空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法与流程
本发明涉及钢筋混凝土结构技术领域，尤其涉及一种空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法。
背景技术：
空间斗状异形结构模板支撑体系具有受力复杂、荷载大、施工难度大、危险系数大等特点，对于空间斗状异形结构模板支撑体系设计及施工，至今尚无可以参考的规范、技术总结，这无疑增加了空间斗状异形结构模板支撑体系的施工难度，这是本领域技术人员所不期望见到的。
技术实现要素：
针对上述存在的问题，本发明公开了一种空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，所述模板支撑体系包括所述斗状异形结构的模板和所述斗状异形结构的模板支撑，其中，所述方法包括如下步骤：
步骤s1，建立空间斗状异形结构模板支撑体系的计算模型，并对所述计算模型进行荷载分析以获取分析结果；
步骤s2，根据所述分析结果进行空间斗状异形结构模板支撑体系的设计；
步骤s3，根据所述设计进行所述空间斗状异形结构模板支撑体系的施工。
上述的空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，其中，在根据所述分析结果进行空间斗状异形结构模板支撑体系的设计之后，所述步骤s1还包括对所述设计进行验算的步骤。
上述的空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，其中，所述斗状异形结构为漏斗结构，所述漏斗结构包括斗壁板、位于所述斗壁板上方的第一梁板和位于所述斗壁板下方的第二梁板，所述步骤s1包括：
步骤s11，建立空间斗状异形结构模板支撑体系的计算模型；
步骤s12，在所述计算模型中取单位长度的斗壁板进行荷载分析，并于获取所述单位长度的斗壁板垂直于模板方向的支撑荷载和沿模板方向向下传递于所述第二梁板的承压荷载后，将所述支撑荷载分解为所述单位长度的斗壁板的模板所承受的水平推力和竖向压力；
步骤s13，将所述漏斗结构按等截面换算为水平投影宽度及等效高度，并根据所述单位长度的斗壁板的模板所承受的水平推力和竖向压力获取所述漏斗结构的模板单位面积的承受力，所述漏斗结构的模板单位面积的承受力为所述分析结果。
上述的空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，其中，在所述步骤s12中，根据公式(1)和公式(2)获取所述单位长度的斗壁板垂直于模板方向的支撑荷载和沿模板方向向下传递于所述第二梁板的承压荷载；
所述公式(1)为f1*sinα+f2*sinβ＝g；
所述公式(2)为f1*cosα＝f2*cosβ；
其中，所述f1为所述单位长度的斗壁板沿模板方向向下传递于所述第二梁板的承压荷载；所述f2为所述单位长度的斗壁板垂直于模板方向的支撑荷载；所述α为所述单位长度的斗壁板与水平方向之间的夹角；所述β为所述单位长度的斗壁板与竖直方向之间的夹角。
上述的空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，其中，在所述步骤s12中，利用公式(3)和公式(4)将所述支撑荷载分解为所述单位长度的斗壁板的模板所承受的水平推力和竖向压力；
所述公式(3)为q1＝f2*cosβ；
所述公式(4)为q2＝f2*sinβ；
其中，所述q1为所述单位长度的斗壁板的模板所承受的水平推力；所述q2为所述单位长度的斗壁板的模板所承受的竖向荷载。
上述的空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，其中，所述步骤s2具体为：
根据所述漏斗结构的模板单位面积的承受力进行空间斗状异形结构模板支撑体系的设计，所述设计包括立杆、横杆、扫地杆和剪力撑的尺寸、数量、材质及布局。
上述的空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，其中，所述步骤s3中，所述空间斗状异形结构模板支撑体系的施工包括如下步骤：
步骤s31，摆放所述扫地杆，逐根竖立所述立杆并将所述立杆与所述扫地杆扣紧；
步骤s32，安装所述横杆；
步骤s33，安装所述剪刀撑；
步骤s33，安装所述模板。
上述的空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，其中，所述斗壁板由环向矩形梁、板结构或异形环向梁、板组成。
上述的空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，其中，所述漏斗结构设置于一储煤筒仓内。
上述的空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，其中，所述斗状异形结构的模板支撑中的钢管为扣件式钢管。
上述发明具有如下优点或者有益效果：
本发明公开了一种空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，通过在建立空间斗状异形结构模板支撑体系的计算模型后，对该计算模型进行荷载分析以获取分析结果，并在根据分析结果进行空间斗状异形结构模板支撑体系的设计后，根据设计进行施工，从而降低了空间斗状异形结构模板支撑体系施工的难度，对空间斗状异形结构模板支撑体系的设计及施工具有普遍的指导意义，且该发明具有设计合理、安全可靠、施工简便、施工成本低、施工效率低等优点，进而能够创造良好的社会效益及经济效益。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明实施例中空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法流程图；
图2是本发明实施例中空间斗状异形结构模板支撑体系的计算模型的示意图；
图3是本发明实施例中斗壁板b1受力分析示意图；
图4是本发明实施例中斗壁板b1的模板受力分析示意图；
图5是本发明储煤筒仓的实施例中漏斗结构主要梁板示意图；
图6是本发明储煤筒仓的实施例中斜板b1受力分析示意图；
图7是本发明储煤筒仓的实施例中斜板b1的模板受力分析示意图；
图8是本发明储煤筒仓的实施例中的主要构件荷载一览表；
图9是本发明储煤筒仓的实施例中中梁、板支撑排架搭设情况一览表；
图10是本发明储煤筒仓的实施例中漏斗结构支撑模板体系平面布置图；
图11是本发明储煤筒仓的实施例中漏斗结构支撑模板体系的剖视图；
图12是本发明储煤筒仓的实施例中漏斗结构斜板支撑布置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，模板支撑体系包括斗状异形结构的模板和斗状异形结构的模板支撑，具体的，该方法包括如下步骤：
步骤s1，建立空间斗状异形结构模板支撑体系的计算模型，并对计算模型进行荷载分析以获取分析结果。
优选的，上述的斗状异形结构为漏斗结构，漏斗结构包括斗壁板1、位于斗壁板上方的第一梁板2和位于斗壁板下方的第二梁板3，具体的，上述步骤s1包括：
步骤s11，建立空间斗状异形结构模板支撑体系的计算模型；
步骤s12，在计算模型中取单位长度的斗壁板进行荷载分析，并于获取单位长度的斗壁板垂直于模板方向的支撑荷载和沿模板方向向下传递于第二梁板的承压荷载后，将支撑荷载分解为单位长度的斗壁板的模板所承受的水平推力和竖向压力；
步骤s13，将漏斗结构按等截面换算为水平投影宽度及等效高度，并根据单位长度的斗壁板的模板所承受的水平推力和竖向压力获取漏斗结构的模板单位面积的承受力，漏斗结构的模板单位面积的承受力为分析结果。
换言之，即上述步骤s1包括将空间结构转化为平面结构，进行荷载分析；并按荷载效应将异形结构进行等效换算的过程。
具体的，斗壁为空间结构，构件本身受力复杂，在混凝土达到一定强度前，均由下方模板及支撑体系承重，因此在模板及支撑体系设计时不考虑斗壁本身的环向拉力对支撑受力的影响；为便于计算，可取单位长度斗壁(如1m)进行荷载分析，具体如下：a，将空间结构转化为平面结构，进行荷载分析；如图2和图3所示，首先将斗壁板1荷载(重力g)分解为垂直于模板方向的支撑荷载f2(与图中f2′大小相等，方向相反，为方便理解，图3中示意出支撑荷载f2的反力f2′，而未示意出f2)，以及沿模板面向下传递于第二梁板2的承压荷载f1(与图中f1′大小相等，方向相反，为方便理解，图3中示意出支撑荷载f1的反力f1′，而未示意出f1)。
锥斗斜板b1受力分析如下：
图3中，g为斜板b1(即斗壁板1)重量，f1为斜板下端构件(梁或板，图中为第二梁板2)所承受压力，f2为斜板b1底模板支座(图中未示出)反力。
得计算式：f1*sinα+f2*sinβ＝g；(1)
f1*cosα＝f2*cosβ；(2)
由计算式(1)、(2)可求得f1、f2，然后再对支撑荷载f1进行分析，可分解为支撑反力和水平推力，如图4所示，图中q1为b1、b2模板(模板支架)所承受水平推力，q2为b1模板(模板支架)所承受竖向压力，经计算，q1＝f2*cosβ；q2＝f2*sinβ；荷载计算参数取值：混凝土自重：24kn/m3；钢筋自重：1.5kn/m3；斜板下端环向梁l2(即第二梁板3)由于承受上部斜板1的压力f1，为便于计算，按等宽梁投影高度计算。
b、按荷载效应将异形结构进行等效换算，由于斗壁由环向矩形梁、板结构或异形环向梁、板组成，对形状不规则的异形结构，为便于计算，将其按等截面换算为水平投影宽及等效高度；支撑设计时，梁、板宽度取水平投影面宽度，梁、板高度由施工总荷载按等效截面高度进行折算，从而可以根据单位长度的斗壁板的模板所承受的水平推力q1和竖向压力q2获取漏斗结构的模板单位面积的承受力，即获取上述分析结果。
步骤s2，根据分析结果进行空间斗状异形结构模板支撑体系的设计。
优选的，在根据分析结果进行空间斗状异形结构模板支撑体系的设计之后，上述步骤s1还包括对设计进行验算的步骤。
换言之，即上述步骤s2即根据分析结果指导空间斗状异形结构模板支撑体系设计的过程，该过程具体包括：
步骤s21，对模板支撑体系进行总体设计，具体包括：
模板支撑系统选用扣件式钢管搭设，钢管选用
立杆：漏斗支撑排架采用扣件式钢管搭设，排架立杆接头采用对接扣件连接，立杆与大横杆采用直角扣件连接。接头交错布置，两个相邻立杆接头不应设置在同步距。支撑排架一次搭设完成，斜板底模及钢筋绑扎一次完成，压模分段设置，每模1.2m。下层平台支撑与上层锥体漏斗模板支模立杆间距应统一、上下对中对齐；上下层模板支撑应待锥体漏斗最后一次浇筑同条件养护试块强度应达到设计强度100％时可拆除。
横杆：横杆步距为900～1500mm(视具体部位而定)，水平偏差不得大于50mm，相邻的横杆要错开布置。主节点处两个直角扣件的中心距不应大于150mm。所有径向横杆都必须顶撑到库壁上，同时用千斤顶顶紧，以传递支架的水平推力。
扫地杆：支撑架必须设置扫地杆，扫地杆应采用直角扣件固定在距立杆底端不大于200mm的立杆上。因立杆基础不在同一高度上，扫地杆需分多层设置，必须将高处的纵向扫地杆向底处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于1m。靠边坡上方的立杆轴线到边坡的距离不应小于500mm。
剪刀撑：满堂脚手架应在径向及弦向设水平及竖向剪刀撑，竖向剪刀撑应由底至顶连续设置，水平剪刀撑应分块设置，节点处相互联接。
步骤s22，对模板支撑体系设计进行验算，具体包括：
模板支撑体系设计验算包括主要构件的面板、小梁、主梁的强度、挠度验算，可调托座的扣件抗滑移验算、可调托座强度验算，以及立柱的强度及稳定性验算。具体可采用建科院pkpm专用软件进行验算。
步骤s3，根据设计进行空间斗状异形结构模板支撑体系的施工。
换言之，即上述步骤s3为利用设计指导空间斗状异形结构模板支撑体系施工的过程，具体包括如下步骤：
(1)锥斗斜板施工前，应先行完成下平台板、斜板外筒壁。锥斗的梁及斜板，包括筒仓中间锥体应从下至上分段浇筑，每段长1.2m；中心锥体及内筒梁应两点对称浇筑混凝土。具体施工顺序如下：
筒仓外壁施工→复核轴线及标高→搭设锥斗模板支撑排架(包括安装水平拉杆和剪刀撑)→铺斜板底模→斜板及锥体钢筋安装→安装首段压模→检查验收→首段斜板浇砼→养护→第二段斜板压压模安装→第二段斜板江砼→循环施工。
(2)板支撑系统的搭设顺序：摆放扫地杆→逐根竖立立杆并与扫地杆扣紧→安装第一步纵、横向横杆→安装第二步纵、横向横杆→加设临时斜撑杆→第三、四步等横杆等安装→安装剪刀撑→安装模板。
(3)模板支撑系统中扣件紧固拧紧扭力矩40～60n.m。验收时注意用力矩扳手抽测。支柱应垂直，上下层支柱应在同一竖向中心线上。
(4)立杆上的对接扣件应交错布置：模板支撑系统选用扣件式钢管搭设，支撑杆顶端自由端长度(小于等于0.3m)，钢管立柱顶部设可调支托，顶梁采用双钢管，立杆接头采用对接扣件连接，相邻立杆接头采用不应设置在同步内，同步内相隔一根立杆的二根接头错开的距离不小于500mm，各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3。
(5)锥斗斜板施工不考虑其下中间层承重，上层荷载通过支撑体系转递于基础底板上，因此在上层漏斗及平台板同条件养护试块强度达到设计强度100％之前，其下平台支撑排架不能拆除。
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
本实施例以储煤筒仓为例，筒仓(外库)内径36m，高36.7m，壁厚为500mm；内筒内径2.4m，壁厚650mm。筒仓在-0.100m设置一层现浇钢筋砼有梁板，在标高3.05m部位设置一层悬挑平台，3.000m～11.009m标高部位为漏斗为环形漏斗，分为内外两个斗，即外内外筒，以减压锥为界分为内外两个漏斗，漏斗的斜板为典型的空间异形结构；漏斗的斜板与平面的夹角为60度，板厚为600mm、950mm。
1、锥斗板模板支撑建模及荷载分析：
为便于受力分析，根据锥斗具体设计，将锥斗按单个梁、板分解为以下受力部件，如图5所示：
外环锥斗斜板分解为：梁l1、梁l2、板b1；
中间锥体分解为：梁l3、梁l4及斜板段，由于该斜板同b1板，计算同b1板；
内筒锥斗分解为：梁l5、板b2、下层平台板b3。
按部件类型分析，下底水平的梁、板荷载将直接竖向传递于梁、板下模板支撑体系，再由支撑立杆传递于下层平台板，再由下层平台板支撑杆传递于基础底板；而锥斗斜板荷载将分解为垂直于模板方向的支撑荷载，以及沿模板面向下传递于梁顶的承压荷载。
锥斗斜板b1、b2受力分析如下：
如图6所示，g为斜板b1、b2重量，f1为斜板下端梁l2、l5所承受压力，f2为斜板b1、b2底模板支座反力。
经计算，f1＝0.866*g；f2＝0.5*g；
再对支撑荷载进行分析，如图7所示，可分解为支撑反力和水平推力：
图中q1为b1、b2模板支架所受水平推力，q2为b1、b2模板支架所承受竖向压力。
经计算，q1＝0.433*g；q2＝0.25*g.。
荷载计算参数取值：
混凝土自重：24kn/m3；钢筋自重：1.5kn/m3
模板自重：0.5kn/m2；施工活荷载：3kn/m2
如图8所示，l2、l5由于承受斜板压力f1，为便于计算，按等宽梁折算梁高，l2梁高取6.00m，l5梁高取4.63m；b1、b2下支撑架所承受竖向荷载为q2，水平荷载为q1，在进行立杆计算时，板厚按荷载等效换算应予拆减，为安全起见，在立杆设计和验算时，板厚仍取原设计厚度取值。
在此需要说明的是，图8中中断面尺寸梁、板宽高度是指该梁、板设计宽、高；由于各类构件形状不规则，为便于计算，将其按等截面换算为水平投影宽及等效高度；支撑设计时，梁、板宽度取水平投影面宽度，梁、板高度由施工总荷载按等效截面高度进行折算。
2、依据荷载分析，设计空间斗状异形结构模板支撑体系
(1)模板支撑体系总体设计
模板支撑系统选用扣件式钢管搭设，钢管选用
根据工程结构形式及施工特点，锥形环型漏斗及内筒+3.5m平台搭设钢管支撑排架，支撑立杆在平面上呈扇形布置，立杆间距及水平杆步距视具体承重荷载而定，立杆直接落于-0.100m平台上。梁支撑体系与板支撑体系联为一体。
立杆：漏斗支撑排架采用扣件式钢管搭设，排架立杆接头采用对接扣件连接，立杆与大横杆采用直角扣件连接。接头交错布置，两个相邻立杆接头不应设置在同步距。立杆底端坐落在-0.100米满堂基础混凝土表面上。立杆最低标高为+2.5m，最高+10.5m，支撑排架一次搭设完成，斜板底模及钢筋绑扎一次完成，压模分段设置，每模1.2m。-0.1m平台支撑与上层锥体漏斗模板支模立杆间距应统一、上下对中对齐；上下层模板支撑应待锥体漏斗最后一次浇筑同条件养护试块强度应达到设计强度100％时可拆除。
横杆：横杆步距为900～1500mm(视具体部位而定)，水平偏差不得大于50mm，相邻的横杆要错开布置。主节点处两个直角扣件的中心距不应大于150mm。所有径向横杆都必须顶撑到库壁上，同时用千斤顶顶紧，以传递支架的水平推力。
扫地杆：支撑架必须设置扫地杆，扫地杆应采用直角扣件固定在距立杆底端不大于200mm的立杆上。因立杆基础不在同一高度上，扫地杆需分多层设置，必须将高处的纵向扫地杆向底处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于1m。靠边坡上方的立杆轴线到边坡的距离不应小于500mm。
剪刀撑：满堂脚手架应在径向及弦向设水平及竖向剪刀撑，竖向剪刀撑应由底至顶连续设置，水平剪刀撑应分块设置，节点处相互联接；剪刀撑斜杆的接长宜采用搭接，搭接长度不少于1米；剪刀撑斜杆应用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上，旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于150mm。
本实施例中梁、板支撑排架搭设情况一览表如图9所示；本实施例中漏斗结构支撑模板体系平面布置(即支撑模板体系平面布置设计图)如图10所示，其中100为筒仓壁、101为立杆(即模板支撑立杆)，102为水平剪刀撑，103为竖向剪刀撑；本实施例中漏斗结构支撑模板体系的剖视图(即支撑模板体系剖面设计图)如图11所示，其中102/103为剪力撑，104为水平杆，105为外脚手架，106为内筒壁。
3、空间斗状异形结构模板支撑体系施工工艺
(1)锥斗斜板施工前，应先行完成+3.5m以下平台板、+10.336m以下外筒壁及锥体+5.3m以下墙体。锥斗的梁及斜板，包括筒仓中间锥体应从下至上分段浇筑，每段长1.2m；中心锥体及内筒梁l5、b2应两点对称浇筑混凝土。具体施工顺序如下：
筒仓外壁滑模施工至+10.336m→复核轴线及标高→搭设锥斗模板支撑排架(包括安装水平拉杆和剪刀撑)→铺斜板底模→斜板及锥体钢筋安装→安装首段压模→检查验收→首段斜板浇砼→养护→第二段斜板压压模安装→第二段斜板江砼→循环施工。
(2)板支撑系统的搭设顺序：摆放扫地杆→逐根竖立立杆并与扫地杆扣紧→安装第一步纵、横向横杆→安装第二步纵、横向横杆→加设临时斜撑杆→第三、四步等横杆等安装→安装剪刀撑→安装模板，具体的，本发明内外模采用架管和主次龙骨支设并加固；次龙骨采用60×800方木及￠48×2.7钢管竖向布置间距为600mm，主龙骨采用￠25钢筋代替，间距为465mm布置，模板采用1830×915×15mm胶合板。模板拼缝必须严密，内外侧模采用￠12对拉螺栓(螺栓间距465×450)拉紧，垂直于模板面架设，如图12所示，其中100为已浇筑完成的外筒壁，107为对拉杆(φ12@450)，108为钢楞(φ48*3.5)，109为木模板，102/103为剪力撑，101为立杆(φ48*3.5)，104为水平杆(φ48*3.5)，110为扣件，111为待浇灌的锥斗斜板，112为顶托。
(3)模板支撑系统中扣件紧固拧紧扭力矩40～60n.m。验收时注意用力矩扳手抽测。支柱应垂直，上下层支柱应在同一竖向中心线上。
(4)立杆上的对接扣件应交错布置：模板支撑系统选用扣件式钢管搭设，支撑杆顶端自由端长度(小于等于0.3m)，钢管立柱顶部设可调支托，顶梁采用双钢管，立杆接头采用对接扣件连接，相邻立杆接头采用不应设置在同步内，同步内相隔一根立杆的二根接头错开的距离不小于500mm，各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3。
(5)本工程不考虑-0.100m及3.05m、2.705m等中间层承重，上层荷载通过支撑体系转递于基础底板上，因此在上层漏斗及平台板同条件养护试块强度达到设计强度100％之前，之下的-0.100m及3.05m、2.705m平台支撑排架不能拆除。
综上，本发明公开的空间斗状异形结构模板支撑体系的施工方法，从模板支撑体系设计建模、荷载分析、施工等方面出发，总结出了空间斗状异形结构模板支撑体系的设计及验算规律，以指导施工。本发明具有降低成本、提高工效、施工简便等特点，能创造良好的社会效益及经济效益。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
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