高大空间模板体系设计与施工

谢 磊，刘晟源，王 鹏

（中航建设集团有限公司，北京 101407）

0 引言

随着科学技术发展以及对建筑功能需求的不断提升，给建筑施工技术带来新的研究课题。北京某小学新建工程有多个高大空间部位，存在多部位超跨超大超高现浇混凝土梁、板，这些超常规混凝土结构通常面积、高度及自重大，导致施工中作为模板支撑的脚手架搭设跨度大、高度高，而且上部混凝土结构施工时存在的各种荷载，为支撑架的设计和施工提出更高要求。

根据该新建工程存在多部位超跨、超大、超高的现浇混凝土梁、板结构，工程模架施工存在梁板超高、梁分布范围广、梁超重、梁截面尺寸规格多、框架梁与板立杆分布关系协调、模架体系拉接、底部顶板回顶及立体防护困难等一系列施工难题。如何优化连续高大模架的设计与施工，确保高大空间区域楼板、梁顺利进行混凝土浇筑，是亟须研究的课题。

1 工程概况及施工难点

1.1 工程概况

北京某小学新建工程设计有报告厅、体育馆、舞蹈教室等高大空间，存在多部位连续超大超高的现浇混凝土梁、板，最大高度达14.75m，框架梁最大截面达600mm×1 700mm；该工程采用弧线形造型，高大空间区域模架支撑体系设计需根据结构形式特点进行专门编制。

结合工程建筑布局、结构形式、工期情况，超限模板支撑架随主体结构施工同步搭设，主体结构施工至上述标高后，超限和超高模板区域开始施工模板、钢筋、混凝土。

1.2 施工难点

依据工程图纸与相关法律法规所定义高大空间施工范围，对本工程中所有超限梁、超跨度梁、超高板进行统计。

1.2.1 超限梁与超跨度梁

1）报告厅地下至2层顶梁7.350m标高处及梁底13.350m。

2）体育馆（篮球馆）4.100～16.200m标高处及梁底10.6m。

1.2.2 超高板

1）报告厅地下至2层顶梁7.350m标高处，层高14.750m，超高板板厚150mm。

2）体育馆（篮球馆）4.100～16.200m 标高处，层高11.97m，板厚130mm。

模架体系选用轮扣式满堂落地支架，架体受力为U形托+主龙骨轴心受力传力方式，高大空间支撑体系中必须确保施工过程严格按照预先审批并经专家论证通过的方案进行施工。

确保立杆间距和步距、自由端高度、横纵向剪刀撑的设置，并充分考虑高大空间支撑体系边缘的支撑牢固，利用已浇筑完毕的框架柱与之进行牢固连接，保证整体稳定性。

通过严格的验收和变形观测等安全保证措施，保证支架的使用功能得以实现，确保高大空间支撑体系区域的楼板、梁顺利进行混凝土浇筑。

2 模架支撑体系设计

2.1 整体模架设计思路

梁板模板均采用15mm厚木胶合板，梁下次龙骨沿梁长方向布置；主龙骨垂直梁方向布置；主龙骨下设U形托，梁下立杆横向以梁中对称布置。板下主龙骨沿横轴方向布置、次龙骨沿纵轴方向布置；主龙骨下设U形托撑。

模架下的支撑均位于结构底面，架体底部设置50mm×100mm的木方作为垫木，楼板模架垫木统一与主龙骨同向设置。

表1 报告厅高大框架梁模架体系

表2 报告厅高大框架梁模架体系

图1 报告厅模架支撑立杆布置平面

图2 报告厅模架支撑立杆布置剖面

图3 体育馆模架支撑立杆布置剖面

2.2 构造措施

模架设计计算是体系的理论保障，合理的构造措施是保证体系稳定的条件。加强构造措施如下。

1）基础坚实满足模架承载力需求 报告厅、体育馆、连廊、舞蹈教室的模架支撑体系要落在混凝土结构基础与结构顶板上，小于150mm时此处顶板模板支撑体系保留，且至少保留2层结构支撑架进行卸荷。

2）扫地杆 立杆下部200mm处设置纵横向水平杆。

3）立杆自由端 梁、板模架立杆自由端均控制在600mm以内，大于600mm的增加1道水平杆。

4）剪刀撑 架体采用钢管扣件剪刀撑，支撑脚手架设置竖向剪刀撑，剪刀撑与四周及每跨跨中设置，剪刀撑间距不大于6跨且不大于6m；支撑脚手架设置水平剪刀撑，与竖向剪刀撑由底至顶连续设置，剪刀撑斜杆与地面顶紧，剪刀撑设置于梁板操作面下部，剪刀撑竖向间距不大于6跨；每个剪刀撑的跨数最大为6跨且宽度最大为6m；剪刀撑应连续设置，并应布置均匀、对称。水平剪刀撑布置在竖向剪刀撑交叉的水平杆层。

5）与结构刚性拉结 为保证架体整体稳定性，外围架体在柱处沿柱高方向每隔2.4m设置1道拉结抱柱，并与四周墙体每2步进行回顶。

2.3 模板支撑架安全计算参数与计算结果

采用计算软件按最不利情况对梁模架体系各计算参数确认。经计算，模架初步设计所采用的参数可满足各构件各项力学指标要求，确定模架设计参数。

3 模架体系施工

3.1 模架搭设要求

模架搭设施工时要严格执行规范标准与论证方案，确保体系设计构想的具体展现，直接决定高大空间支撑体系安全稳定性。

1）支架基础楼板混凝土强度必须满足支模施工要求，按施工方案要求放线定位。搭设立杆前，要先根据支模平面图放出每根立杆位置，并确保放置垫板水平，保证立杆垂直。

2）按方案布置平面和构造要求搭设模板支撑架，支设工艺如下：垫木板→弹线、立杆定位→竖立杆→安装扫地杆→第1道水平剪刀撑→安装第1步横杆→安装第2步横杆→临时斜撑→安装第3步横杆→安装第4步横杆→安装竖向剪刀撑→安装第5步横杆→接立杆→安装封顶杆→加设竖向剪刀撑→第2道水平剪刀撑→铺设横纵肋→铺板底模→架体抱柱。

3）立杆间必须按步距满设双向水平杆，确保两方向具有足够的设计刚度。相邻立杆的接头位置应错开布置在不同步距内，立杆与横杆用扣件扣紧。立杆接长必须采用对接扣件连接。2根相邻立杆的接头不应设置在同步内，同步内隔1根立杆的2个相邻接头在高度方向的距离不宜小于500mm；各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3。

4）结构梁下模板支架的立杆纵距应沿梁轴线方向布置；立杆横距应以梁底中心线向两侧对称布置，而且最外侧立杆距梁侧边距离不得大于150mm。设在模板支架立杆顶部的可调U形托，U形托总长度500mm，其丝杆外径不得小于36mm，伸出长度不得超过200mm。

5）模架必须设置纵、横向扫地杆，纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距垫板不大于200mm处的立杆上，横向扫地杆应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。模板支架顶部支撑点与支架顶层横杆的距离不应大于500mm。横杆接长采用对接扣件连接，2根相邻横杆的接头不宜设置在同步或同跨内，不同步或不同跨2个相邻接头在水平方向错开的距离不宜小于500mm；各接头中心至最近主节点的距离不宜大于纵距的1/3。

6）架体竖向剪刀撑应由底至顶连续设置，剪刀撑水平夹角45°～60°。架体水平剪刀撑采用“十”字形。作为水平剪刀撑与结构的拉结点可直接与边梁抱拉。水平剪刀撑与框架柱采用抱柱的水平杆进行拉结。剪刀撑斜杆应用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立柱上，旋转扣件中心线距主接点的距离不应大于150mm。

7）架体搭设过程中应根据GB 51210—2016《建筑施工脚手架安全技术统一标准》的要求，进行过程中检查，包括：搭设场地完工后及脚手架搭设前；首层水平杆搭设安装后；每搭设一个楼层高度阶段使用前；脚手架每搭设2～4步或不大于6m的高度。

8）架子整体搭设完成后在梁底第1道水平杆位置设置1层大眼安全网+密目安全网，在架体中间同时设置1道大眼安全网，以防止人员跌落及杂物掉落时伤人。

3.2 混凝土浇筑

为避免模架体系受新浇筑混凝土作用发生质量事故，对混凝土浇筑方案进行规范化设计。

本工程超限模板施工区域位于报告厅、体育馆、地下连廊、舞蹈教室等处，结合工程建筑布局、结构形式、工期情况，超限模支撑架随主体结构施工同步搭设，主体结构施工至上述标高后，超限和超高模板区域开始施工模板、钢筋、混凝土（竖向构件和水平构件分开浇筑施工）墙柱模板拆除完后再进行梁板施工。

报告厅、体育馆、地下连廊、舞蹈教室等处顶板梁混凝土采用汽车泵浇筑，混凝土浇筑顺序从楼板中间向周边、从中间向两端进行浇筑，不得从一端向另一端进行。

为确保模板支架施工过程中均衡受荷，混凝土分层浇筑，避免集中卸料，严格控制混凝土的浇筑厚度及浇筑速度，梁分层浇筑厚度≤500mm，并匀速浇筑。框架梁浇筑时，由中间向两端浇筑，保持支撑受力均匀，浇筑方向如图4，5所示。

图4 报告厅顶板梁浇筑顺序

图5 体育馆顶板梁浇筑顺序

3.3 支撑架体沉降监测

施工过程中，规范化的监控监测是必要的，本项目采用轮扣式钢管支撑架作为支撑体系，在搭设支撑架、钢筋安装、混凝土浇捣前、施工过程中及混凝土初凝、终凝前，必须随时监测。

沉降观测采用水准仪，方法为“视准线法”，即测量读取视准线与后视基点的水平标高，定为初始值，以后每次测值（即视准线与后视基点的水平标高）与初始值的差值即为架体沉降量值。

高大空间支撑体系部位根据监测点位图纸进行监测点布置，并用红漆做好标识。水平方向在模板支撑架的角部及四边中部分别设置1个监测点；竖直方向在支撑架的顶层、底层及每5步设置1个监测点，并用红漆做好标识。

3.4 支撑架拆除

混凝土浇筑过程中，观测频率为1次/h，采用激光标线仪对支撑体系进行监测，主要监测体系的水平、垂直位置是否有偏移。观测点可采取在临边位置的柱和钢管架上涂红漆作为监测标记。

混凝土浇筑过程中，在混凝土浇筑前每天监测1次，在浇筑混凝土过程中应实时监测，监测频率不超过30min1次，在混凝土浇筑完毕后至混凝土终凝前，监测频率为每4h1次。依据架体的设计轴力确定监控值，当沉降不均匀或变化较大时，架体沉降值的预警值设为10mm，当架体沉降超过预警值后，停止浇筑，观察架体情况，当杆件间缝隙正常压缩、整体均匀情况继续施工；当局部突发性变形时，人员立即撤离。

监测结果报告必须包括监测项目及允许值、报警值、监测数据处理分析、监测结评述，所有记录必须形成书面材料。

4 实施效果

本模架体系属于超跨、超高、超重模板支撑体系，是危险性较大的分项工程。按要求编制安全专项方案并进行专家论证，方案顺利通过并得到专家好评。

根据施工方案由深化设计组进行模架BIM模型建模，验证方案合理性，模型效果如图6，7所示。

图6 报告厅模架BIM模型

图7 体育馆模架BIM模型

方案实施过程中，通过周密组织、精心施工、明确职责，职责落实到每个部门的每个岗位，施工全过程管理受控。混凝土构件拆模后无沉降变形，构件平整度、垂直度、截面尺寸偏差符合规范要求，混凝土观感良好。该部位混凝土观感已成为本工程的一大亮点，技术效益显著，社会效益良好。

5 结语

该模板支撑体系采用常规材料进行超限梁板模板支撑体系设计与施工，通过工程实践与应用，得出如下结论：经过严密设计及计算，建立完善的安全施工管理体系，采用该设计方案施工提高了施工速度和安全系数，大大降低工程成本。

工程应用实践证明，该技术所形成的工法科学合理，指导性、可操作性强，具有良好的技术经济效益和社会效益，可为今后超限梁板模板施工提供参考。