论文部分内容阅读
内容提要：高支模架、大体积混凝土皆为土建施工的难点，过氧化物项目生产装置防爆室同时包含两项技术，为保证安全施工，据现场实际条件，特别编制专项施工方案，并召开专家论证会议，分三次对施工人员进行技术交底，保证工程顺利完成。
关键词：施工工艺荷载计算安全措施
中图分类号：U215.14 文献标识码：A 文章编号：
在进行阿克苏诺贝尔8000吨/年过氧化物的建设过程中，生产装置防爆室为混凝土结构，长17m宽16m，主体部分由底板、侧壁、顶板三个部分组成，厚度皆为1m。底板顶标高为±0.000，侧壁顶标高为17.500m，室内南面墙体标高14.500m，顶板为16m跨度6m宽1m厚钢筋混凝土板，混凝土强度C35，保护层厚度40mm。
建筑工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则的规定：高达模板支撑系统是指建筑工程施工现场混凝土构件模板支撑高度超过8米，或搭设跨度超过18米或施工总荷载大于15KN/m2或集中线荷载大于20KN/m的模板支撑系统。此次防爆室混凝土浇筑，既包含高支模架，又包含大体积混凝土，为本项目两大难点之一。据此问题，特编制专项施工方案，并召开专家认证会议，保证施工过程安全顺利进行。
一、施工工艺
1、防爆室顶板部位搭设满堂脚手架，脚手架受力计算双向立杆间距均为600×300，步距1.5米，立杆连接采用对接，顶端用钢管短节进行对接，脚手架外围要满布剪刀撑，内部每隔两个立杆间距满布设纵向剪刀撑一道，水平方向总高设剪刀撑三道，剪刀撑搭接不小于1米，不少于三个扣件。满堂脚手架与已浇筑防爆室墙壁顶撑，接触点与墙壁对拉螺栓焊牢，顶板与墙壁交接的方向每一步，立杆每隔两根焊接一道，只有一面与墙壁连接的水平杆每步与墙壁对拉螺栓全部焊接，另一方加设斜撑，水平杆撑于墙壁上，所有钢管与对拉螺栓焊死。顶部沿短方向全部增加立杆一道，与下方横杆，剪刀撑连接，均采用双扣件连接，使混凝土荷载更好的传递到墙壁上。
2、脚手架搭设到位后，铺设木枋，间距300，上铺1.8cm模板固定牢固，绑扎钢筋，待顶板钢筋绑扎完毕后封板侧模板，外用M14@500对拉螺栓加固，对拉螺栓与上下层板筋焊接，单面焊，焊接长度不得小于15cm，外用木枋为次楞，钢管为主楞，使用蝴蝶卡、螺母使对拉螺栓与主次楞连成整体，顶板侧模中部可设Φ10@1000圆钢通长设置，两端焊接对拉螺栓，对模板进行对拉。
3、预埋件和螺栓的制作应严格按图纸设计放样制作，将其埋设位置中心线在板上标识准确，定位准确，并与钢筋网片焊接牢固。
二、高支模架计算
1、参数信息:
脚手架参数：
立杆横向间距或排距la(m):0.60；
立杆纵向间距或跨距lb(m):0.30；
立杆步距h(m):1.50；
立杆上端伸出至模板支撑点长度(m):0.10；
模板支架计算高度H(m):13.50；
采用的钢管(mm):Φ48×3.0 ；
扣件连接方式:双扣件，考虑扣件的保养情况，扣件抗滑承载力系数:0.80；
板底支撑连接方式:方木支撑；
荷载参数：
模板与木板自重(kN/m2):0.350；
混凝土与钢筋自重(kN/m3):25.000；
楼板混凝土厚度(mm):1000.000；
施工均布荷载(kN/m2):1.000；
木方参数：
木方弹性模量E(N/mm2):9500.000；
木方抗弯强度设计值(N/mm2):13.000；
木方抗剪强度设计值(N/mm2):1.400；
木方的间隔距离(mm):250.000；
木方的截面宽度(mm):60.00；
木方的截面高度(mm):80.00；
2、模板支撑方木的计算:
方木按照简支梁计算，其惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=6×8×8/6 = 64 cm3；
I=6×8×8×8/12 = 256 cm4；
荷载的计算：
(1)钢筋混凝土板自重(kN/m)：
q1= 25×0.25×1×10-3 = 6.25 kN/m；
(2)模板的自重线荷载(kN/m):
q2= 0.35×0.25 = 0.088 kN/m ；
(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN)：
p1 = (1+2)×0.3×0.25 = 0.225 kN；
方木抗弯强度验算:
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下:
均布荷载 q =1.2×(6.25 + 0.088) = 7.605 kN/m；
集中荷载 p = 1.4×0.225=0.315 kN；
最大弯距 M = Pl/4 + ql2/8 = 0.315×0.3 /4 + 7.605×0.32/8 = 0.109 kN.m；
最大支座力 N = P/2 + ql/2 = 0.315/2 + 7.605×0.3/2 = 1.298 kN ；
方木的最大应力值 σ= M / w = 0.109×106/64×103 = 1.706 N/mm2；
方木抗弯强度设计值 [f]=13.0 N/mm2；
方木的最大应力计算值为 1.706 N/mm2 小于 方木的抗弯强度设计值 13.0 N/mm2，满足要求!
方木抗剪验算：
最大剪力的计算公式如下:
Q = ql/2 + P/2
截面抗剪强度必须满足:
T = 3Q/2bh < [T]
其中最大剪力: V = 0.3×7.605/2+0.315/2 = 1.298 kN；
方木受剪應力计算值 T = 3 ×1298.25/(2 ×60 ×80) = 0.406 N/mm2；
方木抗剪强度设计值 [T] = 1.4 N/mm2；
方木受剪应力计算值为 0.406 N/mm2 小于 方木的抗剪强度设计值 1.4 N/mm2，满足要求。
方木挠度验算:
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和，计算公式如下:
均布荷载 q = q1 + q2 = 6.25+0.088=6.338 kN/m；
集中荷载 p = 0.225 kN；
方木最大挠度计算值 V= 5×6.338×3004 /(384×9500×2560000) +225×3003 /( 48×9500×2560000)= 0.033 mm；
方木最大允许挠度值 [V]= 300/250=1.2 mm；
方木的最大挠度计算值 0.033 mm 小于 方木的最大允许挠度值 1.2 mm,满足要求
3、木方支撑钢管计算:
支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算；
集中荷载P取纵向板底支撑传递力，P = 7.605×0.3 + 0.315 = 2.596 kN；
最大弯矩 Mmax = 0.383 kN.m ；
最大变形 Vmax = 0.41 mm ；
最大支座力 Qmax = 6.888 kN ；
钢管最大应力 σ= 0.383×106/4490=85.23 N/mm2 ；
钢管抗压强度设计值 [f]=205 N/mm2 ；
支撑钢管的计算最大应力计算值 85.23 N/mm2 小于 钢管的抗压强度设计值 205 N/mm2,满足要求。
支撑钢管的最大挠度小于600/150与10 mm，满足要求。
4、扣件抗滑移的计算:
双扣件承载力设计值取16.00kN，按照扣件抗滑承载力系数0.80，该工程实际的旋转双扣件承载力取值为12.80kN 。
纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值 R= 6.888 kN；
R < 12.80 kN,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求。
5、模板支架立杆荷载标准值(轴力):
作用于模板支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。
静荷载标准值包括以下内容：
(1)脚手架的自重(kN)：
NG1 = 0.138×13.5 = 1.868 kN；
(2)模板的自重(kN)：
NG2 = 0.35×0.6×0.3 = 0.063 kN；
(3)钢筋混凝土楼板自重(kN)：
NG3 = 25×1×10-3×0.6×0.3 = 4.5 kN；
经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3 = 6.431 kN；
活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载：
经计算得到，活荷载标准值 NQ = (1+2 ) ×0.6×0.3 = 0.54 kN；
不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算
N = 1.2NG + 1.4NQ = 8.474 kN；
6、立杆的稳定性计算:
立杆的稳定性计算公式:
立杆计算长度 L0 = h+2a = 1.5+0.1×2 = 1.7 m；
L0/i = 1700 / 15.9 = 107 ；
由长细比 Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.537 ；
钢管立杆的最大应力计算值 ；σ=8473.68/（0.537×424） = 37.216 N/mm2；
钢管立杆的最大应力计算值 σ= 37.216 N/mm2 小于 钢管立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求。
如果考慮到高支撑架的安全因素，适宜由下式计算
l0 = k1k2(h+2a)
k1 -- 计算长度附加系数按照表1取值1.243；
k2 -- 计算长度附加系数，h+2a = 1.7 按照表2取值1.033 ；
上式的计算结果：
立杆计算长度 Lo = k1k2(h+2a) = 1.243×1.033×(1.5+0.1×2) = 2.183 m；
Lo/i = 2182.832 / 15.9 = 137 ；
由长细比 Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.362 ；
钢管立杆的最大应力计算值 ；σ=8473.68/（0.362×424） = 55.207 N/mm2；
钢管立杆的最大应力计算值 σ= 55.207 N/mm2 小于 钢管立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求！
模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件，否则存在安全隐患。
7、梁和楼板模板高支撑架的构造和施工要求:
除了要遵守《扣件架规范》的相关要求外，还考虑了以下内容
模板支架的构造要求：
a.梁板模板高支撑架可以根据设计荷载采用双立杆；
b.立杆之间按步距满设双向水平杆，确保两方向足够的设计刚度；
立杆步距的设计：
a.架体构造荷载在立杆不同高度轴力变化不大，采用等步距设置；
b.高支撑架步距按要求设置为1.5m。
整体性构造层的设计：
a.单水平加强层可以每3.5米沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑，且与立杆连接，设置斜杆层数大于水平框格总数的1/3；
b.双水平加强层在支撑架的顶部和中部每隔10m设置，四周和中部每10m设竖向斜杆，使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层；
c.高支撑架的顶部和底部（扫地杆的设置层）已按要求设水平加强层。
剪刀撑的设计：
a.沿支架四周外立面应满足立面满设剪刀撑；
b.中部根据需要并依构架框格的大小，每隔10m设置。
顶部支撑点的设计：
a.在立杆顶部设置支托板，其距离支架顶层横杆的高度不大于400mm；
b.顶部支撑点位于顶层横杆时，靠近立杆，且不大于200mm；
c.支撑横杆与立杆的连接扣件进行抗滑验算，设计荷载N≤12.8kN，采用双扣件满足要求。
支撑架搭设的要求：
a.严格按照设计尺寸搭设，立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置；
b.确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《扣件架规范》的要求；
c.确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的，每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N.m，钢管不选用已经长期使用发生变形的；
d.地基支座的设计要满足承载力的要求。
施工使用的要求：
a.为确保模板支架施工过程中均衡受载，采用由中部向两边扩展的浇筑方式；
b.严格控制实际施工荷载不超过设计荷载，对出现的超过最大荷载要有相应的控制措施，钢筋等材料不能在支架上方堆放；
c.浇筑过程中，派人检查支架和支承情况，发现下沉、松动和变形情况及时解决。
「参考文献」：
1、《混凝土结构工程施工质量及验收规范》GB50204-2002（2011版）
2、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011
3、《建筑施工扣件式钢管模板支架技术规程》DB331035-2006
关键词：施工工艺荷载计算安全措施
中图分类号：U215.14 文献标识码：A 文章编号：
在进行阿克苏诺贝尔8000吨/年过氧化物的建设过程中，生产装置防爆室为混凝土结构，长17m宽16m，主体部分由底板、侧壁、顶板三个部分组成，厚度皆为1m。底板顶标高为±0.000，侧壁顶标高为17.500m，室内南面墙体标高14.500m，顶板为16m跨度6m宽1m厚钢筋混凝土板，混凝土强度C35，保护层厚度40mm。
建筑工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则的规定：高达模板支撑系统是指建筑工程施工现场混凝土构件模板支撑高度超过8米，或搭设跨度超过18米或施工总荷载大于15KN/m2或集中线荷载大于20KN/m的模板支撑系统。此次防爆室混凝土浇筑，既包含高支模架，又包含大体积混凝土，为本项目两大难点之一。据此问题，特编制专项施工方案，并召开专家认证会议，保证施工过程安全顺利进行。
一、施工工艺
1、防爆室顶板部位搭设满堂脚手架，脚手架受力计算双向立杆间距均为600×300，步距1.5米，立杆连接采用对接，顶端用钢管短节进行对接，脚手架外围要满布剪刀撑，内部每隔两个立杆间距满布设纵向剪刀撑一道，水平方向总高设剪刀撑三道，剪刀撑搭接不小于1米，不少于三个扣件。满堂脚手架与已浇筑防爆室墙壁顶撑，接触点与墙壁对拉螺栓焊牢，顶板与墙壁交接的方向每一步，立杆每隔两根焊接一道，只有一面与墙壁连接的水平杆每步与墙壁对拉螺栓全部焊接，另一方加设斜撑，水平杆撑于墙壁上，所有钢管与对拉螺栓焊死。顶部沿短方向全部增加立杆一道，与下方横杆，剪刀撑连接，均采用双扣件连接，使混凝土荷载更好的传递到墙壁上。
2、脚手架搭设到位后，铺设木枋，间距300，上铺1.8cm模板固定牢固，绑扎钢筋，待顶板钢筋绑扎完毕后封板侧模板，外用M14@500对拉螺栓加固，对拉螺栓与上下层板筋焊接，单面焊，焊接长度不得小于15cm，外用木枋为次楞，钢管为主楞，使用蝴蝶卡、螺母使对拉螺栓与主次楞连成整体，顶板侧模中部可设Φ10@1000圆钢通长设置，两端焊接对拉螺栓，对模板进行对拉。
3、预埋件和螺栓的制作应严格按图纸设计放样制作，将其埋设位置中心线在板上标识准确，定位准确，并与钢筋网片焊接牢固。
二、高支模架计算
1、参数信息:
脚手架参数：
立杆横向间距或排距la(m):0.60；
立杆纵向间距或跨距lb(m):0.30；
立杆步距h(m):1.50；
立杆上端伸出至模板支撑点长度(m):0.10；
模板支架计算高度H(m):13.50；
采用的钢管(mm):Φ48×3.0 ；
扣件连接方式:双扣件，考虑扣件的保养情况，扣件抗滑承载力系数:0.80；
板底支撑连接方式:方木支撑；
荷载参数：
模板与木板自重(kN/m2):0.350；
混凝土与钢筋自重(kN/m3):25.000；
楼板混凝土厚度(mm):1000.000；
施工均布荷载(kN/m2):1.000；
木方参数：
木方弹性模量E(N/mm2):9500.000；
木方抗弯强度设计值(N/mm2):13.000；
木方抗剪强度设计值(N/mm2):1.400；
木方的间隔距离(mm):250.000；
木方的截面宽度(mm):60.00；
木方的截面高度(mm):80.00；
2、模板支撑方木的计算:
方木按照简支梁计算，其惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=6×8×8/6 = 64 cm3；
I=6×8×8×8/12 = 256 cm4；
荷载的计算：
(1)钢筋混凝土板自重(kN/m)：
q1= 25×0.25×1×10-3 = 6.25 kN/m；
(2)模板的自重线荷载(kN/m):
q2= 0.35×0.25 = 0.088 kN/m ；
(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN)：
p1 = (1+2)×0.3×0.25 = 0.225 kN；
方木抗弯强度验算:
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下:
均布荷载 q =1.2×(6.25 + 0.088) = 7.605 kN/m；
集中荷载 p = 1.4×0.225=0.315 kN；
最大弯距 M = Pl/4 + ql2/8 = 0.315×0.3 /4 + 7.605×0.32/8 = 0.109 kN.m；
最大支座力 N = P/2 + ql/2 = 0.315/2 + 7.605×0.3/2 = 1.298 kN ；
方木的最大应力值 σ= M / w = 0.109×106/64×103 = 1.706 N/mm2；
方木抗弯强度设计值 [f]=13.0 N/mm2；
方木的最大应力计算值为 1.706 N/mm2 小于 方木的抗弯强度设计值 13.0 N/mm2，满足要求!
方木抗剪验算：
最大剪力的计算公式如下:
Q = ql/2 + P/2
截面抗剪强度必须满足:
T = 3Q/2bh < [T]
其中最大剪力: V = 0.3×7.605/2+0.315/2 = 1.298 kN；
方木受剪應力计算值 T = 3 ×1298.25/(2 ×60 ×80) = 0.406 N/mm2；
方木抗剪强度设计值 [T] = 1.4 N/mm2；
方木受剪应力计算值为 0.406 N/mm2 小于 方木的抗剪强度设计值 1.4 N/mm2，满足要求。
方木挠度验算:
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和，计算公式如下:
均布荷载 q = q1 + q2 = 6.25+0.088=6.338 kN/m；
集中荷载 p = 0.225 kN；
方木最大挠度计算值 V= 5×6.338×3004 /(384×9500×2560000) +225×3003 /( 48×9500×2560000)= 0.033 mm；
方木最大允许挠度值 [V]= 300/250=1.2 mm；
方木的最大挠度计算值 0.033 mm 小于 方木的最大允许挠度值 1.2 mm,满足要求
3、木方支撑钢管计算:
支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算；
集中荷载P取纵向板底支撑传递力，P = 7.605×0.3 + 0.315 = 2.596 kN；
最大弯矩 Mmax = 0.383 kN.m ；
最大变形 Vmax = 0.41 mm ；
最大支座力 Qmax = 6.888 kN ；
钢管最大应力 σ= 0.383×106/4490=85.23 N/mm2 ；
钢管抗压强度设计值 [f]=205 N/mm2 ；
支撑钢管的计算最大应力计算值 85.23 N/mm2 小于 钢管的抗压强度设计值 205 N/mm2,满足要求。
支撑钢管的最大挠度小于600/150与10 mm，满足要求。
4、扣件抗滑移的计算:
双扣件承载力设计值取16.00kN，按照扣件抗滑承载力系数0.80，该工程实际的旋转双扣件承载力取值为12.80kN 。
纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值 R= 6.888 kN；
R < 12.80 kN,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求。
5、模板支架立杆荷载标准值(轴力):
作用于模板支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。
静荷载标准值包括以下内容：
(1)脚手架的自重(kN)：
NG1 = 0.138×13.5 = 1.868 kN；
(2)模板的自重(kN)：
NG2 = 0.35×0.6×0.3 = 0.063 kN；
(3)钢筋混凝土楼板自重(kN)：
NG3 = 25×1×10-3×0.6×0.3 = 4.5 kN；
经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3 = 6.431 kN；
活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载：
经计算得到，活荷载标准值 NQ = (1+2 ) ×0.6×0.3 = 0.54 kN；
不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算
N = 1.2NG + 1.4NQ = 8.474 kN；
6、立杆的稳定性计算:
立杆的稳定性计算公式:
立杆计算长度 L0 = h+2a = 1.5+0.1×2 = 1.7 m；
L0/i = 1700 / 15.9 = 107 ；
由长细比 Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.537 ；
钢管立杆的最大应力计算值 ；σ=8473.68/（0.537×424） = 37.216 N/mm2；
钢管立杆的最大应力计算值 σ= 37.216 N/mm2 小于 钢管立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求。
如果考慮到高支撑架的安全因素，适宜由下式计算
l0 = k1k2(h+2a)
k1 -- 计算长度附加系数按照表1取值1.243；
k2 -- 计算长度附加系数，h+2a = 1.7 按照表2取值1.033 ；
上式的计算结果：
立杆计算长度 Lo = k1k2(h+2a) = 1.243×1.033×(1.5+0.1×2) = 2.183 m；
Lo/i = 2182.832 / 15.9 = 137 ；
由长细比 Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.362 ；
钢管立杆的最大应力计算值 ；σ=8473.68/（0.362×424） = 55.207 N/mm2；
钢管立杆的最大应力计算值 σ= 55.207 N/mm2 小于 钢管立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求！
模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件，否则存在安全隐患。
7、梁和楼板模板高支撑架的构造和施工要求:
除了要遵守《扣件架规范》的相关要求外，还考虑了以下内容
模板支架的构造要求：
a.梁板模板高支撑架可以根据设计荷载采用双立杆；
b.立杆之间按步距满设双向水平杆，确保两方向足够的设计刚度；
立杆步距的设计：
a.架体构造荷载在立杆不同高度轴力变化不大，采用等步距设置；
b.高支撑架步距按要求设置为1.5m。
整体性构造层的设计：
a.单水平加强层可以每3.5米沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑，且与立杆连接，设置斜杆层数大于水平框格总数的1/3；
b.双水平加强层在支撑架的顶部和中部每隔10m设置，四周和中部每10m设竖向斜杆，使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层；
c.高支撑架的顶部和底部（扫地杆的设置层）已按要求设水平加强层。
剪刀撑的设计：
a.沿支架四周外立面应满足立面满设剪刀撑；
b.中部根据需要并依构架框格的大小，每隔10m设置。
顶部支撑点的设计：
a.在立杆顶部设置支托板，其距离支架顶层横杆的高度不大于400mm；
b.顶部支撑点位于顶层横杆时，靠近立杆，且不大于200mm；
c.支撑横杆与立杆的连接扣件进行抗滑验算，设计荷载N≤12.8kN，采用双扣件满足要求。
支撑架搭设的要求：
a.严格按照设计尺寸搭设，立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置；
b.确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《扣件架规范》的要求；
c.确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的，每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N.m，钢管不选用已经长期使用发生变形的；
d.地基支座的设计要满足承载力的要求。
施工使用的要求：
a.为确保模板支架施工过程中均衡受载，采用由中部向两边扩展的浇筑方式；
b.严格控制实际施工荷载不超过设计荷载，对出现的超过最大荷载要有相应的控制措施，钢筋等材料不能在支架上方堆放；
c.浇筑过程中，派人检查支架和支承情况，发现下沉、松动和变形情况及时解决。
「参考文献」：
1、《混凝土结构工程施工质量及验收规范》GB50204-2002（2011版）
2、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011
3、《建筑施工扣件式钢管模板支架技术规程》DB331035-2006