大跨高支模设计优化方案施工

大跨高支模设计优化方案施工

通州建总集团有限公司 2 一、工 程 概 况 中虹花园中学工程占地约 1.54 万 ㎡，总建筑面积约 12141㎡ （地上 10621㎡ ，地下 1520㎡ ）；建筑高度 23.8 m ；主楼为框架 6 层；风雨操场为单层框架。 该工程风雨操场屋顶结构采用了预应力钢筋混凝土框架结构，板顶标高 12.40 m 、预应力混凝土梁截面面积较大（ 700 ㎜×1650 ～ 2200 ㎜ ），跨度为 21.00 米，楼板厚 110 ㎜ ，次梁间距 3300㎜ ，屋面框架梁为 350 ㎜×900 ㎜ ，跨度为 6600㎜ 。根据国家及上海市的有关规定，凡支撑体系一次支设高度 ≥ 8 米或跨度≥ 18 米的即为高大模板，因此本工程属高大模板范畴。往年全国在高大模板的施工中 , 倒塌事故时有发生。所以，对大跨度、高支撑模架的设计计算、优化和施工是本工程的技术关键。 上海市中虹花园中学工程 QC 小组   通州建总集团有限公司 3 二、 Q C 小 组 简 介   上海市中虹花园中学工程 QC 小组   小组名称 中虹花园中学工程 QC 小组 本课题小组类型 攻关型 成立日期 2003.3 登记日期 2003.3 小组人数 8 人 本课题活动时间 2006.2 ～ 2006.4 活动周期 每周二次 培训情况 人均 24 课时 获奖情况 （ 1 ） 该小组参加嘉定区委党校项目部 QC 小组活动获得 2003 年度上海市工程建设优秀质量管理小组三等奖； （ 2 ）该小组参加宝山四季花城会所工程 QC 小组活动获得 2004 年度上海市工程建设优秀质量管理小组二等奖； （ 3 ）威盛科技中心工程 QC 小组获得 2005 年度上海市工程建设优秀质量管理小组二等奖。     通州建总集团有限公司 4 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 5 小组成员概况     上海市中虹花园中学工程 QC 小组   序号 组内分工 姓 名 性别 职 务 职 称 学历 培训情况 主办单位 1 组 长 全面实施 王志兵 男 项目经理 工程师 大专 沪工质协 2 技术指导 方案审批 卞飞亚 男 总工程师 高 工 本科 沪工质协 3 副组长：方案编制及数据分析 费学均 男 项目工程师 高 工 大专 沪工质协 4 生产协调及 人员安排 张建峰 男 项目副经理 工程师 大专 沪工质协 5 过程跟踪、安全监控及数据收集 戴奎生 男 安 全 员 助 工 大专 沪工质协 6 标高、轴线及 平整度控制 朱宏刚 男 施 工 员 工程师 本科 沪工质协 7 物料供应、施工机具及材质控制 黄 杰 男 材 料 员 助 工 中专 沪工质协 8 施工过程操作 方法跟踪控制 戴建兵 男 技术工人   中学 通州建总       通州建总集团有限公司 6 三、选 题 理 由 1 、业主对本工程的管理目标要求（合同条款）为：确保该工程获得文明工地及白玉兰奖。 2 、该工程风雨操场大梁的跨度大（ 21m ），梁截面尺寸大（ 700㎜×1650~2200㎜ ），支架高度大（ 12.4m ）。 根据国家相关文件规定，本工程属高大模板范畴。 3 、高大模板的施工工艺，在本项目部尚属首次。且往年全国在高大模板施工中倒塌事故时有发生。 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 7 四、施 工 难 点 1 、本工程大梁的跨度大（单跨 21m ），梁的截面尺寸大（ 700㎜×1650~2200㎜ ），自重大（ 2887.5Kg/m ），支撑系统高度大 12.4m ，（根据国家相关文件规定，本工程属高大模板范畴）。 2 、根据相关软件计算后得出图一：梁模板支撑架立面简图（详见第 20 页）。从图中看出，梁底宽度为 700㎜ ，支撑立管（ φ48 ）需要 4 根，不易操作，施工难度大。 3 、支撑立杆直接支承在原土地面上，易造成不均匀沉降。 4 、一次支撑高度大，易出现失稳现象而造成整体倒塌，此类事故在我国时有发生。 5 、高大模板的施工工艺在本项目部尚属首次，相关操作人员无经验。 6 、由于梁截面大，因而侧模板高度大，所以浇筑时混凝土的侧压力大，易产生胀模现象。 7 、采用软件计算时，其钢管是按 φ48×3.5 计算的，而实际市场上钢管的壁厚均≤ 3.0㎜ 。 分析人员： QC 小组全体人员 2006 、 2 、 15 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 8 五、课题目标及可行性分析 （一）课题目标 通过设计优化，简便施工工艺，确保大梁支撑体系有足够的强度、刚度和稳定性，确保安全生产，施工中不发生整体倒塌事故，从而保证文明工地及白玉兰奖的目标实现。 （二）可行性分析 1 、认真编制高大模板的专题施工组织方案，利用相关软件进行精确计算，并经专家论证通过后方可组织实施。 2 、成立 QC 攻关小组，施工前对相关人员认真进行技术交底和培训，施工中派专人进行过程监控，施工结束后及时进行经验总结，为以后类似工程提供经验和依据。 3 、由于实际钢管壁厚与理论钢管壁厚有差异，为了确保安全，把利用软件计算后的理论数据乘以 0.80 的系数进行验算，并对其进行优化。 4 、本项目部有一批创文明工地及创白玉兰奖的优秀管理班子和操作工人。 （三）结论：目标能实际。 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 9 六、现场调查 从报纸及电视中看到，历年来全国在高大模板施工中发生过多次倒塌事故，损失惨重，因此国家及上海市的有关部门均发出通知，凡模板支撑体系高度≥ 8 米或跨度≥ 18 米的，其方案均必须经过专家论证通过后，方可组织实施。 高大模板施工问题调查表 序号 类 别 频数 频数累计 频率（ % ） 频率累计（ % ） 1 ． 支撑体系整体倒塌 17 17 65 ． 4 65 ． 4 2 ． 胀 模 5 22 19 ． 3 84 ． 7 3 ． 轴线偏位 2 24 7 ． 7 92 ． 4 4 ． 漏 浆 1 25 3 ． 8 96 ． 2 5 ． 砼蜂窝麻面 1 26 3 ． 8 100   上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 10 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 11 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 七、原因分析 针对主要问题，用因果分析图进行分析，如下图： 支 撑 体 系 整 体 倒 塌 机械 人员 机械振捣对支撑体系的影响 技术人员管理经验不足 管理不严 工人操作水平参差不齐 质量意识淡 方法 工人培训时间少 地面原土承载力低 环境 交底没有交到工人 材料 钢管壁厚达不到 3.5㎜ 立管间距小不易操作 剪刀撑偏少 扫地横杆偏少 3.5 环境温度低 支撑架未与周边柱形成整体 大梁的自重大 钢管数量不足 模板侧压力大 通州建总集团有限公司 12 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 八、确定主要原因 根据以上因果分析图中 14 个 “ 相关 ” 因素，经 QC 全组人员深入分析，确定有 6 个主要因素：（见下表） 要因确认表   序号 相关因素 验证分析 验 证 负责人 时 间 结 论 1 机械振捣对支撑体系的影响 机械振捣对支撑体系的影响属正常情况 黄 杰 戴建兵 06 、 2 、 18 次要因素 2 钢管数量不足 只要将钢管数量增加到设计要求即可 王志兵 黄 杰 06 、 2 、 18 次要因素 3 钢管壁厚达不到 3.5㎜ 目前市场上供应的钢管壁厚一般均≤ 3.0㎜ ，如不采取相应措施，将易产生整体倒塌事故 王志兵 黄 杰 06 、 2 、 18 主要因素 4 支撑架未与周边柱形成整体 支撑架如不与周边柱固定并形成整体，易产生失稳现象 张建峰 戴奎生 06 、 2 、 18 主要因素 5 立管间距小不易操作 大梁底 700㎜ 内设 4 根立杆，且间距均分，搭设很困难 费学均 朱宏刚 06 、 2 、 18 主要因素 6 剪刀撑偏少 如剪刀撑（垂直方向及水平方向）偏少，易产生支撑体系失稳现象 费学均 张建峰 06 、 2 、 18 主要因素 7 扫地横杆偏少 扫地横杆偏少也是产生支撑体系失稳的主要因素之一 费学均 朱宏刚 06 、 2 、 19 主要因素 8 交底没有交到工人 只要将交底工作做细即可 王志兵 卞飞亚 06 、 2 、 19 次要因素 9 管理不严 只要加强管理即可 王志兵 卞飞亚 06 、 2 、 19 次要因素 10 质量意识淡 只要加强质量意识教育和培训即可 王志兵 卞飞亚 06 、 2 、 19 次要因素 11 地面原土承载力低 地面原土承载力低，将使支撑体系产生不均匀沉降，从而产生失稳现象 卞飞亚 朱宏刚 06 、 2 、 19 主要因素 12 模板侧压力大 只要增加穿梁螺杆数量即可解决 张建峰 戴奎生 06 、 2 、 19 次要因素 13 大梁的自重大 只要按设计要求的数量设置支承立杆即可 张建峰 戴奎生 06 、 2 、 19 次要因素 14 环境温度低 环境温度低仅对混凝土强度有影响，而对模板支撑体系的影响不大 张建峰 戴奎生 06 、 2 、 19 次要因素   通州建总集团有限公司 13 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 要因确认一：机械振捣对支撑体系的影响 1 ） 2006 年 2 月 18 日，由黄杰、戴建兵组织相关人员运用头脑风暴法对机械振捣对支撑体系的影响进行了分析，一致认为其影响与常规施工中的影响基本相同，属正常范围。 结论 次要因素 要因确认二：钢管数量不足 2 ） 2006 年 2 月 18 日，由王志兵、黄杰组织相关人员运用头脑风暴法对钢管数量不足对支撑体系的影响进行了分析，一致认为只要按设计要求的钢管数量配足即可达到安全要求。 结论 次要因素   要因确认三：钢管壁厚达不到 3.5㎜ 3 ） 2006 年 2 月 18 日，由王志兵、黄杰组织相关人员运用头脑风暴法对钢管壁厚达不到 3.5㎜ 对支撑体系的影响进行了分析，经过市场调查，目前市场上供应的钢管壁厚一般均≤ 3.0㎜ ，如仍按 3.5㎜ 壁厚配备钢管数量，不采取相应措施，其承载力达不到设计要求，将易产生整体倒塌事故。 结论 主要因素 通州建总集团有限公司 14 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 要因确认四：支撑架未与周边柱形成整体 4 ） 2006 年 2 月 18 日， 由张建峰、戴奎生组织相关人员运用头脑风暴法对支撑架未与周边柱形成整体对支撑体系的影响进行了分析，一致认为支撑架如不与周边柱固定并形成整体，其整体刚度、强度差，易产生失稳现象。 结论 主要因素 要因确认五：立管间距小不易操作 5 ） 2006 年 2 月 18 日，由费学均、朱宏刚组织相关人员运用头脑风暴法对立管间距小不易操作对支撑体系的影响进行了分析，从 “ 图一：梁模板支撑架立面简图 ” 中看出，大梁底 700㎜ 宽度范围内设置 4 根（ φ48 钢管）立杆，且间距均分，搭设很困难，所搭设的支撑体系难达到理想要求。 结论 主要因素   要因确认六：剪刀撑偏少 6 ） 2006 年 2 月 18 日，由费学均、张建峰组织相关人员运用头脑风暴法对剪刀撑偏少对支撑体系的影响进行了分析，一致认为，如剪刀撑（垂直剪刀撑及水平剪刀撑）偏少，易产生支撑体系失稳现象。 结论 主要因素 通州建总集团有限公司 15 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 要因确认七：扫地横杆偏少 7 ） 2006 年 2 月 19 日，由费学均、朱宏刚组织相关人员运用头脑风暴法对扫地横杆偏少对支撑体系的影响进行了分析，支撑体系扫地横杆偏少是施工现场的常见通病，也是产生支撑体系失稳的主要因素之一。 结论 主要因素 要因确认八：交底没有交到工人 8 ） 2006 年 2 月 19 日，由王志兵、卞飞亚组织相关人员运用头脑风暴法对交底没有交到工人对支撑体系的影响进行了分析，一致认为，只要将交底工作做细，直接交到工人即可解决这一因素。 结论 次要因素 要因确认九：管理不严 9 ） 2006 年 2 月 19 日，由王志兵、卞飞亚组织相关人员运用头脑风暴法对管理不严对支撑体系的影响进行了分析，一致认为，只要加强管理即可解决这一因素。 结论 次要因素 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 16 要因确认十：质量意识淡 10 ） 2006 年 2 月 19 日，由王志兵、卞飞亚组织相关人员运用头脑风暴法对质量意识淡对支撑体系的影响进行了分析，一致认为，只要加强质量意识教育和培训即可解决这一因素。 结论 次要因素 要因确认十一：地面原土承载力低 11 ） 2006 年 2 月 19 日，由卞飞亚、朱宏刚组织相关人员运用头脑风暴法对地面原土承载力低对支撑体系的影响进行了分析，一致认为，地面原土承载力低，将使支撑体系产生不均匀沉降，从而产生失稳现象。 结论 主要因素   要因确认十二：模板侧压力大 12 ） 2006 年 2 月 19 日，由张建峰、戴奎生组织相关人员运用头脑风暴法对模板侧压力大对支撑体系的影响进行了分析，一致认为，只要增加穿梁螺杆数量即可解决这一因素。 结论 次要因素 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 17 要因确认十三：大梁的自重大 13 ） 2006 年 2 月 19 日，由张建峰、戴奎生组织相关人员运用头脑风暴法对大梁的自重大对支撑体系的影响进行了分析，一致认为，只要按设计要求的数量设置支承立杆即可解决这一因素。 结论 次要因素   要因确认十四：环境温度低 14 ） 2006 年 2 月 19 日，由张建峰、戴奎生组织相关人员运用头脑风暴法对环境温度低对支撑体系的影响进行了分析，一致认为，环境温度低仅对混凝土强度有影响，而对模板支撑体系的影响不大。 结论 次要因素 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 18 九、制定对策 针对上述 6 个主要因素， QC 小组制定了相应对策计划表（见下表）： 对 策 计 划 表     序号 要因项目 对策 目标 措施 责任人 地点 期限 1 ． 钢管壁厚达不到 3.5㎜ 由于市场上钢管壁厚均≤ 3.0㎜ ，验算时按实际壁厚打折率 通过打折率验算后，达到等值效果 对于软件计算的结果，一般折率为 0.80 ～ 0.75 ，本工程经乘以 0.80 的系数验算后，满足要求。 王志兵 黄 杰 现场 2006 年 2 月 20 日～ 06 年 2 月 21 日 2. 支撑架未与周边柱形成整体 将支撑架与周边柱形成整体 确保支撑体系的稳定性 先将周边砼柱分两次浇筑，待柱的混凝土强度达到设计要求后，将支撑体系与周边柱固定起来，并形成整体。 张建峰 戴奎生 现场 2006 年 2 月 22 日～ 06 年 4 月 10 日 3 ． 立管间距小不易操作 调整大梁底立管间距 便于现场施工操作 大梁底 700㎜ 内设 4 根立杆，且间距均分，搭设很困难。因此将中间的两根立管并在一起搭设。 费学均 朱宏刚 现场 2006 年 2 月 22 日～ 06 年 4 月 10 日 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 19 序号 要因项目 对策 目标 措施 责任人 地点 期限 4. 剪刀撑偏少 按规范规定要求设置剪刀撑 确保支撑体系的稳定性 模板支架体系纵横向每隔 4 m 设置一道竖向剪刀撑，剪刀撑由底至顶连续设置；在水平方向每隔两步距设置一道水平剪刀撑，从顶向下设置，共设置 3 道，以增加排架的整体稳定性。 费学均 张建峰 现场 2006 年 2 月 22 日～ 06 年 4 月 10 日 5 ． 扫地横杆偏少 按规范规定要求设置扫地杆 确保支撑体系的稳定性 将整个支撑体系的扫地横杆按满堂设置，使之联接成整体。 费学均 朱宏刚 现场 2006 年 2 月 22 日～ 06 年 4 月 10 日 6 地面原土承载力低 提高地面支承能力 不产生不均匀沉降 在支撑体系搭设前，及时进行地在回填压实，并将场内地坪的混凝土垫层（内配钢筋）及时打好（地面面层待结构完成以后再施工），以提高场内地坪的承载力。 卞飞亚 朱宏刚 现场 2006 年 2 月 22 日～ 06 年 4 月 10 日   上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 20 十、实施对策 图一：梁模板支撑架立面简图 ( 由软件生成 ) （ 1 ）首先认真编制大跨度高支撑模板支架体系的专项专项施工组织方案，利用相关软件进行计算，并生成图一： 梁模板支撑架立面简图 。 （ 2 ）对所编制的方案进行专家论证，根据专家意见进行优化和调整。由于计算书是利用软件自动生成的，其参数有它的局限性，软件中钢管的参数是 φ48 ㎜×3.5 ㎜ ，而目前市场上钢管壁厚多数在 3.0 ㎜ 以下，所以对于软件计算的结果还需打折，一般为 0.80 ～ 0.75 ，本工程经乘以 0.80 的系数验算后，满足要求。 （ 3 ）在支撑体系搭设前，需对相关人员进行技术交底，明确注意事项。 实施一：针对 “ 钢管壁厚达不到 3.5㎜ ” 要因 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 21 实施二：针对 “ 支撑架未与周边柱形成整体 ” 要因 为了确保整个模板支撑体系的强度、刚度和稳定性，将模板的支撑体系与周边的框架柱连成一个整体，边柱由于总高度大，均分两次浇筑，第一次浇筑柱的下一半高度， 15 d 后浇筑柱的上一半高度，再 15 d 后浇筑整个屋面结构及预应力大梁。 实施三：针对 “ 立管间距小不易操作 ” 要因 为了防止模板支撑体系的不均匀沉降，在排架柱施工期间，及时搞好场内的地面回填工作，将其分层压实，并按设计要求的建筑标高，将场内地坪的混凝土垫层（内配钢筋）及时打好（地面面层待结构完成以后再施工），以提高场内地坪的承载力，确保模板支撑体系的稳定和安全。 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 22 实施四：针对 “ 剪刀撑偏少 ” 要因 从梁模板支撑架立面简图中可以看出，梁下（ 700㎜ 范围内）支撑钢管为 4 根，其间距是均匀分布的，但在实际施工中操作很困难，因此，我们将中间的 2 根钢管并在一起，这样既能保证其承载力，又便于施工操作。在纵向（ 21 m 跨内）间距控制在 500 mm 以内，梁顶托采用 10 # 槽钢。详见：图二。 图二：优化后的梁模板支撑架立面简图 实施五：针对 “ 扫地横杆偏少 ” 要因 根据国家规范规定的要求设置扫地横杆，将整个支撑体系的扫地横杆按满堂设置，使之联接成整体，以提高支撑体系的整体稳定性。 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 23 实施六：针对 “ 地面原土承载力低 ” 要因 （ 1 ）由于本次模板的支设高度较高，因此模板支架体系纵横向每隔 4 m 需设置一道竖向剪刀撑，剪刀撑需由底至顶连续设置；在水平方向每隔两步距设置一道水平剪刀撑，从顶向下设置，共设置 3 道，以增加排架的整体稳定性。 （ 2 ）原设计立杆步距为 1.50 m ，而施工现场的常规立杆步距为 1.80 m ，而 1.50 m 的立杆步距既不符合本工程总高度均分的模数，也不便于操作人员在其间行走和搭设，因此将步距进行优化，最上一步距梁底 0.20 m ，最上第 2 步的步距为 1.50 m （受大梁截面高度的限制），最下一步距地面 0.20 m ，最下第二步的步距为 1.80 m （便于操作人员在其间行走），中间的其余步距进行均分。 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 24 图三：模板支撑体系及剪刀撑立面简图 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 25 图四：模板支撑体系水平剪刀撑示意图 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 26 十一、确 认 效 果 1 、目标完成情况 白玉兰预评结果通知 文明工地批准文件 由于对大跨度高支撑模架进行了设计优化和施工过程监控，简便了工艺，确保了整个支撑体系的强度、刚度和稳定性，确保了施工阶段的安全生产，施工中未发生任何安全事故，达到了预期效果。由于该工程现场管理好、质量好，目前该工程已被评为上海市白玉兰优质工程，虹口区文明工地。 实物效果 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 27 2 、经济效益 由于施工期间未发生任何安全事故，避免了由于支撑体系整体倒塌的直接经济损失、间接经济损失和人员伤亡损失及其诸多负面影响，其费用数额是无法估量的。 大跨度高支撑模架体系的直接成本   名 称 单位 直接成本费用 钢管用量 m 200 吨 ×280m/ 吨 ×0.10 元 / 天（租赁费） ×75 天 =420000 元 扣件用量 个 40000 个 ×0.07 元 / 天（租赁费） ×75 天 =2800 元 模板用量 ㎡ 3000㎡×30 元 /㎡=90000 人工费 工日 3000㎡×50 元 /㎡=150000 机械费 万元 15000 元 小计 677800 元 王志兵 张建峰 时间： 2006 年 4 月 18 日 本工程被评为上海市白玉兰奖，获资金： 45000 元； 本工程被评为上海市虹口区文明工地，获资金： 19500 元。 合计获奖： 64500 元。 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 28 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 29 3 、无形效益 通过 QC 小组活动，项目部的管理水平提高了，整体素质提高了，操作工人的操作能力和水平提高了，并且增强了凝聚力，提高了企业知名度，也增强了投标竞争力。同时激发了大家运用 QC 活动的原理解决问题的信心，并对小组成员活动前后的状态进行了自我评价，并绘制雷达图如下： 项目 活动前 活动后 质量意识 3 5 QC 知识 2 4 团队精神 3 5 个人能力 3 4 攻坚意识 2 5 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 30 十、标 准 化 总结出一套 “ 大跨度高支撑模架的设计优化和施工 ” 的 施工经验 ，并在 2006 年度 《 建筑施工 》 杂志第 5 期上发表，为以后类似工程的施工提供了经验和依据。 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 31 十一、总结和下一步打算 1 、通过 QC 小组的努力，围绕课题使 大跨度高支撑模架的设计优化和施工 工艺得到了改进和推广，并总结出了成熟的经验，为今后类似工程的施工管理打下了坚实基础。 2 、本项目部又承接了新的施工项目，是一个地铁站工程，该工程为地下 3 层的深基坑工程。因此，下一步我们将围绕深基坑防渗，及降低能耗的节约型工地开展 QC 活动。 谢 谢 各 位 领 导 ! 各 位 评 委 ! 各 位 同 仁 ！ 上海市中虹花园中学工程 QC 小组 通州建总集团有限公司 32