30 mm 小于 min500/150，10=3.33 mm，满足大梁挠度验算要求；U 形顶托最大受力 N=maxR2，R3=9.94 kN 小于可调托座的最大承载力 N=30 kN，满足顶托承载力验算。（4）立杆验算。验算长细比时使用长度修正系数=1.2，最大步距 h=1 500 mm

20、，顶层布局 h =1 000 mm，悬臂端计算长度折减系数 k=0.7。立杆长细比=113.21 小于=150，满足长细比验算要求。立杆抗压强度计算值 fd=63.44 MPa 小于1=300 MPa，满足立杆稳定性验算。4 效益分析4.1 成本对比通过采用盘扣式架为主体、辅助使用扣件式脚手架的支模体系进行施工，充分发挥了盘扣式脚手架高承载力、整体稳定性强的安全优势。在加入使用了扣件式脚手架，降低了架体租赁总成本的同时，最大限度地缩短了架体搭设的施工周期，节约了时间与人力成本。初步统计地下施工阶段需要租赁盘扣、扣件组合式脚手架 248 d，比使用纯扣件式脚手架租赁时间节约了 31 d，工作效率

21、提升 11.11%，同时预计节约租赁费加工人费用总计 87 070 元，降低成本 14.83%。4.2 绿色环保使用胶合板及盘扣式脚手架作为架体的主要材料，符合国家对与建筑施工节能环保发展的理念。胶合板与盘扣式脚手架均具有良好的耐久性，便于储存且周转使用率高，节约了材料频繁进场所产生的运输、管理等额外浪费和污染。4.3 现场管理采用成品的胶合板及盘扣式脚手架可提升现场施工管理效果。成品胶合板及盘口脚手架没有额外的扣件且规格统一，现场堆放视觉效果整洁，同时便于 清算。5 结论通过对材料选择、模架选型、结构设计验算及实际效益分析，某集成电路设计产业园新建项目采用模板加盘扣式脚手架组合模架作为超限梁

22、的支撑体系在地下施工阶段具备安全性、经济性及施工可行性。考虑到实际施工过程中存在许多因素造成脚手架搭设与实际情况不符合，例如工人操作不当造成的脚手架偏位、偏心，周转材料过程中造成的立杆、横杆变形，以及其他扣件老化、损坏等情况。为保证架体在施工过程中的整体稳定性，最终在实际施工过程中选择在架体平行与梁方向额外加设斜撑。如在地上施工阶段，模架安装及拆除必须额外考虑风荷载作用下的架体稳定性以及架体基础的承载力。同时考虑到模板支架需要经历混凝土浇筑前后两种工况，因此在计算抗倾覆计算时要分情况讨论。此类架体的设计模式推广到其他项目具有一定的优势和普遍性，但仍需具体分析，实际施工中需考虑到架体周边是否与其

23、他施工部位过近，影响施工。遇到坡道、坑槽或不平整地面时，保证立杆垂直度，同时立杆顶部顶托不偏心也是需要重点把控的因素。参考文献1 薛利军.模板脚手架发展前景探究 C/2017 中国建筑施工学术年会论文集(综合卷).北京：中国建筑工业出版社,2017:179182.2 刘艳梅.高支模在大跨度超限梁中的实践应用研究 J.四川建材,2022,48(11):6566,90.3 郭远远,姜超,马广生,等.施工荷载超限结构工况下轮毂式钢管束柱装配支撑体系与结构验算 J.安徽建筑,2022,29(9):3546.4 王全逵,许银凤,仇健,等.室内滑雪场超高、超限支撑体系设计与施工 J.天津建设科技,2016,26(6):2325,28.5 李智文.屈曲约束支撑在某超限高层结构中的抗震性能优化分析D.广州:广州大学,2021.6 冯程远,徐伟.构造因素对超限梁扣件式钢管支撑架稳定承载力的影响 J.建筑施工,2023,45(2):4134167 马晋,徐平飞,姜涛.超限高层结构转换层设置方案探究 C/中国土木工程学会.中国土木工程学会 2019 年学术年会论文集.中国建筑工业出版社,2019:744749.8 黄起益.剪力墙连梁超限问题的处理方法 J.福建建筑,2019(8):4045.曹一天，等：地下施工阶段超限梁支撑体系设计与应用