建筑工程高大模板支设超限计算和论证分析

摘要：文章以某商办楼项目为背景，对高大模板支设进行超限计算和论证分析。根据项目特点确定超限范围，详细介绍高大模板支撑体系设计，包括材料选择、构造参数和地基处理。对模板及支撑体系进行全面计算，涵盖荷载取值与组合、模板和支撑强度及稳定性验算等。通过专家论证优化方案，保障项目施工安全与质量，为类似工程提供参考。

关键词：商办项目；高大模板；超限计算；专家论证

引言

随着建筑行业的发展，建筑结构形式日益复杂多样，高大模板支撑系统在建筑工程中的应用愈发广泛。高大模板支设的安全性直接关系到整个建筑工程的施工安全和质量，一旦发生坍塌等事故，将造成严重的人员伤亡和财产损失。根据相关规定，对于搭设高度 8m 及以上，或搭设跨度 18m 及以上，或施工总荷载（设计值）15kN/m² 及以上，或集中线荷载（设计值）20kN/m 及以上的混凝土模板支撑工程，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，必须进行超限计算并组织专家论证。本文通过对建筑工程高大模板支设的超限计算和论证分析，为实际工程提供科学合理的技术支持和决策依据。

1、高大模板支设超限计算

1.1 荷载计算

模板及支架自重：根据选用的模板材料（如木模板、钢模板）和支架形式（如钢管支架、碗扣式支架），按照相应的材料密度和结构尺寸进行计算。一般模板及支架自重取 0.3—0.75kN/㎡。

新浇筑混凝土自重：根据混凝土的配合比和浇筑部位的体积，计算混凝土的重量。一般普通混凝土容重取 24kN/m³。

钢筋自重：根据设计图纸中钢筋的布置和规格，计算钢筋的重量。不同类型的钢筋单位重量可通过相关标准查询。一般楼板钢筋自重取 1.1kN/m³，梁钢筋自重取1.5kN/m³。

施工人员及设备荷载：考虑施工过程中人员的活动和设备的放置，一般取值为 2.5kN/㎡。

振捣混凝土时产生的荷载：对于水平模板，取值为 2.0kN/㎡；对于垂直模板，取值为 4.0kN/㎡。

倾倒混凝土冲击荷载取值为2.0-6.0kN/㎡。

1.2 模板及支架的力学计算

抗弯强度计算：根据模板及支架的受力情况，计算其在各种荷载组合下的弯矩，然后按照材料的抗弯强度设计值进行强度验算。公式为：σ = M/W ≤ [f]，其中 σ 为弯曲应力，M 为弯矩，W 为截面抵抗矩，[f] 为材料的抗弯强度设计值。

抗剪强度计算：计算模板及支架在荷载作用下的剪力，按照材料的抗剪强度设计值进行验算。公式为：τ = V/A ≤ [fv]，其中 τ 为剪应力，V 为剪力，A 为受剪面积，[fv] 为材料的抗剪强度设计值。

挠度计算：为保证模板及支架的刚度，需计算其在荷载作用下的挠度，使其不超过规定的允许值。对于受弯构件，挠度计算公式为：ω = 5ql4/384EI ≤ [ω]，其中 ω 为挠度，q 为均布荷载，l 为计算跨度，E 为材料的弹性模量，I 为截面惯性矩，[ω] 为允许挠度值。

稳定性计算：对于高大模板支架，稳定性计算尤为重要。采用轴心受压构件的稳定系数法进行计算，公式为：N/（φA）≤ [f]，其中 N 为轴心压力，φ 为轴心受压构件的稳定系数，A 为构件的毛截面面积。

2、高大模板支设的论证分析

2.1 专家论证的组织

施工单位技术负责人组织编制高大模板专项施工方案后，应先进行内部审核：施工单位技术部门审核→企业技术负责人审核并签字→总监理工程师审核→建设单位项目负责人（或技术负责人）审核，并明确是否同意组织论证，再组织专家进行论证。专家应从具有丰富经验和专业知识的人员中选取，一般不少于 5 人。专家论证会由建设单位或施工总承包单位组织，建设单位、监理单位、施工单位、设计单位等相关人员参加。

2.2 论证的主要内容

方案的可行性：审查专项施工方案是否符合工程实际情况，是否满足相关规范和标准的要求。

计算书的准确性：对超限计算的过程和结果进行详细审查，确保计算方法正确、数据准确。

构造措施的合理性：检查模板及支架的构造是否合理，如立杆间距、水平杆步距、剪刀撑设置等是否满足稳定性要求。

施工工艺的科学性：审查施工工艺是否合理可行，包括模板的安装、拆除顺序，混凝土的浇筑方法等。

应急预案的有效性：检查应急预案是否针对可能出现的事故制定了有效的应对措施，是否具有可操作性。

2.3 论证后的整改与完善

根据专家论证意见，施工单位应及时对专项施工方案进行整改和完善。对于专家提出的重大问题，应重新进行计算和设计，并再次组织专家论证，直至方案通过论证为止。

3、工程实例分析

3.1工程概况

3.1.1项目基本信息

程名（上海）材料科技有限公司新建商办项目，本项目总用地面积12186.60平方米，总建筑面积40596.39平方米，其中地上建筑面积30872.00平方米，地下建筑面积9724.39平方米，主要为3幢商办楼，1号楼13层，2号楼5层，3号楼8层、整个地块下设1层地下室。地下负一层高5.8m，地上1号楼13层60m，2号楼5层24m，3号楼8层37.9m。

3.1.2高大模板支设区域及特点

本工程地下室区域及地下室人防区域部分梁超限，1#楼、2#楼及3#楼大堂区域顶板及梁支模架高度超过8m，1#楼主体现浇部分梁超限。高大模板搭设高度约4.0m～10.65m，板厚130、180、200、300mm，超限梁截面包括300*1600、300*1800、300*2500、400*1300、400*1600、400*2500、450*1300、450*1800、500*1400、500*1800、500*2000、500*2400、550*1100、600*900、650*900、700*800、700*900mm等。高大支模架采用Φ48mm钢管+顶托搭设，步距1.5m、1.8m；130、180、200mm厚板下立杆纵横向间距900×900mm布置，300mm厚板下立杆纵横向间距800×800mm布置；超限梁下均增设2根立杆，沿梁跨方向间距450/600/900mm；支模架立杆基础位于结构板。

本项目梁跨度均未超过18m，地下室区域及地下室人防区域部分梁截面较大，已超限；1#楼2#楼及3#楼大堂区域顶板及梁支模架高度超过8m，已超高；1#楼主体现浇部分梁截面较大，已超限。

3.2 高大模板支撑体系设计

3.2.1材料选择

为满足工程施工需要，模板体系必须有足够的强度、刚度和稳定性，以便承受新浇筑混凝土荷载和施工荷载，达到模板体系不破坏、不变形、不倾斜和不摇晃，保证各构件形状、尺寸和位置符合设计要求；模板支架选型还应考虑施工搭拆方便及确保施工安全。

综合考虑下采用扣件式钢管脚手架作为内支模架，框架柱采用方圆扣+方钢背楞。木方选用40mm×90mm白松，无腐朽、虫蛀、大结疤，进场还需核查含水率检测报告，禁止使用截面尺寸偏差大于3mm的木方；面板及侧板均采用木胶合板，厚度为15mm，表面平整无破损；钢管为Φ48×3.0无缝钢管（表面无裂纹、压痕、锈蚀深度≤0.18mm），核查产品质量合格证、厂家检测报告，禁止使用弯曲变形大于L/1000的钢管（L为钢管长度）；普通螺杆采用φ12对拉螺杆，立杆下面放置80mm*80mm的垫板。

3.2.2构造参数

结合本工程建筑平面布置与结构特点，满堂扣件脚手架方案作如下选定：满堂支撑脚手架采用钢管扣件式钢管架。立杆上采用50型可调顶托，顶托上方主龙骨选用Φ48×3.0mm钢管，居中安装。次龙骨选用40×90mm木方，模板选用15厚覆面木胶合板。材料参数表如下：

3.2.3地基处理

地下室超限梁立杆基础均为600mm厚钢筋混凝土地下室底板；超高部分及地上超限梁支模架立杆基础为混凝土楼板，上支模架结构强度未达到拆模要求时，下层支模架不得拆除。

每根立杆底部设置长度大于150mm、宽度不小于150mm，15mm厚度的木垫板，对混凝土表面进行保护。

3.3 超限计算

3.3.1荷载超限计算说明

根据《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2018和《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》住房和城乡建设部令第37号，施工总荷载15KN/m²（荷载效应基本组合的设计值）以上，或集中线荷载20KN/m（荷载效应基本组合的设计值）以上，板搭设高度8米以上，梁搭设高度5米以上，梁、板跨度18米以上的混凝土模板支撑工程属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，需组织专家论证。

施工总荷载包括永久荷载和可变荷载，永久荷载为楼板钢筋混凝土自重和模板及其支架自重，混凝土按24KN/m³取值，楼板钢筋按1.1KN/m³取值，梁钢筋按1.5KN/m³取值。可变荷载包括施工人员及设备机具、振捣混凝土荷载和风荷载（高度≥10m时考虑）等产生的活荷载，施工人员及设备机具按2.5KN/m²取值；混凝土振捣时产生的荷载标准值，按水平面2KN/m²取值，垂直面4.0KN/m²取值。

3.3.2模板及支撑体系计算

（1）梁底模板计算：以框架梁为例，计算梁底模板的抗弯强度、抗剪强度和挠度。将梁底模板视为多跨连续梁，承受模板自重、新浇筑混凝土自重和钢筋自重等荷载。经计算，梁底模板的抗弯强度和抗剪强度均满足规范要求，最大挠度小于L/400，满足规范要求。

（2）梁底支撑计算：计算梁底立杆的稳定性和主楞、次楞的强度及变形。立杆稳定性计算考虑轴心受压和偏心受压两种情况，通过计算立杆的长细比、稳定系数等参数，确定立杆的稳定性满足要求。主楞和次楞按连续梁进行计算，其强度和变形也均符合规范规定。

（3）板底模板及支撑计算：对于300mm厚的楼板，计算板底模板的抗弯强度、抗剪强度和挠度，以及板底立杆的稳定性。计算方法与梁底模板及支撑类似，经计算各项指标均满足规范要求。

3.3.3整体稳定性分析

采用品茗软件对高大模板支撑体系进行整体稳定性分析。建立三维模型，考虑结构的几何非线性和材料非线性，模拟在最不利荷载组合作用下支撑体系的受力和变形情况。分析结果表明，支撑体系在设计荷载作用下具有足够的整体稳定性，未出现失稳破坏现象。

3.4 专家论证

3.4.1专家论证会组织

在完成高大模板支设专项施工方案的编制和计算后，施工单位组织召开专家论证会。邀请了5名具有丰富经验的建筑结构、施工安全等方面的专家参加论证会。建设单位、监理单位、设计单位等相关人员参加了会议。

3.4.2 意见及建议

（1）整改意见

1）完善施工总平面布置图，明确高大支模施工阶段进出道路、临时水电、加工棚、堆场、泵车站位等布置。

2）所有梁下均应增设立杆，按单杆承载砼方量不大于0.35m3控制，顶托承载；梁下立杆沿梁跨方向间距与相邻板下立杆间距一致或成倍数加密，采用水平杆连成整体。

3）本工程存在较多斜梁、异形梁，应完善斜梁下支模架立杆布置要求，应保证梁下立杆数量、间距不大于控制值。

4）梁两侧立杆距梁边应控制在300～350mm之间，梁下承重水平杆与梁两侧立杆各扣接2根以上；梁高大于800mm时，应在梁两侧增设钢管斜撑固定，以加强稳定性；斜撑应固定在立杆与水平杆节点附近。

5）加强双向水平杆、剪刀撑布置管理，不得缺失；扣件式钢管剪刀撑宽度不大于6.0m，呈45°～60°，竖向剪刀撑应四周封闭、从顶部至底部连续设置；层高大于5.0m时，每3步增设1道水平剪刀撑。

6）完善各区域高大支模架的施工平面、立面图，明确立杆、水平杆、剪刀撑具体布置；后浇带区域支模架应单独留设，斜坡道区域应增设垂直于板面的钢管支撑加强。

（2）建议意见

1）高大支模施工时，应先完成墙、柱等竖向结构，再施工板、梁等水平结构；高支模架与已施工完成的竖向结构拉结成整体。

2）严格控制钢管、顶托等进场质量，复试合格后方可使用；钢管采用Ф48×3.0mm，顶托外径≥36mm、托板≥5mm，材质符合相关规范要求。

3）立杆采用顶托承载时，扣件式钢管应采用对接接长，严禁搭接；立杆伸出顶层水平杆不大于500mm，顶托伸出长度不大于250mm，顶托内双钢管承载。

4）混凝土浇筑应对称、分层浇捣，严格控制泵口出料、浇筑速度，及时摊铺，不得堆载；超限大梁砼浇筑速度宜不大于1.0m/h，高低跨大梁宜分二次浇筑成型。

5）明确高大支模架验收标准、验收程序、验收内容、验收人员，加强支模架搭设过程的验收，落实浇筑令、拆模令制度。

6）复核高大支模架立杆基础，应保证承载力、稳定性满足要求；上支模架结构强度未达到拆模要求时，下层支模架不得拆除。

3.4.3结果

经过充分讨论，专家们一致认为该专项施工方案内容完整、计算准确、技术措施合理可行，同意通过论证。优化后的方案经监理单位审核、建设单位批准后，用于指导现场施工。

4、结论

通过对本商办项目高大模板支设的超限计算和论证分析，得出以下结论：

（1）准确确定高大模板支设的超限范围，根据工程特点合理选择支撑体系材料和构造参数，是保障支撑体系安全可靠的基础。

（2）严格按照相关规范进行荷载取值与组合，对模板及支撑体系进行全面、细致的计算，包括构件的强度、稳定性和变形计算，以及整体稳定性分析，能够确保支撑体系在施工过程中满足各项力学性能要求。

（3）组织专家论证是保证高大模板支设专项施工方案科学性和合理性的重要环节。通过专家论证，能够发现方案中存在的问题和不足之处，并及时进行优化和完善。

（4）本项目在高大模板支设过程中，通过严格执行经过论证的专项施工方案，加强施工过程中的安全管理和质量控制，顺利完成了高大模板的施工任务，未发生任何安全事故，确保了工程质量和进度。该项目的成功经验为类似商办项目及其他建筑工程中的高大模板支设提供了有益的参考。在今后的工程实践中，应继续加强对高大模板支设技术的研究和应用，不断提高施工技术水平和安全管理水平。

参考文献：

[1]王琳，仲崇红，安晓清.房建土建工程中的高大模板支设施工技术[J].工程建设与设计，2020（05）：193-195.

[2]王猛.浅析土建工程中高大模板支设施工技术应用探讨[J].绿色环保建材，2020（02）：229.