单片简支钢桁架设计与施工工法

施工工法

一、前言

使用传统满堂架支设现浇结构板底模，存在诸多问题，主要有:操作繁琐、结构板底模标高调整不便、费工费时、周转料一次性投入过大；且一旦满堂架支设完毕，结构板底模下层的空间过小，进出不便,在浇筑结构梁板的同时，很难在下一层进行及时清理和交叉作业；况且较难达到结构下表面不用抹灰的清水砼顶棚质量标准.

根据现行各类纯剪、框剪、框架、砖混等结构建筑普遍设计现浇结构板的特点，结合我国建筑市场发展趋势对工程质量的要求日益提高，为了克服传统满堂架支设的各种缺陷,我们在西铁分局3#高层住宅楼工程的施工过程中，根据该工程的平面图和砼浇筑方案,设计出2m和3m两种规格型号的单片简支钢桁架，同时设计出与之相配用的钢管支撑和“板、墙接槎卡扣”加固方案.一改传统满堂架支设现浇结构板底模的施工方法，并在实际工程施工中应用，验证了该工法的简便实用性、先进可靠性和经济效益性,使现浇结构板的顶棚达到了清水砼质量效果。

该技术相继参加了2001年度集团公司的合理化建议评比及2001年陕西省QC科技成果发布会,且获得施工技术改进合理化建议三等奖和优秀科技成果三等奖。

二、工法特点

1. 单片简支钢桁架设计轻巧，拼装灵活，减少周转料的一次性投入量。 2. 该工法克服了传统满堂架工艺的操作繁琐、结构板底模标高调整不便、难以促使现浇结构板下表面达到清水砼质量效果等种种弊端。

3。 其简捷的操作程序，省工、省料、缩短施工工期显著，对降低工程成本、实现现浇结构板清水砼质量和现场文明施工，有着重要作用。

4。 工艺简单,经济可靠，操作简便,施工速度快，适用范围广. 三、适用范围

本工法适用于各类纯剪、框剪、框架、砖混等结构建筑的现浇结构板施工，特别适用于设计有标准层的各种住宅楼和教学办公楼工程的施工.

四、工艺原理

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本工法是利用单片简支钢桁架作为结构板底模支设的简支梁,以立杆作为垂直受力的传递杆件，形成简易和稳定的整体受力体系，使上层的模板和结构板自重荷载及施工荷载传递到下层。

五、施工工艺

(一)单片简支钢桁架支设现浇结构板底模设计流程和步骤： 1．每m2现浇结构板自重荷载和施工荷载计算

（1）模板(12mm厚竹胶板)、方木(60×80mm2)与钢筋砼(120mm厚），重量∑G=(0.38+2。5×0。12×9.8)=3。3kN。

（2）施工荷载:按均布活荷载计算（含：施工人、砼浇筑使用振动棒产生的振动力及布料机泵管喷发出砼时产生的冲击力等）值为3.5kN。

（3）单片简支钢桁架承受每m2现浇结构板自重和施工荷载，应按1.3系数进行设计，即：F=(3.3+3.5）×1。3=8。84kN。

2．根据该工程结构平面图和施工流水段，确定钢桁架规格

钢桁架规格为2m、3m两种，每榀钢桁架的重量分别为:13.6kg，19.3kg。单片简支钢桁架设计和支设方案，见详图1和详图2.

3．设计单片简支钢桁架，并对各项技术指标验算 现以3m跨度的单片简支钢桁架结构计算介绍如下：

(1）3m的单片钢桁架按1.2m间距进行架设,其所承受的荷载设计为F=8。84×S,上部共7个节点，则节点荷载F1（两个端节点的荷载为F1/2）为:F1=F/6.

（2）按图解法计算各杆件内力 （3)截面验算

1)下弦杆JK（─50×5）要满足σ=N/A〈0.95·ƒ

设计相配用的“板、墙卡扣” 改善板、墙阴角的模板接槎加固施工应用 计算现浇结构梁板自重荷载和施工荷根据工程平面图和施工流水段 确定钢桁架规格和设计钢桁架支设方设计单片简支钢桁架，并对各项指标逐一-2-

2)上弦杆DE

梁底模的方木搁栅间距一般为500mm，以不在桁架的节点上时考虑,上弦杆按压弯构件设计，则钢桁架实际所受节间荷载F2=50F/46.由于节间荷载作用不是全在跨中，故此，上弦的弯矩最大值应按“集中荷载作用下五等跨连续梁的中间跨的跨中弯矩和支座弯矩系数”进行计算，即：

M跨中弯矩=0.132F2×L M支座弯矩=—0。118F2×L

错误!强度验算：

上弦（∟50×50×5)根据GB5017-2003规定： 应满足N/An+Mx/（γx·Wnx）+My/（γy·Wny）≤ƒ

错误!稳定验算

由型钢表查出：A、I、y0、i,根据W=I/y0、l0、λx=l0/i查«钢结构设计规范»ψ值，NEX=π2EA/λ2x应满足：

σ=N/(ψx ·A）+βmx·M跨中/[γx·Wlx（1—0.8N/ NEX）]≤0。95·ƒ

3）腹杆BH(∟40×40×4) λ= l0÷i 根据«钢结构设计规范»计算设计强度折减为0.56,并考虑轻型钢结构折减系数0。85,由«钢结构设计规范»查出ψ值.

应满足：σ=N/(ψ·A)〈0。56×0.85·ƒ 4)腹杆CI(ø14) λ<［λ]=150查出ψ值 应满足：σ=N/（ψ·A)<0。95·ƒ （4）焊缝强度验算

按腹杆承受的最大内力计算，焊缝厚度hƒ，焊缝有效厚度he=0。7·hƒ,焊缝长度应为Lw= N/（he· ƒƒw）,，根据相关要求规定：侧焊缝的计算长度不得小于8 hƒ，确定焊缝Lw的长度≥4。5cm。

（5）参考«建筑施工手册»第三版,验算单面简支钢桁架挠度 按5个集中荷载作用下简支梁最大挠度公式进行验算:

ƒmax= (5n4+2n2+1)FL3/（384n3· E·I) I=0。9(I1+A1· X12+ I2+A2· X22)

必须满足该公式ƒmax/L<［ ƒ/L] 。

4．设计相配用的“板、墙卡扣（铁卡扣）”

为了解决板、墙阴角接槎模板的加固问题，我们设计出与单片简支钢桁架相配套

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的配件，见详图2之错误!、错误!、错误!、错误!.

（二）单片简支钢桁架支设现浇结构板底模施工工艺流程和施工步骤与要点：

根据各自然间平面，确定钢桁架架设方案 在墙上弹出结构板底标高墨线 根据各自然间钢桁架架设方案 架设立杆和钢桁架 沿墙墨线下部，粘贴柔性胶条 在墙上部预留孔，套上铁卡扣 铁卡扣上放置方木，并卡紧 在两排立杆两端 加设竖向剪刀撑 垂直钢桁架上放置方木搁栅 抄钢桁架标高 通过立杆下部丝杆 调整桁架标高 调整扫地杆、水平杆并锁牢 铺设结构板底模 1. 在四周剪力墙上用水准仪和塔尺翻出结构板底的标高，并用墨线弹出. 2. 用可粘柔性胶条（5×20mm2)沿墨线下部粘贴,确保60×80mm2的方木紧贴墙面。

3. 与钢桁架布置相垂直的剪力墙顶部第一排ø20＠1000穿墙铁销孔所形成的砼墙孔，套上铁卡扣。

4. 在铁卡扣上放置方木(方木上底面低于柔性胶条12mm，即:让出结构板底模厚度)，并用卡扣卡紧，使方木成为结构底模边角的支撑线.

5. 根据每个自然间平面,确定支撑钢桁架的立杆钢管位置，上下层的立杆务必处在同一垂直线上。

6. 立杆支设和水平杆、扫地杆及剪刀撑搭设，立杆下部的可调底座必须垫上不小于300×200×40mm3垫木.

7. 在立杆上部顶托上，放置单片简支钢桁架，且钢桁架必须坐在顶托中心，防

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止偏斜而产生偏心力矩，使立杆失稳.

8. 垂直于单片简支钢桁架方向，放置方木搁栅,所有方木60mm宽的面，需刨平，确保方木厚度控制在80±3mm范围内.

9. 用水准仪抄钢桁架顶平，根据立杆下部可调底座（丝杆）调整钢桁架标高。 10. 铺设结构板底模。 六、机具、设备（见表1）

表1 单片简支钢桁架和铁卡扣制作及架设需用设备

序号 1 2 3 4 5 6 机具名称 水准仪 木工平刨 电焊机 钢筋切断机 无齿锯 套丝机 规格型号 单位 数量 S2 MB—400 BX6-250 QT—40 台 台 台 台 台 台 1 1 1 1 1 1 用于抄平 备注 用于刨平方木 钢桁架杆件及铁卡扣焊接 对钢桁架Φ14圆钢杆件等下料 对钢桁架使用的型钢下料 用于铁卡扣螺杆套丝 七、劳动组织（见表2、表3）

表2 单片简支钢桁架和铁卡扣制作劳动组织

序号 1 2 3 4 5 6 工 种 技术人员 钢筋工 车床工 电焊工 电 工 普 工 合 计 人 数 1 2 2 3 1 3 12 主要任务 负责钢桁架、铁卡扣制作技术指导与成品质量检查 负责钢桁架、铁卡扣所需原材料的下料工作 负责铁卡扣制作 负责钢桁架、铁卡扣焊接 为制作组提供电源 协助材料及成品的搬运 -5-

表3 单片简支钢桁架和铁卡扣架设劳动组织

序号 1 2 3 4 5 6 工 种 技术人员 测量工 安全员 木 工 架子工 普 工 合 计 人 数 1 2 1 20 10 10 44 主要任务 负责钢桁架、铁卡扣架设技术指导与模板安装质量检查 负责结构板底标高抄平和立杆位置控制 负责桁架和结构板底模搭拆安全工作 负责方木刨平、放置及铺设结构板底模 负责搭设架子和架设钢桁架、铁卡扣 协助施工 八、安全质量措施 施工过程中应注意的问题

⑴钢桁架的制作，应将各杆件焊缝焊牢，检查每处焊缝是否饱满、均匀、夹渣、有无气孔，焊缝长度是否满足设计要求，钢桁架上部角钢是否平直、有无变形。

⑵使用的60×80mm2方木,应逐根检查方木60mm宽的面，是否刨平到位，方木的厚度是否控制在80±3mm范围内。

⑶每个自然间上下层支设方案应一致，且必须保证上下层同一水平位置的立杆，处在同一垂直线上.

⑷钢桁架间距不得大于1。2m，钢桁架与墙平行的间距控制在150—250mm范围内，与墙壁垂直的距离则控制在300mm范围内，且钢桁架必须坐在顶托中心，防止偏斜而产生偏心力矩,使立杆失稳.

⑸钢桁架下部的立杆必须成为一个简易性整体稳定结构，先对每排立杆用水平杆和扫地杆连接稳定，然后在两排立杆的两端，各加设2根钢管形成剪刀撑,保证立杆排间的相对稳定,确保立杆整体稳定性。

⑹若有剪力墙砼浇筑，应比每层顶棚标高略高10—15mm，这样以便于：柔性胶条粘贴墙面紧密，方木被“板、墙卡扣”卡牢，避免板、墙阴角处出现漏浆、错台、接槎明显、坠角掉边等质量缺陷.

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⑺当结构板砼强度满足拆除底模时,首先应将铁卡扣及被卡的方木拆除；然后将同一自然间的立杆下部的可调底座（丝杆）统一下调20cm左右；再抽掉钢桁架上方木搁栅；并从四周向中部将竹胶板底模与砼面脱离；最后放下竹胶板和钢桁架，拆除桁架下部架杆。

九、效益分析

应用此类单片简支钢桁架，能获得以下效益:

1．技术效益：每层用户的顶棚已达到清水砼面质量效果（即：无须在顶棚上抹灰,可以直接在结构楼板下表面刮腻子、刷涂料进行装饰，满足了人们对建筑结构板质量的更高要求)；板、墙交接部位不掉边、不坠角、不错台、阴角顺直,较好地处理板、墙阴角接搓问题,并为主体结构每层减少1.5cm厚的砂浆自重荷载，相应地延长主体结构的使用寿命.

2．经济效益：在主体结构工程施工期间,减少钢管、可调丝杆、扣件的租赁费;同时降低满堂架搭设人工费；节省顶棚抹灰施工工序；科学地缩短了主体结构和后续装饰施工工期.

3．综合效益：支设操作简便快速，规整有序，加快结构板底模支设速度,使各工序流水作业均衡，为下层及时清理和交叉作业提供了较为宽敞的作业面,并给每层用户增大1。5cm高的净空间。

十、工程实例

在中铁一局建安总公司承揽的西铁分局3#高层住宅楼工程的施工过程中，根据该工程的平面图和砼浇筑方案，设计出2m和3m两种规格型号的单片简支钢桁架，并设计出与单片简支钢桁架相配套的铁卡扣，得到全面采纳应用.

该工法操作简便快速，规整有序，加快结构板底模支设速度，每个施工段缩短近6个小时的支模时间，使各工序流水作业均衡。

在该工程主体结构施工期间,减少了钢管、可调丝杆、扣件的租赁费10。85万元；同时降低了满堂架搭设人工费2.27万元(按工程建筑面积26700 m2×0.85元/m2计算);节省了顶棚抹灰施工工序，该工序节约工程直接成本16。9万元(按26000m2×6。5元/m2计算）;科学地缩短了施工工期37。5天(25层×2施工段/层×6小时/施工段×1天/24小时+25层×1天/层)，降低工程间接成本9。38万元（37.5天×2500元/天).

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共降低工程成本39。4万元。

该工程每层用户的顶棚在结构施工时，已达到清水砼面质量效果；顶棚在后续装饰时，节省抹灰，为主体结构每层减少1.5cm厚的砂浆自重荷载，给每层用户增大1.5cm高的净空间，并相应地延长主体结构的使用寿命.

本工程建筑面积26728m2，剪力墙结构，地下2层,地上25层，檐高73.8m，于2001年5月开工,2002年10月初竣工,并交付业主使用。

此工法，相续在西安高新区彩虹生产楼、紫薇田园都市C区住宅楼群体工程施工过程中全面应用，使用效果较佳，达到了预期的各项目指标.并得到了业主、监理及同行们参观后的一致好评，为企业赢得良好的社会信誉。

执笔：熊兴亮

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