组合式钢立柱独立支撑体系在地下室后浇带中的应用

蒋忠平

（中铁建设集团中南建设有限公司，湖北 武汉 430080）

1 工程概况

长沙·合能枫丹星悦工程位于长沙市长沙县东九路以东，凉塘路以西，本工程含10 栋高层住宅，地下1 层，地上11 层，总建筑面积为88 775 m2，地上面积为71 446 m2，地下面积为17 299 m2，建筑高度为35.65 m。因地下室面积较大，且后浇带总长度较长，在项目策划阶段，项目团队综合考虑，向建设单位提出后浇带采用组合式钢立柱独立支撑体系。

2 准备工作

2.1 组合式钢立柱独立支撑体系荷载计算

为保证组合式钢立柱独立支撑体系的受力满足地下室顶板后浇带受力要求，在施工前期，根据项目地下室顶板的参数，对钢制体系进行验算，验算如下：

2.1.1 工程参数

images/BZ_105_201_2443_1193_2485.png结构重要性系数 1 支撑架高度 3.7m后浇带楼板厚度 0.18m 后浇带梁截面 0.4×0.9m跨度 8m 后浇带宽度 0.8m支撑架横距 1.4m 支撑架纵距 4m钢管类型 插管：φ48×3.0mm，套管：φ60×3.0mm荷载参数永久荷载 新浇钢筋砼自重 25.1kN/m3 支架自重 0.17kN模板楞梁自重 0.3kN/m2可变荷载 施工人员及设备荷载 3kN/m2风荷载 湖南长沙市，基本风压：0.25kN/m2kN/m2

2.1.2 风荷载计算

（1）风荷载标准值。

风荷载标准值应按下式计算：ωk=μsμzω0。ω0——基本风压，按湖南长沙市10 年一遇风压值采用，ω0=0.25 kN/m2。μs——独立钢支柱风荷载体形系数，μs取0.12。

独立钢支柱顶距地面计算高度H=3.7 m，按地面粗糙度C 类有密集建筑群的城市市区。风压高度变化系数μz=0.65。 风荷载标准值ωk=μzμsω0=0.65×0.12×0.25=0.020 kN/m2

（2）风荷载引起的独立钢支柱弯矩设计值。

风荷载的线荷载标准值

PWK=ωkD=0.020×0.06=0.0012 kN/m

D——套管直径。计算风荷载引起的独立钢支柱弯矩标准值MWK

风荷载引起的独立钢支柱弯矩设计值MW=γQMWK=1.5×0.0021=0.0032 kN·m

2.1.3 后浇带支柱稳定性计算

（1）轴心压力设计值N。

板底支撑架N=1.3×（25.10×0.18×4×0.8+0.3×4×0.8+0.17）+1.5×3×4×0.8=34.66 kN。

梁底支撑架 N=1.3×（25.10×0.4×0.9×0.8+25.10×0.18×3.6×0.8+0.3×5.44×0.8+0.17）+1.5×3×4×0.8=42.63 kN

取 较 大 值 42.63 kN，6 根 立 杆， 每 根 立 杆N=42.63/6=7.11 kN。

（2）独立钢支柱的强度计算。

①管强度计算σ1。σ1=7110/（424-2×16×3）=22N/mm2＜f=205N/mm2，插管强度满足要求!

②套管强度计算σ2。σ2=7110/537=13N/mm2＜f=205N/mm2，套管强度满足要求!

N—独立钢支柱轴心压力设计值，取7110N；

A—独立钢支柱的净截面面积（mm2）

f—钢材的抗压强度设计值，取205 N/mm2；

①计算长细比

②后浇带支柱的稳定性系数φ。根据长细比，经查询φ =0.144

③风荷载引起的后浇带支柱弯矩设计值M=3200N·mm

④立杆的欧拉临界力NEX

独立支柱稳定性满足要求!

（4）插销的剪切承载力计算。

①插销的净截面面积

②插销的剪切承载力

剪切承载力满足要求!

（5）销孔处的钢管壁端承压强度承载力计算。

①插销的净截面面积

承压强度承载力满足要求!

2.2 地下室顶板后浇带组合式钢立柱独立支撑体系布置

根据项目的地下室顶板结构后浇带布置组合式钢立柱独立支撑体系，地下室顶板水平后浇带总长为100 m，地下室顶板的跨距为8 m。根据验算，组合式钢立柱独立支撑体系间距为1/2 跨，即在后浇带两侧的悬臂梁底及顶板跨中各设置一套，体系至后浇带边缘为450 mm，项目总共布置628 套支撑体系，布置示意图如下：

图1 组合式钢立柱独立支撑体系布置示意

图2 组合式钢立柱独立支撑体系布置示意

图 3 剖面图

3 地下室顶板后浇地组合式钢立柱独立支撑体系施工

组合式钢立柱独立支撑体系施工工艺流程为：测量放线→组装支撑体系→安装支撑体系→调直纠偏→模板支撑架体及钢筋验收→浇筑混凝土→拆除常规模板支撑架体、保留组合式钢立柱支撑体系

（1）安装支撑体系。梁钢筋绑扎完成后在梁底安装组合式钢立柱支撑体系，根据地室的高度，调节钢支撑体系的高度，使支撑体系在梁底下与梁底模板紧密贴合，若有缝隙可采用木模板填充，使支撑系统对梁底形成可靠的支撑，安装时应该保持垂直，支撑体系切面与梁底模板应为水平贴合。并将钢立柱支撑体系用油漆做好标记，以防止在拆模过程中被随意转动，拆除。

（2）支撑体系调直纠偏做法。根据地下室的200 控制线来调整组合式钢立柱独立支撑体系的位置及垂直度，组合式钢立柱由三根拉杆将3 根体系连接成整体，为防止钢立柱的整体偏位，在每套钢立柱支撑体系上下设2 道钢管，并与钢立柱独立支撑体系四周的钢管支模架相连，以保证混凝土浇筑时，支撑体系不发生偏移。

图4 组合式钢立柱加固示意

（3）混凝土浇筑。整个墙柱顶板梁验收通过滞后，可浇筑混凝土，浇筑的过程当中应安排专人观察支撑体系的承压情况，防止因浇筑混凝土的过程当中因振动或承压不均匀导致支撑体系倾斜。浇筑混凝土因连续分层浇筑，放料时混凝土斜向流动层层推移，上层混凝土应在下层混凝土初凝前浇筑完成，浇筑完成后需对混凝土及时进行洒水养护，养护频次满足规范要求。

（4）拆除常规模板支撑体系。混凝土的强度满足规范要求后，可拆除常规的模板支撑体系，拆除的顺序应遵循规范要求，且在拆除模板的过程中，应防止组合式钢立柱独立支撑体系被常规支模体系碰撞，导致损坏或偏位。后浇带两侧组合式钢立柱独立支撑系统未拆除之前，后浇带所在的跨上顶板禁止放置任何材料机械，避免因增加荷载导致楼板开裂等质量问题。

（5）拆除组合式钢立柱独立支撑体系。在后浇带浇筑完成，顶板后浇带混凝土土同条件试件试验报告满足设计要求后，可对后浇带两侧的组合式钢立柱独立支撑进行拆除，由人工进行拆除，先由人工调松支撑体系，随后再拆除被支撑体系支撑的模板，最后再解体支撑体系，二次周转或存放仓库。

4 组合式钢立柱独立支撑体系的安全保证措施

（1）为保证后浇带两侧梁板结构安全，减少钢柱支撑体系承受的荷载，后浇带所在跨的顶板上禁止存在材料、设置材料加工场所。

（2）后浇带所在跨上顶板严禁设置车辆通道。

（3）若必要时，设置小车，斗车通道，应设置专门的通道通行，且对通道部位顶板进行二次回顶。

（4）进行高空施工作业时，必须遵守国家现行标准《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80-2011的规定。

5 组合式钢立柱独立支撑体系的质量保证措施

（1）顶板组合式钢立柱支撑体系搭设时不得将支撑柱与后浇带两侧顶板分离。

（2）钢立柱支撑体系钢立柱高度要确保顶板模板平齐，钢柱垂直度偏差≤5mm。

（3）地下室顶板模板支撑时应按施工方案整体搭设。

（4）后浇带两侧钢柱在浇筑顶板混凝土时应清理干净柱头的残渣、垃圾等。

（5）浇筑顶板梁混凝土时，应按照方案对钢立柱支撑体系进行加固，防止偏位。

（6）地下室后浇带两侧混凝土在达到拆除条件时将后浇带内模板支撑拆除，在模板支撑拆除时不得碰组合式钢立柱支撑体系。

（7）混凝土浇筑完成后应按设计要求进行养护。

（8）支撑体系需待后浇带砼达到设计要求后再拆除，严禁工人在此之前拆除或回顶。

6 效益分析

组合式钢立柱支撑体系施工操作简单、便捷，与传统的轮扣脚手架相比较，过程控制简单，节省了轮扣、钢木龙骨、木胶合板等周转材料的租赁和损耗费用。本工程后浇带长度（只计算水平部分）共计2 508 m，层高为3.35 m，按照排距1.2 m、步距1.2 m、跨距1.2 m，扫地杆离地20 cm，最上面一排设置水平横杆的加固方案进行计算。

（1）轮扣脚手架支撑体系的费用：轮扣长度=2090*2+2090*3*1.2+2508*5=26752 m、钢木龙骨长度=2508*1.2/0.2=15 048 m

木胶合板面积=2508*1.2=3009.6 m2、周转材料滞留时间为6 个月、租赁费用=26752*0.026*180+15048*0.0252*180+3009.6*33=292 773.8 元。

（2）组合式钢立柱支撑体系：组合式钢立柱支撑体系需用628 套，每吨5100 元，一吨16 套（包括出厂及运输）。

一次投入成本=628/16*5100=195 937.5 元，组合式钢立柱支撑体系与传统后浇带支撑做法可节省成本：292 773.8-195 937.5=968 36.3 元。

7 结语

地下室后浇带支撑体系传统的做法为采用钢管、轮口、扣件、钢木龙骨、模板等组成支撑体系进行支撑，需占用大量的周转材料，成本较高，且现场的文明施工程度较差。且在实际施工过程中，传统的支撑体系不便于后期后浇带施工缝处理，顶板后浇带部位的防渗漏质量难以保证，且经常出现后浇带支撑体系或支撑杆被拆除的现象，导致顶板开裂，严重影响结构安全。本工程采用组合式钢立柱支撑体系，利用其原理，钢立柱支撑随整体地下室模板支撑体系搭设时一同搭设，在常规的钢管模板支撑体系拆除时，保留下来，取代钢管模板对后浇带进行支撑。解决了采用传统做法存在的质量问题；且组合式钢立柱支撑体系间的空间较大，满足地室的施工通道需求，便于地下室施工部署；不占用周转材料，可提高周转材料的周转率，且体系可进行二次周转，节约成本；组合字钢立柱支撑体系施工操作简单，施工安全，适合对地下室后浇带两端的模板进行支撑、可在大面积地下室结构中推广使用。