兰石豪布斯卡中央商务区转换层大梁模架安全性分析

包德军 孙建明 冯杰文 张连胜 尚建辉

摘要：随着我国城市化建设进程的快速发展，越来越多的高层建筑不断涌现，为了满足业主对建筑物的多种使用要求，结构转换层的设计在工程中经常出现。在结构出地面部分设计中多处存在转换层大截面梁柱布置。在此部分梁柱的施工中不仅要考虑转换层模架的安全性，还需要考虑模架搭设的下层结构的安全性。通过转换层一道典型的框架梁模架的设计验算和下部结构模架的留置验算，给出了具体的施工方案，保证了转换层结构施工的安全性。

关键词：转换层;支撑体系;强度;长细比;稳定性

中图分类号：TU97

文献标志码：A

0引言

目前在我国建筑工程设计中梁板式转换层的结构设计占比较大。在此部分结构施工中需要对其模架的安全性进行分析，同时还要对下部结构的安全性进行分析，这样才能保证结构施工的安全，同时避免因不合理的模架设计而导致施工措施费用的浪费。

1工程概况

兰石豪布斯卡某总建筑面积约26万m2、占地面积约5.4万m2的中央商务建筑群，地下设计为三层大底盘框架结构，地上部分设计有有办公、酒店、图书馆等公共建筑。在结构出地面部分设计中多处存在转换层大截面梁柱布置。在此部分梁柱的施工中不仅要考虑转换层模架的安全性，还需要考虑模架搭设的下层结构的安全性。除过这些特殊的梁板结构，其余部分结构的模架均可按正常模架设计搭设。本论述通过在转换层一道典型的框架梁模架的设计验算和下部结构模架的留置验算，给出了具体的施工方案，保证了转换层结构施工的安全性。

2模架施工方案

通过多方案必选，本工程决定选用Φ148x3扣件式钢管模板支撑体系（如图1所示）。

梁模板采用18mm厚竹胶合板、50mmx100mm木方、M14（水平间距500mm）对拉螺栓，为防止框架梁在浇筑时倾斜，板支撑体系水平钢管和斜撑钢管加固。梁底等距采用4根小梁、梁侧等距采用6根小梁，主梁间距500mm、立杆间距1m，梁下等距采用4根立杆支撑。除纵横向扫地杆外，为保证作业人员施工方便，底部水平杆步距1.8m、其余步距1.2-1.5m，大梁下部设置纵横向剪刀撑。

3转换层框架梁模架验算

3.1计算资料

模板、小梁及主梁参数见表1所列。

3.2模板强度、刚度验算

3.2.1梁底模板强度、刚度验算

模板自重G1k=0.1kN/m2;

梁钢筋混凝土自重（G2k+G3k）×h=（24+1.5）×2=51kN/m2;

振捣混凝土产生的施工荷载Q2k=2kN/m2;

取單位宽度1m，按三跨连续梁计算（如图2所示）：

荷载组合设计值：ql=0.9xmax{1.2[G1k+（G2k+G3k）×h]+1.4Q2k，1.35[G1k+（G2k+G3k）×h]+1.4ψcQ2k}×b=0.9×max{1.2×[0.1+（24+1.5）×2]+1.4×2， 1.35×[0.1+（24+1.5）×2]+1.4×0.7×2}×1=63.851kN/m。

（1）强度验算

Mmax=0.1q1L2=0.1×63.851×0.2672=0.455kN·m;（1）

σ=Mmax/W=0.455×106/54000= 8.426N/mm2≤[f]=15N/mm2。

（2）

满足要求。

（2）刚度验算

荷载组合标准值：q2=G1k+G2k+G3k+Q2k=53.1kN/m;

v=0.677q2L4/（100EI）=0.677×53.1×2674/（100×10000×486000）=0.376mm<[v]=L/250=267/250=1.068mm。

（3）

满足要求。

3.2.2侧模板强度、刚度验算

新浇筑混凝土对梁侧模板的压力标准值：G4k=min{0.22γct0β1β2v0.5， γcH}=min{0.22×24×4×1×1.15×20.5， 24×2}=min{34.35，48}=34.35kN/m2。

振捣混凝土时梁侧模板荷载标准值：Q2k=4kN/m;

取单位宽度1m，按三跨连续梁计算（如图3所示）：

q=（G4K+Q2k）×L=（34.35+4）×1= 38.35kN/m。 （4）

（1）强度验算

Mmax=0.1q/2=0.1x38.35x0.352=0.47kN.m; （5）

σ=Max/W=0.47×106/54000=8.7N/mm2≤[f]=15N/mm2。

（6）

满足要求。

（2）刚度验算

vmax=0.677qL4/（100EI）=0.677×38.35×3504/（100×10000486000）=0.8mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

（7）

满足要求。

3.3小梁强度、刚度验算

3.3.1梁底小梁强度、刚度

梁底顺跨度方向均布布设4根小梁，按最不利荷载分布分析，2、3号小梁分别承担1/3梁荷载（见图2）。

取2号小梁所承担线荷载为q1=q/3=63.851/3=21.28kN/m。

梁底顺跨度方向立杆纵距1m，每纵距内附加1根梁底支撑主梁，因此小梁强刚度按500mm间距，三跨连续梁计算。

（1）强度验算

Mmax=0.1q1L2=0.1x21.28x0.52=0.532kN.m; （8）

σ=Mmax/W=0.532×106/83333.33=6.38N/mm2≤[f]=15.444N/mm2。

（9）

满足要求。

（2）刚度验算

vmax=0.677q1L4/（100EI）=0.677×21.28×5004/（100×8415x4166667）=0.257mm<[v]=L/250=500/250=2mm。

（10）

满足要求。

3.3.2梁侧小梁强度、刚度

前式得新浇筑混凝土对梁侧模板压力标准值G4k=34.35kN/m2;

梁侧小梁所受均布荷载q静=0.9×1.35×G4K×L=0.9x1.35x34.35x1=41.74kN/m：

梁侧小梁支座反力Rmax=41.74x0.35=14.6kN;

取q=14.6kN/m。

（1）强度验算

Mmax=0.1qL2=0.1x14.6x0.52=0.365kN.m; （11）

σ=Mmax/W=0.365×106/83333.33=4.38N/mm2≤[f]=15.444N/mm2。

（12）

满足要求。

（2）刚度验算

Vmax=0.677qL4/（100EI）=0.677×14.6×5004/（100×8415×4166667）=0.176mm<[v]=L/250=500/250=2mm。

（13）

满足要求。

3.4主梁强度、刚度验算

3.4.1梁底主梁强度、刚度验算

由前式所得梁底荷载组合设计值为63.851kN/M，梁底主梁间距500mm，每道主梁承力31.93kN。每道主梁有两根钢管组合，主梁不均匀受力系数0.6，每根钢管承力31.93kNx0.6=19.16kN。

梁底顺跨度方向均布布设4根小梁，按最不利荷载分布分析，2、3号小梁分别承担1/3梁荷载（见图2）。

木方传给钢管的集中力F1、F2、F3、F4分别为3.193kN、6.387kN、6.387kN、3.193kN。

按最不利工况分析，将计算简图（图4）简化为第二跨简支梁计算，F2、F3分别距支点2、3距离为0.1m。

（1）强度验算

Mmax=F2xa=6.387x0.1=0.6387kN·m：

（14）

σ=Mmax/W=0.6387×106/4490=142.25N/mm2≤[f]=205N/mm2。

（15）

滿足要求。

（2）刚度验算

vmax=F2xa（3L2-4a2）/（24EI）=6387x100x（3x4662-4x1002）/（24×206000×107800）=0.73mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

（16）

满足要求。

3.4.2梁侧主梁强度、刚度验算

梁侧模承载能力极限状态设计值：S承=0.9max[1.2G4k+1.4Q2k， 1.35G4k+1.4×0.7Q2k]=0.9max[1.2×34.35+1.4x4，1.35x34.35+1.4x0.7x4]=0.9max[46.82，50.29]=0.9x50.29=45.26kN/m2。

梁侧主梁间距500mm，每道主梁承力22.63kN。每道主梁由两根钢管组合，主梁不均匀受力系数0.6，每根钢管承力22.63kNx0.6=13.58kN。

梁侧顺跨度方向均布布设6根小梁，按最不利荷载分布分析，每跨中受集巾力13.58kN。

（1）强度验算

Mmax=0.15FL=0.15x13.58x0.35=0.713kN·m;（17）

σ=Max/W=0.713×106/4490=158.8N/mm2≤[f]=205N/mm2。

（18）

满足要求。

（2）刚度验算

vmax=1.146FL3/（100EI）=1.146×13.58×103×5003/（100 x206000x107800）=0.876mm<[v]=L/250=350/250=1.4mm。

（19）

满足要求。

3.5对拉螺栓验算

设置Φ12对拉螺栓，竖向4道，竖向间隔150mm、350mm、600mm、500mm设置（见图1）。

取受力最大第3道螺杆分析，b=600/2+500/2=550mm，a=500mm;

Fs=0.95（1.2xG4k+1.4Q2k）=0.95（1.2x34.35+1.4x4）=44.48kN/m2;

（20）

N=abFs=0.55x0.5x44.48=12.2kN

（21）

满足要求。

3.6立杆验算

3.6.1 长细比验算

l0=h=1800mm;

（22）

λ=l0/i=1800/15.9=113.208≤[λ]=150。

（23）

长细比满足要求。

3.6.2稳定性计算

由前式所得梁底荷载组合设计值为63.851kN/m，梁底立杆纵向间距1.0m，每排立杆承力R=63.851kN。

梁底顺跨度方向均布布设4根小梁，按最不利荷载分布分析，2、3号小梁分别承担1/3梁荷载，1、4号小梁各承担1/6梁荷载，如图2所示。1、4号小梁分别由1、2和3、4号立杆承力，2、3号小梁由2、3号立杆均分承力。

计算得：每排立杆R1=R4=63.851/6x167/467=3.8kN;

（24）

R2=R3=63.851/6x300/467+63.851/3=28.12kN;（25）

f=N/（φA）=28120/0.496x424=133.7N/mm2≤[f]=205N/mm2。

（26）

滿足要求。

4转换层大梁下部结构承载力验算

4.1荷载计算

转换层框架梁自重：bxh×（G2k+G3k）=0.8X2X（24+1.5）=40.8kN/m;

（27）

负一层框架梁自重：bxhx（G2k+G3k）=0.4x0.7x（24+1.5）=7.14kN/m;

（28）

模板与支架自重：BxG1k=1.4X0.75=1.05kN/m;（29）

恒荷载总和：q恒=40.8+7.14+1.05=48.99kN/m;（30）

活荷载：q恒=3x1.4=4.2kN/m;

（31）

荷载设计值：q=1.2x48.99+1.4x4.2=64.668kN/m。

（32）

4.2承载力计算

负一层框架梁计算长度L0=1.05x5.8=6.09m;（33）

按连续梁计算弯矩：M=0.1ql2=0.1x64.668x6.092=239.84kN·m;

（34）

负一层及负二层梁截面为400mmx700mm，混凝土实际强度按C20计算，钢筋为三级钢，底部配4Φ25。则A=M/bh02fc=239.84x106/400x6502x9.6=0.148; （35）

查表得ξ=0.16，

则AB=ξbh0f0fc/fy=0.16x400x650x9.6/300=1331.2mm2<1963.6mm2（实配4Φ25）

（36）

验算证明负一层梁在转换梁浇筑时可以承担上部荷载压力。按照施工进度要求，在施工转换层大梁时，负二层、负三层楼面的混凝土强度仅达到设计强度的70%、80%。为确保施工过程中结构安全，施工中在框架梁模架底部设置通长木脚手板（50mmx300mm×3000mm）扩散集中应力，负二层结构不拆除原模架，由已施工完毕的负二层结构将应力传递至负三层梁柱结构，在负三层相应梁下设置钢管回顶。

5结束语

本论述通过对800mmx2000mm的结构转换层框架梁模板支撑体系的验算和对其下部结构支撑的验算，给出了转换层框架梁安全经济的模架体系施工方案以及在施工进度要求情况下的下部结构模架支撑及回顶的安全经济的施工方案，保证了大截面混凝土框架梁施工过程的安全性和经济合理性。

参考文献：

[1]中同建筑科学院.建筑结构荷载规范：GB 50009-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]中国建筑科学研究院.混凝土结构设计规范：GB 50010-20IO[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]建筑施工模板安全技术规范：JGJ 162-2008[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[4]中国建筑科学研究院.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范：JGJ 130-2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[5]《建筑施工手册》（第五版）编委会.建筑施工手册[M].5版.北京：中国建筑工业出版社，2012.

[6]吴垚，肖备，蒋晓燕，等.施工现场设施安全设计计算手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2014.

收稿日期：2020-06-08

作者简介：包德军（1978-），男，汉族，甘肃永登人，大学本科，工程师，主要从事建筑工程施工管理工作。