扣件钢管单面支撑体系设计与施工

1?单侧支模支撑体系

目前地下室外墙单侧支模的形式以支撑加固体系可主要分为两类：第1类是以拉结为主的单面支模方案；第2类是无对拉的支撑方式。无对拉的支撑主要有两种：第1种是工具式型钢三角桁架支撑；第2种是钢管扣件排架斜撑。

1.1?以拉结为主的单面支模方式

在基坑支护桩上植筋，构建的支撑形式作为模板安装的对拉螺杆拉结筋，其受力机制与常规双面支模极为相似，从而确保了其高度的安全可靠性。在支模与拆模操作过程中，这一形式展现出了较高的便捷性与高效性，其人工需求与传统双面支模相差无几。此外，该方案允许外墙与楼面梁板同步浇筑，确保了施工速度与双面支模方法差别不大。

在浇筑混凝土的过程中，外墙爆模的风险大幅降低，从而确保了混凝土结构的拆模质量。然而，这一支撑形式也并非完美无缺。其侧模间设置的对拉螺栓不可避免地会损害侧墙防水的整体性，无疑增加了防水工程的额外成本。

更严重的是，这些对拉螺栓与主体结构形成了牢固的刚性连接。随着主体结构的建造和沉降，这些刚性连接点可能转变为潜在的渗水源头，对结构的防水性能构成威胁，甚至可能引发渗漏问题，给建筑的安全性带来重大隐患。

1.2?无对拉支撑方式

在无对拉支撑技术领域中，主要有单侧模板支撑体系。一种是高度集成化的工具式型钢三角桁架支撑，其以精密的结构设计和卓越的承重能力，抵抗单面墙体模板在混凝土浇筑时产生的侧压力；另一种是钢管扣件排架斜撑系统，用钢管斜撑结构抵抗侧压力，为模板提供稳定而可靠的支撑。

1.2.1?工具式型钢三角桁架支撑

工具式型钢三角桁架支撑不设置对拉螺栓，通过精密设计的工具式三角斜撑钢支架与强大的地锚系统紧密结合，形成坚固且刚度较高的单侧支模架。工具式型钢三角桁架支撑可以抵抗地下室外墙在混凝土浇筑过程中产生的巨大侧压力，而且因其独特的受力形式和出色的刚度，确保了结构的安全与稳定。此 外，该支撑体系还显著减少了因对拉螺栓使用可能导致的外墙防水层渗漏问题，进一步提高了工程质量。

然而，这种工具式型钢三角桁架支撑也存在局限性。首先，其自重较大，需要借助塔式起重机等大型设备进行安装，这无疑增加了施工的复杂性和成本。其次，由于三脚架的设计特点，使其无法与楼板支撑架同步搭设，导致施工流程必须按照先浇筑墙体混凝土，后浇筑楼板混凝土的顺序进行，这在一定程度上影响了整体结构的施工进度。再次，该支撑系统的造价相对较高，且由于结构复杂，其周转利用率也相对较低，进一步增加了项目的经济成本。最后，若在施工过程中操作不当，还存在潜在的倾覆风险，对施工现场的安全构成了威胁。

1.2.2?扣件钢管排架斜撑

在钢管扣件排架斜撑的常规应用中，其通过扣件将排架斜撑与模板紧密相连，同时在水平方向上采用钢管扣件将排架紧密相连，形成了一个稳固的整体结构。这一体系能够将混凝土侧压力有效传递至预埋地锚上，确保了结构的稳定性。

这种扣件排架斜撑主要依赖于普通脚手钢管和扣件构建而成，不仅降低了材料成本，而且减少了因使用对拉螺栓可能导致的外墙防水层渗漏问题。该支撑体系能够与楼板支撑架同时搭建，实现外墙与楼板混凝土的同时浇筑，显著提高了施工效率。

此外，其搭拆工作仅需人工即可完成，无需依赖塔式起重机等大型设备，进一步降低了施工成本。然而，这种扣件排架斜撑也存在一些不足，其搭拆工作量相对较大，需要投入较多的人力和时间。同时，由于支撑扣件连接节点众多，难以确保所有扣件都紧密连接，存在一定的胀模风险。因此，在施工过程中，必须严格控制每一个连接节点的质量，确保整个支撑体系的稳定性和安全性。

2?工程概况

本工程为单体，该建筑地上16层，地下2层，结构高度99.5?m，总建筑面积约49?678.98?m ² ，基础为筏形基础，主体结构为框架剪力墙结构，地下室侧墙高度5.2?m、厚度600?mm。

本工程场区狭小，西侧支护结构采用咬合桩的支护形式，并且咬合桩与轴的地下室外墙间距只满足防水及保护层施工，因此地下室墙体计划采用单面支模体系。

3?单侧支模支撑体系

3.1?设计难点

（1）在本工程中，地下室外墙厚600?mm、高5.2?m，外侧防水层要求无穿透。浇筑时侧压力大，模板支撑体系需具备超强的强度、刚度和稳定性，确保施工质量和安全。

（2）受内支撑影响，定型化工具式支模体系吊装安装无法实施，只能采用扣件式单面支模体系，并确保单侧模板体系不发生跑模、胀模等情况。在综合考量结构受力性能、安全性、施工周期以及成本等多项指标后，经慎重选择，最终确定将扣件钢管排架斜撑作为最理想的支撑方案。

为确保此方案的安全性、可靠性，尚需对所选支撑体系进行精细的结构设计，并进一步分析其在应力、变形及稳定性等方面的表现。同时，对于扣件钢管排架斜撑的选型，不仅体现了其在受力性能上的优越性，而且充分考虑了施工周期的缩短和成本的有效控制，从而确保整个工程的高效性与经济性。

通过详尽的应力、变形及稳定性分析，将为这一支撑体系提供坚实的理论基础，确保其在实际施工中发挥最佳性能。

3.2?支撑体系设计

模板面板采用厚度为12?mm的覆面木胶合板；小梁采用50?mm×70?mm方木（杉木），竖向布置，间距100?mm；主梁采用直径48.3mm×3.6?mm单钢管（实际计算按直径48mm×2.8?mm），钢管材质为Q?235钢，主梁钢管距墙底高度见表1；扣件钢管排架斜撑采用直径48.3mm×3.6?mm钢管（实际计算按直径48mm×2.8?mm）搭设，搭设方式如图1所示，钢管材质为Q?235钢，排架水平间距500?mm；设7道预埋钢管，采用直径48.3mm×3.6?mm钢管（实际计算直径48mm×2.8?mm），预埋30?cm，外露50?cm，内灌灌浆料，第1道预埋钢管设置在墙底，其余6道距墙底距离分别为600?mm、1?100?mm、2?000?mm、3?000?mm、4?000?mm、5?000?mm。

表1?主梁钢管位置

   

   

图1?架体搭设构造示意

4?单侧支模支撑体系有限元分析

利用SAP?2?000有限元软件对支撑体系整体受力性能进行模拟分析。

4.1?模型假定

（1）假定杆件相交于一点，忽略荷载偏心影响。

（2）将杆件之间的连接视为铰接。

（3）杆件的工作是处于弹性阶段。

（4）施工中的侧向荷载等效为均布荷载施加在 各榀扣件钢管排架的侧面。

（5）不考虑风荷载、地震作用影响。

（6）支撑架杆件底部与预埋件的连接为铰接。

（7）不考虑架体扭转效应的影响。

4.2?结构尺寸及单元选取

本工程为模板单面支撑架单榀结构分析，在单元选取过程中，支撑选用杆单元建模（表2），各杆件之间的连接按铰接考虑，安全储备较高，以满足实际需求。

表2?有限元模型参数信息

   

4.3?有限元分析

利用有限元软件SAP?2?000进行建模时，首先构建了一个三维模型，以模拟单侧支模支撑体系，随后将外墙混凝土荷载和浇筑过程中产生的施工荷载施加于架体侧面，从而深入分析了架体的应力和变形情况。通过SAP?2?000软件，进一步对单侧支模支撑体系的三维模型进行细致分析。在模拟过程中特别考虑了外墙混凝土荷载和浇筑施工荷载对架体侧面的影响，并 据此进行了应力和变形的全面评估。

由变形云图和应力云图可知，浇筑速度为2?m/h时，混凝土侧压力作用下位移最大值发生在模板单面支撑架内侧钢管顶部，最大值为3.5?mm，最大压应力 发生在模板单面支撑架内侧钢管底部位置；最大压应力为196?MPa；最大拉应力发生在模板单面支撑架内侧钢管顶部位置，最大拉应力为168?MPa，均未超过钢管的屈服强度。

由应力云图可知，浇筑速度为2?m/h时，混凝土侧压力作用下节点反力最大处位于模板单面支撑架内侧的预埋钢管上，节点反力最大值为20?984.07?N。内侧支座的节点反力大于外侧支座的节点反力。

支撑体系搭设要点如下。

（1）鉴于地下室外墙的高度达到5.2?m，支撑架的搭建工作必须由持有专业高空作业资格证书的特种作业人员执行。搭建前对所有参与作业的人员进行技术培训和安全交底，每位工人作业时都必须严格佩戴安全带，以确保整个搭建过程的安全。

（2）在支撑架搭建的准备工作阶段，测量团队会进行精确的放线定位，以确保每排钢筋都能准确无误地平行于模板，并且严格定位在同一直线上，从而保证支撑架的整体稳定性和承重能力。

（3）在支模系统的搭建、拆除以及混凝土浇筑的各个环节，将严格限制非作业人员进入，并设立专人进行全程监督，以确保作业现场的安全和秩序。

（4）为了防止新浇筑的混凝土在侧压力作用下导致胀模，特别在地下室墙体高度的中点位置设置了工字形钢斜撑，作为重要的安全预防措施。

（5）斜撑底部的木垫板将通过坚固的铁丝紧密固定在预埋钢管上，以防止其在水平力的作用下发生位移，确保支撑结构的稳固性。

（6）根据混凝土浇筑过程中产生的荷载传递效应，对模板、竖楞、外楞以及整个支撑体系的稳定性进行细致的计算和评估，以确保整个结构能够承受各种力的作用。

（7）为了避免支撑体系在平面外失稳，特意在各支撑架之间安装了水平钢管进行连接，形成了一个稳定的支撑网络，以增强整体结构的稳定性。

（8）为了减小斜撑的计算长度，特别设置了斜杆和水平杆，以确保斜撑在受压状态下的稳定性和安全性。同时，钢管的接长部分均采用高强度的对接扣件进行连接，以增强结构的整体强度。

（9）预埋钢管在混凝土底板中的嵌入深度和外露长度都经过了精确计算，内部填充了C?50高强灌浆 料，以防止支撑体系发生任何形式的位移。

（10）在浇筑底板混凝土时，首先会浇筑500?mm高的侧墙部分，并采用焊接方式预埋螺杆，利用螺杆将模板底部紧密固定，以确保模板的稳固性和安全性。

（11）支撑架搭建完成后，将按照严格的规范和验收标准进行检查和评估。对于任何不符合要求的部分，将立即进行整改，直到确认完全符合专项施工方案的要求后，方可进行下一道工序施工。

5?混凝土浇筑控制要点

5.1?浇筑要点

（1）对于地下室外墙混凝土的浇筑，首先要确保混凝土到场后的坍落度满足严格的设计标准，这也是施工关键。任何不符合要求的混凝土，必须立即进行退场处理，坚决杜绝现场私自调整坍落度的行为。

（2）鉴于侧墙的高度特点，混凝土浇筑过程必须实施精准的分段、分层策略。必须严格控制每层的浇筑厚度和顺序，确保各层之间无缝衔接，防止分层线和冷缝的产生，从而保障结构外观的平滑与完整。为确保浇筑的连续性和效率，必须及时准确地与预拌混凝土搅拌站沟通，确保浇筑时间和方量的精确传递。

（3）混凝土入模温度的控制是确保浇筑质量的关键环节。在炎热的夏季，应选择气温最低的时段，如在凌晨进行浇筑，以减缓混凝土的温度上升；而在寒冷的冬季，则应选择气温最高的时段，如在中午进行，以避免混凝土因低温而冻结。此操作策略旨在确保混凝土在浇筑过程中保持稳定的性能。

（4）在混凝土振捣过程中，必须细致把控振捣的强度和频率。若振捣不足会导致气泡滞留，形成麻 点；而过度振捣则可能导致混凝土分离和骨料集中，同样形成质量问题。因此，需要精心控制振捣过程，确保混凝土内部结构均匀、密实。

（5）为了降低振捣过程中产生的侧压力对模板的影响，必须严格规范振捣棒的操作。振捣棒应放置在墙体中间或靠近外侧模板的位置，严禁直接触碰内侧模板，以免产生过大的施工移动荷载，导致模板变形或损坏。

（6）在浇筑混凝土前，对施工缝的处理必须细 致。任何杂质和残留物都必须彻底清除，确保施工缝表面干净、平整。只有这样，才能确保新浇筑的混凝土与旧混凝土紧密结合，避免产生蜂窝状结构或其他质量问题。

5.2?定期监测

（1）为确保单侧支撑区域在严苛施工环境下的绝对安全，不仅在模板系统与支撑架的关键位置设立了密集的观测点，而且指派了经验丰富的专职测量团队进行全天候、无间断的细致监测，确保任何微小变化都能被及时发现并处理。

（2）在浇捣作业中，重点对架体的稳定与安全进行监测。一旦发现安全隐患的苗头，立即通知木工团队进行紧急干预和修复，当隐患达到一定程度时，暂停浇捣作业，并紧急将现场作业人员疏散至安全 区域。 同时，迅速报告项目经理，并启动应急预案，直至危险完全解除，方可重新启动混凝土的浇筑工作。在整个过程中，对支撑系统的任何细微变化都保持高度的警觉和关注。

（3）为了对单侧支模区域进行更全面、深入的监督，特别指派了资深专职安全员进行全程旁站监督，并加强了该区域的巡查频次和力度。不仅要确保施工过程中的每一个环节都符合安全标准，而且要对可能出现的意外情况提前进行预判和准备，以确保整个施工过程的安全与顺利进行。

5.3?导墙处水平缝处理

（1）在导墙水平施工缝的打造上，采用高精度拉通线技术，确保切缝精准无误，进而通过精细的凿平工艺，使导墙的水平接缝达到极致的平滑与精确，确保整体结构的稳固与美观。

（2）针对导墙侧面混凝土可能出现的错台或起鼓现象，运用先进的打磨技术，对墙面进行细致的修正，确保墙体的垂直度和平整度达到最佳状态。这一步骤不仅提升了墙体的美观度，而且为侧墙模板的紧密贴合提供了有力保障，有效避免了漏浆和跑浆的风险。

（3）在处理水平和竖向施工缝时，采用深度凿毛技术，彻底清除表层的浮浆和缝内的杂物，直至露出坚实新鲜的混凝土面。随后利用高压水枪进行全方位冲洗，确保施工缝内干净无残留。特别是对于止水钢板上的水泥浆，采用专业的清洗剂进行清除，以确保新旧混凝土在二次浇筑时能够无缝结合，形成强大的粘结力，为防水效果提供保障。

（4）为确保导墙模板与底部之间无缝贴合，使用单面胶带粘贴技术。在导墙下方全长范围内，粘贴单面胶带，确保模板与导墙之间紧密无隙，从根本上杜绝底部漏浆或跑浆的可能性。

（5）在导墙施工缝的处理过程中，严格执行项目管理人员的监督与指导，全程参与，并且对每个环节都进行细致的检查和评估，确保了整个施工过程的安全高效，为项目的成功实施提供了有力保障。

6?支撑体系拆除要点

（1）在混凝土结构达到设计强度的100?%且无任何疑问后，经过项目部的评估与批准，方可严谨有序地展开单面支模部分模板及支架的拆除工作。

（2）在启动拆除作业之前，务必进行周密的检 查，确保支撑体系的整体稳固性达到极致，每一个连接点都经过严格的验证。

（3）为确保支撑系统拆除作业的安全与效率，坚持“后装先拆、先装后拆”的原则，从顶部开始，逐层向下进行精细化拆除，坚决杜绝任何上下同时作业的潜在风险。

（4）在支撑体系拆除过程中，绝不允许随意抛掷已拆除的杆件、模板等材料。指派专业人员进行精细搬运，将其安全运送至卸料平台，并通过塔式起重机平稳运送至地面，随后按规格进行整齐、有序堆放。

（5）为确保拆除区域的安全，设立醒目的警戒 线，并在拆除区域设置严密的警戒区，配备专人进行全天候的监管，确保无人擅自进入，从而保障拆除作业的安全进行。

（6）在拆除作业中，坚持人员不换岗的原则。若因特殊情况必须换人，双方要进行详尽的交接，确保工作无缝对接。对已出现松动的模板，坚持一次性完成拆除，不留任何安全隐患，确保作业安全与高效。

7?结束语

（1）通过有限元分析表明，最大变形在模板单面支撑架最内侧钢管顶部，虽然最顶部架体位置侧压力较小，但因扣件钢管单侧支模支撑体系整体为三角形设置，最顶部架体位置刚度较小，变形相对较大。实际施工中架体顶部位置悬挑且刚度较小，易因失稳产生较大变形，对支撑体系受力产生不利影响，建议在支撑体系顶部加设拉接措施或增加支架顶部刚度。

（2）经过有限元模拟测试，不仅确认了此种架体的承载力达到并超越既定标准，其应力分布和形变均被精细控制在安全阈值之内，斜撑杆的轴力更是远低于立杆所能承受的极限荷载，从而确保了架体结构的稳固与可靠。

因此，该架体在实际应用中展现出无可挑剔的安全性和可靠性。在当前的建筑领域中，单面支模技术因其独特的优势而备受关注。通过一系列实际项目的验证说明，扣件钢管排架斜撑方案已被证实为一项高效、安全的解决方案，极大地提高了施工效率，显著增加了经济效益与社会效益，成功攻克了地下室外墙单侧支模支撑的技术瓶颈。这一显著的实践成果，可为今后类似工程施工提供参考。