高梁方案.docx
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高梁方案
超高超重梁模板支撑专项施工方案一
1.引言
对于工程施工中出现的“水平混凝土构件模板支撑系统高度超过8m，或跨度超过18m，或施工总荷载大于10kN/m2，或集中线荷载大于15kN/m的模板支撑系统”，建设部建质[2004]213号文件作出了“应当在施工前单独编制安全专项施工方案并应当组织专家组进行论证审查”的规定。
本工程主体结构梁设计截面尺寸诸多，荷载不等，相对梁模板支撑架的设计与施工提出了不同层次的要求。
在本项目部编制的《xxxxxxxxxxxxx混凝土模板支架专项施工方案》中，专门对于由该方案划分的第一、二类梁即较普通梁施工支撑架体系作出了设计验算，而第三类梁体即超高超重梁归为本专项方案论证设计范畴，单独计算，并待专家审查通过后方可实施。
本工程楼层标高为+14.00m转换层楼面处，梁体截面均相对较大，部分混凝土梁体计算集中线荷载大于15kN/m，施工总荷载大于10kN/m2，属于超高超重梁，其模板支撑系统应作有效的设计与计算校核，有关结构梁体简况如表1-1
转换层超高超重梁汇总表表1-1
梁编号
轴线范围
截面尺寸
4KZLD1
（1）
～
×
～
轴
800mmX2000mm
4KZLD2
（1）
～
×
～
轴
800mmX2000mm
4KZLC1
（1）
～
×
～
轴
1000mmX2100mm
～
×
～
轴
4KZLC2（4）
+1.2m～
×
～
轴
1000mmX2100mm
局部1100mmX2100mm
+4.8m～
×
～
轴
4KZL20（3）
轴×
～
轴
900mmX2000mm
4KZL22
（2）
轴×
～
轴
800mmX2000mm
4KZL23（3）
轴×
～
轴
800mmX2000mm
4KZL24（3）
轴×
～
轴
900mmX2000mm
跨度
最大轴线跨度为8.40m
板厚
200mm
层高
5.05m
本方案将以上述梁体作研究分析对象。
2.方案设计
本专题方案编制执行方远建设集团股份有限公司企业标准FY－QB02－2005《超高超重梁模板支撑施工工法》，依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130－2001），参考《建筑施工手册》第四版、《施工技术》2003年2期刊登的北京中建建筑科学技术研究院杜荣军编写的《扣件式钢管脚手架的设计安全度和施工安全管理》及《施工技术》2002年3期刊登的《扣件式钢管模板高支撑架的设计和使用安全》。
设计总体思路是以工字钢支承梁底横向木龙骨，工字钢底面直接搁置在扣件式钢管架立杆顶端的特制可调支托上，使扣件式钢管脚手架支撑立杆处于轴心受压状态。
根据荷载情况，计算立杆的强度和稳定性，得到扣件式钢管支撑架的纵、横间距和步距。
在此基础上采用必要的构造措施，可解决在超高超限梁模板支撑系统中采用型钢组和扣件式钢管支撑架的安全问题。
避免了因“采用钢柱、钢托架或钢管门型架支撑体系”增大投资效应，也解决了作业层因不熟悉新支撑体系而易产生不安全因素的弊端。
具体设计结果参数如下：
混凝土梁底、侧面板采用15mm厚度模板，模板下为直接支承模板的小龙骨即小楞，材质：
油松，其宽×高=60mm×80mm，间距统一为@250mm，平行于梁截面搁置；小楞下部为10号工字钢即大楞垂直梁截面设置，其下为下口植入Ф48×3.5mm钢管立杆的可调顶托。
平行于梁截面方向钢管立杆立杆数量间距依梁截面而定（统一计算公式为间距a=
，其中b为梁截面宽度），当梁截面宽度为800mm，则立杆间距为375mm，当梁截面宽度为900mm，则立杆间距为425mm，当梁截面宽度为1000mm，则立杆间距为475mm，当梁截面宽度为1100mm，则立杆间距为525mm。
相应其上主龙骨根数为3根，其间距与立杆平行于梁截面间距一致。
垂直于梁截面方向立杆间距为@750mm。
梁下立杆数量统一为3根，详见图1“梁模板支撑示意图”及图2“梁模板支撑1-1剖面图”。
3.方案验算
选取截面最大的4KZLC2（4）1100mmX2100mm梁体作为最不利验算对象，具体计算如下；
3.1主要材料的力学性能：
3.1.1.混凝土模板用胶合板的整张板的长向为强方向，短向为弱方向。
15mm厚胶合板的主要
力学性能为：
静曲强度[f]：
强方向－24N/㎜2；弱方向－20N/㎜2；
弹性模量E：
强方向－5000N/㎜2；弱方向－4000N/㎜2；
3.1.2.直接支承模板的木龙骨（宽×高=60mm×80mm，材质：
油松）主要力学性能为：
抗弯fm=13N/㎜2；弹性模量：
10000N/㎜2；
截面面积A=48㎝2；回转半径：
i=2.31㎝；
截面惯性矩I=256㎝4；截面抵抗矩W=64㎝3；
3.1.3.支承木龙骨的工字钢主要力学性能为：
普通工字钢规格表1-2
型
号
尺寸（mm）
截面面积（cm2）
重量（kg/m）
X－X
h
b
d
t
Ix（cm4）
Wx（cm3）
ix（cm）
Ix：
Sx
10
100
68
4.5
7.6
14.3
11.2
245
49.0
4.14
8.59
注：
Ix－惯性矩；Wx－抵抗矩；ix－回转半径；Sx－半截面的面积矩。
弹性模量：
2.06×105N/㎜2；
3.1.4.支撑用φ48×3.5钢管的主要力学性能为：
抗拉、抗压、抗弯强度设计值f=205N/㎜2；
弹性模量：
2.06×105N/㎜2；直角/旋转扣件抗滑RC=8KN；
截面面积A=4.89㎝2；回转半径：
i=1.58㎝；
截面惯性矩I=12.19㎝4；截面抵抗矩W=5.08㎝3；
3.2荷载取值：
3.2.1说明：
本方案荷载计算中的荷载取值均为折减后的设计值，即：
对资料中提供的荷载标准值分别乘以荷载分项系数后，再乘以0.9系数予以折减（按《建筑施工手册》第四版第2册148～151页）；模板采用15㎜厚木胶合板；混凝土采用商品混凝土，混凝土输送泵布料；未考虑墙、柱、高度较大梁类构件垂直面模板的水平荷载。
3.2.2现浇梁板模板自重设计值：
0.5×1.2×0.9=0.54KN/㎡（a）
3.2.3新浇钢筋混凝土梁自重设计值：
（24＋1.5）×1.2×0.9=27.54KN/m3（b）
3.2.4施工人员及设备自重设计值：
①计算模板及直接支承模板的小楞时，均布荷载为2.5×1.4×0.9=3.15KN/㎡，另应以集中荷载2.5×1.4×0.9=3.15KN再行验算，比较两者的弯矩值，按其中较大者采用。
（c）
②计算直接支承小楞的梁底主龙骨工字钢时，均布荷载为
1.5×1.4×0.9=1.89KN/㎡（d）
③计算扣件式钢管支撑架的立杆时，均布荷载为
1.0×1.4×0.9=1.26KN/㎡。
（e）
3.2.5振捣混凝土时产生的荷载设计值：
2.0×1.4×0.9=2.52KN/㎡。
（f）
3.3荷载组合：
3.3.1计算宽×高=b×h=1.1m×2.1m的现浇梁底面模板：
q11=[（a）＋（b）×h＋（c）＋（f）]×b
=[0.54+27.54×2.1＋3.15＋2.52]×1.1
=72.45KN/m。
另以集中荷载3.15KN再行验算，比较两者的弯矩值，按其中较大者采用，其荷载组合为：
q12=[（a）＋（b）h＋（f）]×b+[受力简图中另设集中荷载3.15KN，单独荷载产生最大弯矩值时集中荷载位置为三跨连续两侧跨
跨度处]
=[0.54+27.54×2.1＋2.52]×1.1+[受力图中面板作用集中荷载以求弯矩]
=66.98KN/m+[受力图中面板作用集中荷载以求弯矩]。
3.3.2计算现浇梁底面模板下小楞:
注：
本步计算是根据3.4.1条确定了小楞间距a后进行的。
为保持计算条目的的整体性而将
该步列入3.2条目内的。
q21=
＋[（c）＋（f）]×a
=
＋（3.15＋2.52）×0.25
=16.477KN/m。
[其中
表示扣除板厚后的梁截面高度，即梁侧模分布高度
=2.1-0.2=1.9m]
另以集中荷载3.15KN再行验算，比较两者的弯矩值，按其中较大者采用，其荷载组合为：
q22=
＋（f）×a+[受力简图中另设集中荷载3.15KN，单独荷载产生最大弯矩值时集中荷载位置为两跨连续梁任一跨跨中部位]
=
+2.52×0.25+[受力图中木楞作用集中荷载求弯矩]=15.690+[受力图中木楞作用集中荷载求弯矩]
3.3.3计算宽×高=b×h=1.1m×2.1m的现浇梁底面下支承梁底木龙骨的工字钢，根据木楞的支座反力来确定其荷载。
由3.3.2条木楞的计算过程可知其荷载组合是考虑施工人员及设备自重设计值为2.5×1.4×0.9=3.15KN/㎡，现以1.5×1.4×0.9=1.89KN/㎡对该取值进行置换，得到新的q21值（由第3.4.2条知q21值最大，故不考虑集中力的组合）：
q21’=
＋[（d）＋（f）]×a
=
＋（1.89＋2.52）×0.25
=16.162KN/m
q
则根据图4受力简图，
图4木楞受力简图
查‘荷载与结构静力计算表”（《建筑施工手册》第四版缩印本51页）得最大剪力系数KVB=±0.625、较小剪力系数KVA=KVC=0.375。
∴FB=RB=2KVBq21’l=2×0.625×16.162×0.525=10.606KN
FA=FC=RB=RC=KVBq21’l=0.375×16.162×0.525=3.182KN
取大值FB作为工字钢大楞受力简图中的作用荷载F，即取B支座工字钢作为计算对象。
3.3.4计算宽×高=b×h=1.1m×2.1m的现浇梁底面支承型钢的支撑架立杆时，根据工字钢主楞的支座反力来确定其荷载。
由3.3.2条木楞的计算过程可知其荷载组合是考虑施工人员及设备自重设计值为2.5×1.4×0.9=3.15KN/㎡，现以1.0×1.4×0.9=1.26KN/㎡对该取值进行置换，得当新的q21值（由第3.4.2条知q21值最大，故不考虑集中力的组合）：
q21’’=
＋[（e）＋（f）]×a
=
＋（1.26＋2.52）×0.25
=16.004KN/m
则根据图4受力简图，查‘荷载与结构静力计算表”（《建筑施工手册》第四版缩印本51页）得最大剪力系数KVB=±0.625、较小剪力系数KVA=KVC=0.375。
∴FB=RB=2KVBq21’’l=2×0.625×16.004×0.525=10.503KN
FA=FC=RB=RC=KVBq21’l=0.375×16.004×0.525=3.151KN
取较大值FB作为工字钢大楞受力简图中的作用荷载F，即取B支座工字钢作为计算对象，同时应叠加上工字钢自重设计值11.2×10-3×9.8×1.4×0.9=0.119KN/m。
根据图6受力简图，因该受力荷载图不规则，拟采用SMSolver1.5结构力学求解器进行软件计算：
计算跨度为l=0.75m：
图6工字钢受力简图（单位KN、KN/m）
剪力图（单位KN）
根据上图可知支座反力分别为：
RA=7.74KN；RB=23.91KN；RC=23.91KN；RD=7.74KN。
并且根据
3.4.3条在本受力工况下（集中力按10.606KN，大于本步骤的取值10.503KN）工字钢验算能完全满足要求，故验算立杆支座力N=Rmax=23.91KN。
3.4计算步骤：
荷载计算后，分别对模板、小楞（木龙骨。
木枋）进行内力验算，其顺序如下：
梁底模板的抗弯强度、挠度验算→小楞的抗弯强度、挠度验算→工字钢主龙骨的抗弯强度、挠度验算→扣件式钢管脚手架支撑立杆的强度、稳定性验算。
3.4.1底模面板计算：
梁底模支承在方木小楞上，先假定小楞间距为a，计算三等跨连续梁情况下面板及小楞的强度和刚度，若不满足要求，则重新调整a值，直到面板及小楞均满足强度和刚度要求后，就确定了a值。
因确定a值以前为试算过程，所以，仅将确定后的a值相对应的强度和刚度验算内容写入计算书。
验算内容如下：
底模的宽度取与梁宽相等，沿梁长度方向的均布荷载为q1。
底模面板的受力简图见图3。
q
图3梁底模板受力简图
（1）强度验算：
跨度（250mm）/板厚（15㎜）=16.67＜100，按小挠度三跨连续板，查“荷载与结构静力计算表”（《建筑施工手册》第四版第一册128页），得弯矩系数KM=-0.100。
∴M=KMql2=0.1×q11×a2=0.1×72.45×2502=4.528×105（N·㎜）
另以集中荷载3.15KN再行验算，其受力简图见图3-1，
F=3.15KN
图3-1面板受集中力作用简图
其中集中荷载产生的最大弯矩系数查“荷载与结构静力计算表”（《建筑施工手册》第四版缩印本52页）得弯矩系数KMF=0.200：
并且最大弯矩位置与三跨连续梁最大大弯矩位置相同即支座B或C，因此数值可叠加：
∴M=KMql2+KMFFl=0.1×q12×a2+0.2×Fl=0.1×66.98×2502+0.2×3.15×250=4.188×105（N·㎜）
比较两者的弯矩值max
=4.528×105（N·㎜）
面板的截面抵抗矩：
W=bh2/6=1100×152/6=4.125×104㎜3
面板的最大内力为：
σ=
=
=10.977（N/㎜2）
σ<面板静曲强度设计值[
]=24N/㎜2
∴面板强度满足要求！
（2）挠度验算：
查“荷载与结构静力计算表”得Kf=0.677。
惯性矩I=
=
=309375（㎜4）
∴f=Kf·
=0.677×
=1.239（㎜）
挠度值f<[f]=1.5㎜，满足要求。
3.4.2小楞计算：
长度为250的面板对小楞沿梁宽方向的均布荷载为q2，横向间距为@525mm的工字钢是小楞的支承，小楞在两端挑出很少，可以按两跨连续梁计算。
小楞的受力简图见图4。
（1）强度验算：
小楞所受的荷载为q2。
按小挠度二跨连续板，查“荷载与结构静力计算表”（《建筑施工手册》第四版缩印本51页），得支座B弯矩系数KM=-0.125为最大值，跨中M1、M2弯矩系数K=0.070，所以最大弯矩为：
M=KMq21l2=0.125×q2×l2=0.125×16.477×5252=5.677×105（N·㎜）
[其中小楞计算跨长l=525mm]
另以集中荷载3.15KN再行验算，其受力简图见图4-1
F=3.15KN
图4-1小楞受集中力作用简图
其中集中荷载产生的最大弯矩系数查“荷载与结构静力计算表”（《建筑施工手册》第四版缩印本51页）得跨中M1或M2弯矩系数KMF=0.203为最大值，支座B弯矩系数K=-0.094：
∴计算任一跨中M1或M2弯矩值：
M=KMql2+KMFFl=0.070×q22×l2+0.203×Fl=0.070×15.690×5252+0.203×3.15×525=3.031×105（N·㎜）
计算支座B弯矩值：
M=KMql2+KMFFl=0.125×q22×l2+0.094×Fl=0.125×15.690×5252+0.094×3.15×525=5.407×105（N·㎜）
比较三者的弯矩值max
=5.677×105（N·㎜）
60×80小楞的截面抵抗矩：
W=bh2/6=60×802/6=64000㎜3
小楞的最大内力为：
σ=
=
=8.87（N/㎜2）
因为σ<小楞抗弯强度设计值[
]=13（N/㎜2）
∴小楞强度满足要求！
（2）挠度验算：
查“荷载与结构静力计算表”得Kf=0.521。
惯性矩I=bh3/12=60×803/12=2560000（㎜4）
f=Kf·
=0.521×
=0.255（㎜）
挠度值f<[f]=1㎜
∴小楞挠度满足要求！
3.4.3工字钢主龙骨验算：
间距为250mm的小楞，对工字钢主龙骨的作用为集中荷载P，支承工字钢主龙骨的扣件式钢管脚手架立杆，横向三根，纵向间距为800mm。
按三跨连续梁计算。
工字钢主龙骨的受力简图见图5。
（1）强度验算：
荷载组合按3.3.3条取值即F=10.606KN间距为@250mm，工字钢自重按0.119KN/m，因该受力荷载图不规则，拟采用SMSolver1.5结构力学求解器计算：
受力简图（单位KN、KN/m）
弯矩图（单位KN.m）
∴根据上图得：
Mmax=2.13×106（N·㎜）
10号工字钢其截面抵抗矩：
W=49.0cm3=4.90×104（㎜3）
工字钢的最大内力为：
σ=
=
=41.40（N/㎜2）
因σ=41.40N/㎜2<强度容许值[
]=215N/㎜2
∴工字钢的强度满足要求！
（2）挠度验算：
位移图（单位mm）
∴根据上图得：
fmax=0.65mm
挠度f值∴工字钢的挠度满足要求！
。
3.4.3钢管架立杆验算：
工字钢通过可调顶托将荷载直接传递给钢管架立杆，立杆在梁下横向三根，横向间距与工字钢同为@525mm；纵向间距为750mm。
梁下钢管架支撑立杆的搭设除必须满足《规范》的构造要求外，还应满足：
①梁下支撑立杆必须与梁两边板下满堂支撑立杆每步都有横向水平杆连接，且必须设置纵、横向扫地杆；若梁边无板，梁下支撑立杆的排数应≥6排（其中仅中间2排立杆为承重支撑并参与计算）其作用相当于“连墙件”，这是按“二步三跨”计算的前提；
②为保证梁/板下支撑立杆的均衡、协调受力，板下满堂支撑立杆沿梁的纵向间距应为e的整数倍；
③当支撑高度≥4.0m时，应引入高度调降系数KH。
此条要求来源于《施工技术》2003年2期刊登的北京中建建筑科学技术研究院杜荣军编写的《扣件式钢管脚手架的设计安全度和施工安全管理》及《施工技术》2002年3期刊登的《扣件式钢管模板高支撑架的设计和使用安全》。
以下简称《杜文》）。
（1）立杆计算长度的确定：
为符合立杆稳定承载力安全系数K=2的要求，依据《杜文》，将超高超限支撑架立杆计算长度L0按下式计算：
L0=K1·KH·（h＋2a）
式中：
K1－按支架立杆步距确定的附加系数,本工程步距h=1.5m，K1=1.167。
KH－高度调降系数=1/［1＋0.005（H-4）］（H为计算搭设高度、以m计，但无量纲）。
当H≤4m时，KH=1.0,[注：
本梁体H=层高－（梁高＋模板厚度+木楞高度+工字钢高度＋可调顶托高度）－扫地杆离地高度，远小于4m]
h－支撑架立杆步距（m）。
a－立杆顶层水平横杆中心线至工字钢底面的长度。
且a≤0.4m。
L0=K1·KH·（h＋2a）=1.167×1.0×（1.5+2×0.15）=2.101m
（2）计算立杆段的轴向力设计值N：
因为支撑体系为敞开式，可以不考虑风荷载组合。
由前文3.3.4条可知；N=Rmax=23.91KN
（3）立杆的稳定性验算：
《规范》给出不组合风荷载时的计算公式为：
=
≤[
]=205N/㎜2
式中：
N－计算立杆段的轴向力设计值（KN）；
－轴心受压构件的稳定系数。
值与长细比λ有关，λ=
=
132.9
根据λ值在《规范》附录C表C选取
值，
=0.381。
=
=
=128.335N/mm2<[
]=205N/㎜2
∴钢管立杆的稳定性满足要求！
。
4.施工工艺流程及操作要点
4.1施工工艺流程：
测量放线→搭设支撑钢管架→梁下安设顶托及工字钢→安装梁/板模板
4.2操作要点：
⑴测量放线：
根据施工图尺寸在平面上弹出轴线、超高超限大梁和主梁的位置线。
并在而后搭设的钢管架支撑立杆上，用水准仪投设标高红三角标志，标志间距以3～5m为宜，为梁/板模板的安装创造条件。
⑵搭设支撑钢管架：
①为保证支撑立杆均衡受力，凡超高超限大梁的投影面上应预先用1：
3水泥砂浆找平，然后在找平面上平行于梁轴线铺设二道50㎜厚木脚手板或凹面向上的10#～14#槽钢做立杆下的垫板。
②按计算确定的纵横间距设置立杆→在立杆下段150～200㎜处搭设纵横向扫地杆→按计算确定的步距搭设纵横向水平杆。
③立杆接长必须采用对接扣件。
为确保梁/板模板标高，立杆最上一段钢管应按计算长度预先下好料（在本工法中立杆顶端标高应较梁底标高低300～450㎜）。
并注意保证符合“立杆上的对接扣件应交错布置：
两根相临立杆的接头不应设置在同步内，同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不宜小于500㎜；各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3；”这一《规范》中强制条文的要求。
④设置剪刀撑或斜撑：
在安设顶托之前进行。
应在梁下三道支撑立杆外侧由底至顶连续设置剪刀撑；对于板下支撑立杆，沿满堂架四周外立面应满设剪刀撑，中部可视需要每隔10～15m设一道竖向剪刀撑；并在高支撑架的顶层和扫地杆层设置整体性水平加强层（水平剪刀撑或斜撑）。
剪刀撑的或斜撑构造应符合《规范》要求。
⑶梁下安设顶托及工字钢：
在以上各条经检查符合要求后进行。
①支撑可调顶托制作图见图7，它可以使梁下支撑立杆处于轴心受压状态。
使用时，将螺杆部分直接插入支撑立杆顶端，旋转螺母可调节槽钢顶托高度，使之达到要求标高。
对于要求起拱的梁，可实现折线形起拱。
②安设工字钢：
工字钢主龙骨是支撑方木小楞的承力件，安装时要注意搁置在槽钢顶托的中心线上。
可采用在工字钢两侧打入木楔挤紧的办法来保证位置。
⑷板下支撑设置：
板下支撑采用常规满堂架，搭设要求同前。
板底模板搁置在60×80的方木小楞上，小楞搁置在支撑架顶层的水平杆上。
小楞间距及支撑立杆的间距应由计算确定。
⑸安装梁/板模板：
梁/板模板安装形式见图1，本楼层全部楼板下模板支撑架立杆步距应顺应梁下模板支撑架的立杆步距！
并执行本公司《竹、木散装模板施工工艺标准》的规定。
其中，梁侧立面模板加固用的对拉螺栓双向间距应由计算确定。
对拉螺栓的规格和性能如下：
螺栓直径（㎜）
计算面积（㎜2）
容许拉力（KN）
10
58
7.83
12
84
11.34
14
115
15.53
5.材料与设备
5.1材料主要包括钢管、扣件、木脚手板或槽钢、支撑可调顶托及工字钢。
①采用φ48×3.5钢管，钢管、扣件、木脚手板的要求详见《规范》第3.1～3.3条。
使用前，必须对钢管进行随机抽样检测，以重新确定钢管的壁厚，
[因A和i都与钢管的壁厚相关，据有关资料介绍：
在相同条件下，采用壁厚3.0的钢管较壁厚3.5的钢管，其承载力将降低12%左右。
所以，施工现场的钢管在使用前，必须进行随机抽样检测。
并根据检测结果（外径d外，内径d内），按下式计算A和i：
A=π（d2外－d2内）/4；i=π（d4外－d4内）/64
《现场钢管抽样检测及截面特性计算》详见方远建设集团有限公司企业标准FY－QB0
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