高层建筑框支梁施工技术方案探讨
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【摘要】 以府河路苑1号楼为实例，具体介绍了高层建筑结构框支梁结构的施工方案，钢管排架布置和施工要点。
【关键词】 府河路苑；框支层；框支梁；排架布置；施工要点
Abstract: This paper takes the House River Road Court, Building 1 for example, introduced the high-rise building structure box beam structure construction program, the steel pipe bent layout and construction points.Key words: House River Road Court; box support layer; box beam; bent arrangement; construction points
中图分类号：TU208.3文献标识码： A 文章编号：
一、引言及工程概况
在高层建筑当中，为满足上下楼层不同建筑功能的要求，需在结构布置差异较大的楼层中间设置转换层。转换层的设置起到传承上部结构荷载，保持结构稳定的作用，是建筑结构中的重要部位，也是建筑施工中的重点和难点。其施工技术牵涉到力学、材料学、结构设计及工程管理学等多项学科，是一项极其复杂的系统工程。与此同时，高层建筑转换层的施工技术已越来越成为工程界关注的课题。
“府河・路苑”工程聚住宅、商业用房、幼儿园于一体，其中1号楼为框支-剪力墙结构地上共20层，建筑面积：14938.85，其中商业面积1910.15, 建筑高度62.65m。一、二层为商业用房，三层以上为住宅用房。主楼部分地下室层高为5m，一层为4.50m，二层位5.80m，三层以上层高均为2.90m. 本工程±0.000标高为507.330m。
由于1号楼建筑使用功能的不同，1、2层作为商业用房，则需要大空间的轴网布置，而3层以上为住宅用房，则需要小空间的轴网布置，上部结构布置刚度大的剪力墙，下部结构布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置，就必须在竖向构件剪力墙和柱交接转换的楼层设置转换层，这种转换构件梁，由于上部为剪力墙，下部为柱，则按照高规定义为框支梁。
府河路苑工程1#楼下部2层为框支层，则转换构件框支梁位于3层，板面标高为9.9m，采用的框支梁截面为：400*1000、400*1600、500*1500、600*1800、600*1600、600*2000。板厚为180mm。框支梁梁的施工是本工程结构施工的一个重点，它的工程质量是整个工程的关键。
框支梁是整个结构的关键部位，且为大体积混凝土，处于三层楼的持力部位，施工荷载很大，荷载传递困难，受混凝土温度和收缩影响又易产生裂缝，给施工带来很大的困难。同时，转换梁的自重也很大，使模板的垂直支撑负荷很大，而且转换梁钢筋比较密集，一次性浇筑2.0m高的混凝土，要保证混凝土的密实度难度不小，而混凝土体积较大，又系C50高强混凝土，混凝土水化热必然很大，温度裂缝较难控制。因此，务必采取切实措施，方能保证转换梁结构工程施工的质量与安全。
二、施工方案
本文以600×2000的框支梁为例，施工方案为梁模板采用18mm厚竹胶板，楼板模压梁侧模，梁侧模夹梁底模。梁侧主龙骨采用2Φ48普通钢管@600mm，梁底主龙骨采用Φ48普通钢管间距300，次龙骨均采用50×100mm的方木（或槽钢）侧面间距为300mm，且在梁中加Φ14的对拉螺杆，对拉螺杆沿梁高方向间距为≯600mm，沿梁长方向间距为600mm，与梁中螺杆对应的梁底加设一道对拉螺杆。梁底6块50*100木方立用。
支撑采用钢管满堂架支撑，梁底立杆顺梁长度方向间距为350mm，宽度方向间距为350mm，横杆步距1200mm，梁底立杆必须宽出梁宽两边各300mm，扫地杆距底板面200mm，立杆下端采用长槽钢铺垫，立杆严禁采用搭接接头，立杆上端采用U托进行调节，U托口并排放置2Φ48钢管卡住主龙骨避免滑移，剪刀撑隔三跨双向布置，梁长度大于4m的梁按照设计要求的千分之二起拱。
三、梁木模板与支撑施工验算
1、梁模板荷载标准值计算
模板自重 = 0.340kN/m2；钢筋自重 = 1.500kN/m3；混凝土自重 = 24.000kN/m3；施工荷载标准值 = 2.500kN/m2。
强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和倾倒混凝土时产生的荷载设计值；挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力产生荷载标准值。
新浇混凝土侧压力计算公式为下式中的较小值:
F=0.22γct0β1β2V1/2 F=γcH
其中 c―― 混凝土的重力密度，取24.000kN/m3；
t ―― 新浇混凝土的初凝时间，为0时(表示无资料)取200/(T+15)，取5.714h；
T ―― 混凝土的入模温度，取20.000℃；
V ―― 混凝土的浇筑速度，取2.500m/h；
H ―― 混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度，取1.200m；
β1―― 外加剂影响修正系数，取1.000；
β2―― 混凝土坍落度影响修正系数，取0.850。
根据公式计算的新浇混凝土侧压力较小标准值 F1=28.800kN/m2
倾倒混凝土所产生的水平荷载标准值 F2=5.400kN/m2。
2、梁底模板木楞计算
长度取1000mm，计算宽度取1000mm，采用18mm厚竹胶板，按四等跨连续板计算。强度验算：
荷载设计值：q=Q=72.8KN/m2 查施工手册知Kmax=0.107，M=Kmaxql2=0.107×72.8×0.22=0.112KN・m，故面板应力δ=M/W=0.112×6/（1×0.0182）=2N/ mm2，因δ＜fm=13 N/mm2，故满足要求。
挠度验算
荷载设计值：荷载设计值：q=Q=72.8KN/m2查施工手册知Kmax=0.632E=9.5×103 N/mm2 I=bh3/12=1×0.0183/12=4.86×10-7 m4，ω=Kql4/100EI=0.632×72.8×1204/（100×9.5×103×4.86×10-7）=0.114mm＜[ω]=L/400=200/400=0.5mm满足要求
2、次龙骨验算
强度验算：l取0.6m荷载设计值：q=0.25×Q=0.25×72.8=18.2KN/m2取1.8m长按3等跨连续梁计算，查施工手册Kmax=0.1，M=Kmax ql2=0.1×18.2×0.62=0.6552 KN・m，故面板应力δ=M/W=0.6552×6/0.05×0.12=7.86N/ mm2，因δ＜fm=13 N/mm2故满足要求。
挠度验算：荷载设计值：q=0.25×Q=0.25×98.06=19.62KN/m2，查施工手册知Kmax=0.677，E=9.0×103 N/mm2， I=bh3/12=4.17×10-6m4，ω=Kmaxql4/100EI=0.677×19.62×6004/100×9.0×103×4.17×10-6=0.463mm＜[ω]=L/400=600/400=1.5mm故满足要求。
3、梁模板侧模计算
面板直接承受模板传递的荷载，应该按照均布荷载下的连续梁计算，计算如下：作用在梁侧模板的均布荷载q=(1.2×25.92+1.40×5.40)×2.00=77.328N/mm，面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为: W = 200.00×1.80×1.80/6 = 108.00cm3； I = 200.00×1.80×1.80×1.80/12 = 97.20cm4；
(1)抗弯强度计算 f = M / W < [f]
其中 f ―― 面板的抗弯强度计算值(N/mm2)；
M ―― 面板的最大弯距(N.mm)；
W ―― 面板的净截面抵抗矩；
[f] ―― 面板的抗弯强度设计值，取15.00N/mm2；
经计算得到 M = 0.100×(1.20×51.840+1.40×10.800)×0.300×0.300=0.696kN.m
经计算得到面板抗弯强度计算值 f = 0.696×1000×1000/108000=6.444N/mm2面板的抗弯强度验算 f < [f],满足要求!
4、穿梁螺栓计算
计算公式:N < [N] = fA
其中 N ―― 穿梁螺栓所受的拉力；
A ―― 穿梁螺栓有效面积 (mm2)；
f ―― 穿梁螺栓的抗拉强度设计值，取170N/mm2；
穿梁螺栓承受最大拉力 N = (1.35×28.8+0.98×5.40)×2.00×0.60/3=15.47kN，穿梁螺栓直径为14mm；穿梁螺栓有效直径为11.6mm；穿梁螺栓有效面积为 A=105.000mm2；穿梁螺栓最大容许拉力值为 [N]=17.850kN；穿梁螺栓承受拉力最大值为 N=15.466kN；穿梁螺栓的布置距离为侧龙骨的计算间距600mm。每个截面布置3 道穿梁螺栓。穿梁螺栓强度满足要求!
四、梁底支撑钢管、扣件及立杆稳定施工验算
（1）计算参数:
模板支架搭设高度为5.2m，梁截面 B×D=600mm×2000mm，立杆的纵距(跨度方向) l=0.50m，立杆的步距 h=1.50m，梁底增加2道承重立杆。面板厚度18mm，剪切强度1.4N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量6000.0N/mm2。木方50×100mm，剪切强度1.3N/mm2，抗弯强度13.0N/mm2，弹性模量9500.0N/mm2。梁两侧立杆间距1.50m。梁底按照均匀布置承重杆4根计算。模板自重0.50kN/m2，混凝土钢筋自重25.50kN/m3，施工活荷载4.50kN/m2。扣件计算折减系数取1.00。
(2) 梁底支撑横向钢管计算
横向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。集中荷载P取木方支撑传递力。
支撑钢管计算简图
支撑钢管弯矩图(kN.m)
支撑钢管剪力图(kN)
变形的计算按照规范要求采用静荷载标准值，受力图与计算结果如下：
支撑钢管变形计算受力图
支撑钢管变形图(mm)
经过连续梁的计算得到：最大弯矩 Mmax=0.369kN.m，最大变形 vmax=0.257mm，最大支座力 Qmax=10.370kN，抗弯计算强度 f=0.369×106/4491.0=82.24N/mm2 ，支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!支撑钢管的最大挠度小于650.0/150与10mm,满足要求!
（3）扣件抗滑移的计算
纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算:
R ≤ Rc
其中 Rc ―― 扣件抗滑承载力设计值,取8.00kN；
R ―― 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；
计算中R取最大支座反力，R=10.37kN
单扣件抗滑承载力的设计计算不满足要求,采用双扣件能满足要求。
（4）立杆的稳定性计算
立杆的稳定性计算公式
其中 N ―― 立杆的轴心压力设计值，它包括：横杆的最大支座反力 N1=10.37kN (已经包括组合系数)，脚手架钢管的自重 N2 = 1.20×0.119×5.200=0.746kN，N = 10.370+0.746=11.116kN
如果完全参照《扣件式规范》不考虑高支撑架，由公式(1)或(2)计算
l0 = k1uh(1)
l0 = (h+2a) (2)
k1 ―― 计算长度附加系数，按照表1取值为1.167；
u ―― 计算长度系数，参照《扣件式规范》表5.3.3；u = 1.700
a ―― 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a = 0.30m；
式(1)的计算结果：l0=1.167×1.700×1.50=2.976m，=2976/16.0=186.574， =0.207，=11116/(0.207×424)=126.473N/mm2，立杆的稳定性计算< [f],满足要求!
公式(2)的计算结果：l0=1.500+2×0.300=2.100m，=2100/16.0=131.661，=0.391，=11116/(0.391×424)=67.026N/mm2，立杆的稳定性计算< [f],满足要求!
如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由公式(3)计算
l0 = k1k2(h+2a)(3)
k2 ―― 计算长度附加系数，按照表2取值为1.007；
公式(3)的计算结果：l0=1.167×1.007×(1.500+2×0.300)=2.468m，=2468/16.0=154.724，=0.294，=11116/(0.294×424)=89.123N/mm2，立杆的稳定性计算< [f],满足要求!
五、结论
混凝土框支梁工程技术是整个施工技术的重要组成部分，离不开施工技术的基本属性和特点，这就是条件的多变性、参数的难控性和理论与实际情况的差异性。追求最大程度地与实际情况相符合，是技术研究的基本要求。
在施工中注意施工顺序，混凝土浇筑采取从房屋一端的边梁开始浇筑，在边梁浇筑完成后再浇筑垂直于该边梁的其余各框架梁，浇筑长度至相邻轴线的框架柱暂停，再返回浇筑楼盖板混凝土，以此浇筑方法类推，向前平行推进，直至浇筑完成。在浇筑框架梁混凝土过程中，对于截面高度为1800 m的梁应采用4次下料浇筑，4次振捣，每次浇筑厚度不大于500m 的方法；相应地对于截面高度为1 200m的梁应采用3次下料，3次振捣的方法；以确保混凝土密实，不出现施工冷缝，并有利于减小梁侧模板承受的侧向压力。还要注意混凝土后期养护，浇筑完成后应采取薄膜覆盖等养护措施，以保证混凝土后期强度。
该框支梁现已完成施工，混凝土构件没有出现裂缝、混凝土振捣密实、无蜂窝、麻面、观感质量良好，可为类似工程结构提供有益的参考。
[参考文献]
1.《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）.中国建筑工业出版社
2. 杜荣军.扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全.《施工技术》2002.3.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。