高大支模体系在冷链物流仓储工程中的设计与施工技术研究

1 工程特征与核心挑战

1.1 项目特征

本项目为蔬果循环精深加工基地冷链物流仓储综合体，主要由加工车间、冷库、高架平台和辅助建筑组成（见图 1-1），建筑高度 40.24m ，主体结构采用现浇混凝土框架加钢结构屋盖结构体系，其中 l♯^～3♯ 库区首层和二层为混凝土结构，三层及以上为门式刚架钢结构。核心功能区主要如下所示。

冷库区域：3# 原料仓库为 -18^∘C 低温冷库，墙体是防火隔墙，采用内保温形式在墙体内侧做保温，楼板厚度 180mm ；1# 加工车间 / 分拣配送中心、2# 蔬菜水果初加工 / 分拣中心、3# 原料仓库、4# 高架平台、5# 综合楼、6# 门卫以及配套构筑物组成，2、3# 均为冷库，3# 库区为单层钢结构。

高架作业区：4# 高架平台设置 24m 跨预应力梁（最大截面 1000×2000mm) ）；

物流通道：1#、2# 坡道为5 层圆形盘道，坡度6%，曲率半径 28m 。

结构设计参数显示：混凝土框架最大层高 13.4m，梁截面以 900×1300mm 、1000×2000mm 为主，板厚 160^～200mm ，后张法预应力筋张拉控制应力 1395MPa。支架基础分为两类：首层采用 300mm 钢筋混凝土地坪，室外区域经 500mm 塘渣换填 +100mm 的C15 垫层处理，压实系数 ⩾0.94 。

1.2 技术难点

1）超限支模稳定性控制：按照《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》( 住建部令第 37 号 ) 规定，由于架体高度达到 13.4m、宽度达到 24m 均属于超限工程，需要保证其高宽比 ⩽3 才具有足够稳定性。经计算并结合工程常识可知，架体顶部水平位移临界值是 10mm ，但由于 -18^∘C 低温造成钢材收缩（ΔL=αLΔT=1. 2×10^-5×13400×38≈6.ln m），再叠加荷载后的位移控制将更为困难。

2）预应力与钢结构施工冲突：预应力梁需等混凝土强度到 100% 后再张拉，三层钢结构屋面吊装要先插，会使支模架体承受预应力张拉反力 ( 最大738kN)、钢结构吊装动载 (3kN/m2) 的共同作用。根据施工模拟情况分析，架体立杆轴力相差达到 23% ，局部存在失稳的风险。

3）异形结构定位难题：圆形盘道曲线半径为 28 米、坡度为 6% 使得盘扣架立杆不能按规范进行模数排布，经计算得出，圆环处径向立杆间距由起初的 600mm 逐步变为后续的 850mm ；圆环处水平杆需进行弧形切割（允许偏差±2mm) ）；施工放样误差控制在5mm 之内。

4）混凝土浇筑协同控制：预应力梁 ( 坍落度为 180±20mm) ) 与普通结构同步浇筑时不能出现冷缝；有限元计算表明浇筑时间差不能超过 2h，否则会引起梁端支座附近应力集中过大，可能出现裂缝宽度超限的现象( 大于 )。

2 高支模体系设计

2.1 结构设计原理

按照 JGJ/T231-2021 的规定，采用 B 型承插盘扣式支架（立杆为 Q345A）形成“立杆- 水平杆- 斜杆”协同受力体系（如图2-1 所示）。设计参数如下：

立杆组合：采用“可调底座 +1.5m+2.5m×4+1m+ 可调托座”模块化组合方案，立杆纵距≤ 1.5m（梁底加密为 0.6m) ）、横距 ⩽1.2m ，满足受力分析，且立杆长细比 λ=113.2<150 也满足要求。

水平杆步距：标准步距 1500mm ，顶层步距 500mm （控制悬臂长度⩽ 650mm）；

荷载分级：按线荷载划分安全等级（表2-1）， 20kN/m 以上区域设置补强立杆（如 1000×2000mm 梁底）；

剪刀撑体系：设置 3 道连续水平剪刀撑（距地 ⩽550mm 、中部、梁底下500mm. ），竖向斜杆满布（倾角 45^∘ ～_60^∘ ）。

力学计算表明（式2-1）：

（式 2-1）

式中，立杆稳定性验算取最不利工况（4# 高架平台 700×2000mm 梁），立杆轴力 _N=32.56kN ，风荷载弯矩 Mw=0.017kN⋅m ， Φ=0.386 ，满足 σ=176 .5MPa<300MPa 。

2.2 关键节点设计

1）水平剪刀撑节点：采用 Φ48×3mm 钢管搭设，与盘扣节点通过扣件连接。水平剪刀撑间距 ⩽6m ，与立杆形成格构柱体系，提升抗侧刚度。

2）柱体刚性连接节点：利用已浇筑框架柱（截面 800×800mm ）设置抱箍。每2 个步距（3m）采用Ф48 钢管与柱体锁紧，连接点距柱边 ⩽200mm ，形成“架体- 柱体”协同受力体系，可有效控制水平位移。

3）圆形盘道转换设计：曲率半径 28m 的坡道使用扣件式钢管支架( Φ48×30mm) 进行过渡，其立杆沿径向以 渐变布置，用弧形切割法裁剪水平杆 ( 曲率误差控制在 ±2mm) ，并在其顶部安装与 6% 坡度配套的可调顶托来实现架体的准确定位。

2.3 特殊工况应对设计

1）预应力张拉影响控制：建立“张拉前全支撑，张拉后留撑”的施工技术方案。计算分析得知 500×2000mm 预应力梁张拉反力达到 738kN ，张拉完成后需保留50% 立杆( 立杆距加密为 0.9m) ，待灌浆强度 ⩾30MPa 方可拆除剩余立杆。

2）低温环境变形补偿：冷冻库架体 (-18^∘C ) 采用 Q355B 钢板 ( 低温冲击功 ⩾34J, ，立杆接头处留有 4mm 伸缩缝 ( ΔL= αLΔ T=1 . 2×10^-5×1; 3. 4m×38^∘C ≈6.1mm) 。

3）动荷载传递优化：为解决物流通道区域架体立杆部分会出现的局部应力集中现象，在物流通道区域架体顶部增加 Φ12mm 钢筋卸荷带 ( 间距 300mm) ，将叉车动荷载 (5kN/m² ) 均匀传递至立杆。

3 施工关键技术体系

3.1 核心工艺实施

1）地基强化技术

针对首层地坪与室外高架平台差异性地基条件，实施分级处理：

① 室内地坪区： 300mm 厚 C30 钢筋混凝土地坪作为架体基础，施工前检测回弹值 ⩾35MPa ，表面平整度 ⩽3mm/2m 。立杆底部设置可调底座，通过 M16 膨胀螺栓与地坪锚固（间距 ⩽1.5m, ）。

② 室外换填区：

分层碾压：清除表层杂土后，分3 层回填 500mm 厚级配塘渣（粒径 占比 ⩾70% ），每层虚铺 300mm ，采用 18t 振动压路机碾压 6 遍，环刀取样压实度 ⩾0.94 ；

混凝土垫层：浇筑 100mm 厚C15混凝土，双向按 5‰ 坡度找坡，表面二次收光，48h 内覆盖土工布保湿养护；

排水系统：垫层周边设置 200×300mm 排水明沟，间距 30m 设集水井，防止雨水浸泡地基。

2）立杆精准搭设

采用“放线- 定位- 调平”三阶段控制法：

BIM 放样：利用Revit 建立支架三维模型，导出立杆坐标数据（X/Y/Z 误差±5mm），通过全站仪现场投射定位线；

模块化组装：按“可调底座 +1.5m+2.5m×4+1m+ 可调托座”顺序组装，相邻立杆接头错开 ⩾500mm ，垂直度激光校核（偏差≤1/500H）；

水平杆连接：采用 0.6m/0.9m/1. .2m 模数化水平杆，插销锤击插入后外露⩾15mm ，抽查 20% 节点扭矩。

3）预应力梁专项施工

针对24m 跨预应力梁 (1000×2000mm ）实施差异化工艺：

张拉前全支撑：梁底立杆纵距加密至 600mm ，主楞采用 10# 槽钢（抗弯强度 205MPa），次楞 45×90mm 木方间距 150mm ；

张 拉 时 序 控 制： 混 凝 土 强 度 达 100% 后 分 两 阶 段 张 拉（ 010% σcon →100%σcon），张拉反力738kN 通过支架传递至基础；

留撑体系优化：张拉完成后保留 50% 立杆（间距调整为 1200mm) ），待灌浆强度达30MPa 后拆除。

3.2 安全控制体系

1）混凝土浇筑协同控制采用“分仓浇筑 + 智能监测”双控策略：

分仓设计：将24m 跨梁划分为8 个浇筑段（每段 ），采用“从跨中向两端”推进式浇筑，层厚≤ ;400mm ，间隔时间≤1.5h ；

荷载均衡：两台 62m 汽车泵对称布置，混凝土坍落度动态检测（ '160^～200mm) ），堆料高度限值 100mm （超限时启动分流装置）；

冷库施工：自然水温拌合，入模 ⩽30^∘C ，覆盖塑料膜 + 湿养护（14d）

2）临边作业防护体系构建“操作层- 外立面- 底部”三级防护：

操作层防护：满铺 3mm 厚钢脚手板，外侧设 180mm 高钢制挡脚板，临空侧搭设1.2m 高工具式护栏；

外立面防护：架体外延 600mm 搭设双排防护架，步距 1800mm ，外侧满挂阻燃密目网；

坠落防护：距地面 6m/12m 处设置双层水平安全网，网眼 ⩽50mm ，承受100kg 沙袋冲击试验无破损。

3）应急响应机制

建立“监测- 预警- 处置”三级应急体系：

实时监测：部署 24 个无线传感器节点（采样频率 10Hz ），数据同步至云端管理平台；

分级预警：水平位移 >5mm （黄色预警，人工复核）、 >8mm （红色预警，停工处置）；

快速响应：组建 15 人应急小组，配备 20t 液压千斤顶、 50mm 厚钢板等抢险物资，15 分钟内完成局部加固。

3.3 智能监测技术应用

1）监测系统架构

构建“三端一云”监测体系：感知层一共布置了 24 个监测点（含 12 个位移传感器、8 个倾角仪、4 个压力计）进行监测，全部覆盖特级荷载区。传输层采用 LoRa 无线传输 ( 传输距离 1km、丢包率 ⟨1%⟩ ，每 30min 上传一次数据；平台层为 BIM 可视化平台采集各监测点的数据信息，并自动生成变形趋势曲线和风险热力图。

2）关键参数动态分析

位移演变规律：混凝土浇筑阶段架体最大沉降 5.3mm （跨中区域），卸载后回弹 1.2mm ，残余变形 4.1mm ＜允许值 5mm ；

应力重分布：预应力张拉后，梁端立杆轴力增加 27% （32.5kN → 41.3kN），通过顶托调节使荷载差异率从23% 降至 12% ；

温度影响量化：冷库区域立杆日温差变形 0.8mm ，通过预设 4mm 伸缩缝消除应力累积。

3）技术效益分析

效率提升：较传统人工监测效率提升8 倍，隐患识别率提高至 98% ；

成本优化：无线传感器复用率达 90% ，单项目监测成本降低 35% ；

质量控制：实现架体变形毫米级控制，混凝土结构裂缝发生率从1.2% 降至0.3%。

4 工程实施与效果验证

4.1 质量控制成果

架体垂直度偏差 ⩽1/500H （实测最大 26mm/13.4m ），混凝土结构平整度≤ 3mm/2m，实体检测合格率达 98.6%。预应力梁张拉后反拱值 2.1mm ，满足设计允许值（ ⩽3mm. ）。

4.2 经济效益分析

无损耗：盘扣架比传统钢管脚手架重，但不需要扣件，无损耗，整体性优于传统钢管架，易于搭设与拆除，质量检查方便。

综合成本：较扣件式支架降低 22% ，节约成本约87 万元；

工期优化：模块化施工缩短工期15 天，单库区施工周期压缩至28 天。

4.3 技术创新验证

双重稳定系统：“水平剪刀撑 + 柱体拉结”使架体水平位移从 9.2mm 降至4.3mm ；

监测预警机制：成功预警3 次位移超限（ >5mm ），避免坍塌风险。

结论与展望

经研究发现，在冷链仓储工程中使用承插型盘扣式支架的良好应用性得到验证；架体最大沉降仅为 5.3mm ；混凝土成型合格率为98.6% ；相比传统做法能节约工期约 15 天和节约资金约 87 万元；所形成的冷链物流高支模施工方法可以进一步推广应用；将来将致力开发 BIM 和物联网相结合的自适应调平支架系统、高支模与装配式物流建筑协同施工技术、解决如 -30^∘C 超低温、大坡度异形结构等难题，推进冷链仓储工程向智能化发展。

参考文献

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作者简介：1982 年2 月，男，籍贯：湖南省衡东县，大学本科，工程师（建筑工程）  现就职于上海市上海万业向荣城市建设发展有限公司（万纬物流），在营造中心主要从事物流地产项目全周开发管理，当前主要负责全国冷链项目冷库工程设备安装管理，以及冷链园区设施设备维保管理工作；