高空大型外懸挑結(jié)構(gòu)的模板支撐體系設(shè)計(jì)與施工

高空大型外懸挑結(jié)構(gòu)的模板支撐體系設(shè)計(jì)與施工

何雙紅¹ ，鐘哲²

（陜西建工第十建設(shè)集團(tuán)有限公司，陜西 723000）

[摘要]：建筑外立面大型混凝土結(jié)構(gòu)屋面挑檐在施工采用常規(guī)模板支撐體系無(wú)法實(shí)現(xiàn)，利用斜拉懸挑支撐體系設(shè)計(jì)原理，根據(jù)安全技術(shù)合理設(shè)計(jì)懸挑結(jié)構(gòu)，通過(guò)加長(zhǎng)懸挑鋼梁及多向斜拉輔助鋼絲繩等措施完成高空外懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐體系搭設(shè)，解決大型懸挑構(gòu)件的混凝土澆筑問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：斜拉懸挑支撐體系，高空外懸挑結(jié)構(gòu)，斜拉輔助

0.引言

為了滿足建筑設(shè)計(jì)時(shí)突出建筑立面造型的效果以及高層上部空間擴(kuò)展的需要,近年來(lái)設(shè)計(jì)高空懸挑混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的建筑越來(lái)越多。但是高空懸挑混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工難度較大，尤其模板支設(shè)較為復(fù)雜。常用的模板支撐系統(tǒng)有落地滿堂支撐架系統(tǒng)和三角型鋼桁架支撐系統(tǒng)，落地滿堂支撐架系統(tǒng)因搭設(shè)高度過(guò)高以及場(chǎng)地受限等問(wèn)題很難實(shí)施，三角型鋼桁架存在加工安裝周期較長(zhǎng)、造價(jià)過(guò)高等缺點(diǎn)，較少在工程中使用。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查研究，斜拉懸挑式支撐系統(tǒng)具有成本低、施工速度較快、且不占用施工場(chǎng)地等優(yōu)點(diǎn)可較好的解決以上問(wèn)題。

漢中市消防救援支隊(duì)業(yè)務(wù)用房及公寓房建設(shè)項(xiàng)目指揮中心項(xiàng)目，屋面構(gòu)架層設(shè)計(jì)有外挑3.9m混凝土挑檐，施工過(guò)程中采用斜拉懸挑式支模工藝，取得了良好的預(yù)期效果。

1.項(xiàng)目概況

漢中市消防救援支隊(duì)業(yè)務(wù)用房及公寓樓建設(shè)項(xiàng)目，1#指揮中心總建筑面積約15837.74m2，由中間主樓、兩側(cè)裙房組成。指揮中心主樓為框架結(jié)構(gòu)，地上7層，地下1層。平面形式為長(zhǎng)方形，東西長(zhǎng)68.6m，南北寬18.7m，屋面檐口高度38.3m。在屋面構(gòu)架位置（標(biāo)高38.3m），沿建筑物外圍一圈設(shè)有混凝土挑檐，懸挑長(zhǎng)度出外墻3.9m,挑檐板厚120mm，挑梁截面尺寸根部350*1000，端部350*600，邊梁截面尺寸250*600。此部分支模體系具有高度超高，懸挑長(zhǎng)度長(zhǎng)，構(gòu)件荷載較大的特點(diǎn)。

圖1-1 建筑全景圖

圖1-2   支模架模型圖

2.模板支撐原理

斜拉懸挑支模體系由水平懸挑的工字鋼梁、鋼梁上斜向拉結(jié)鋼絲繩及搭設(shè)在工字鋼上的模板支架組成。工字鋼作為模板支架的基礎(chǔ)，每根工字鋼由四根固定于上層結(jié)構(gòu)邊梁的斜向鋼絲繩反拉。在搭設(shè)施工層模板架時(shí)，同時(shí)搭設(shè)外側(cè)懸挑架，將內(nèi)外側(cè)架體相連，形成一個(gè)整體。采用斜拉懸挑式支模施工工藝，安全、有效的解決了高空大懸挑鋼筋混凝土的施工。

3.斜拉懸挑支撐體系參數(shù)設(shè)計(jì)

懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐系統(tǒng)采用水平型鋼懸挑梁作為模板支架的承力結(jié)構(gòu)。型鋼支撐架錨固層為7層（高度26m）,水平型鋼懸挑梁采用18#工字鋼，外挑長(zhǎng)度4.0m,內(nèi)側(cè)錨固5.0m，總長(zhǎng)9.0m,鋼梁布置間距為900mm，上部架體懸挑高度12.3m。

水平型鋼懸挑梁的中部和端部各設(shè)兩根16#的鋼絲繩作斜拉，鋼梁的彎曲變形及部分施工荷載由斜拉鋼筋承擔(dān)，在夾層的邊梁（高度34.1m）及屋面邊梁(高度38.3m)上預(yù)埋直徑20mm的圓鋼作為鋼絲繩在主體結(jié)構(gòu)上的拉結(jié)點(diǎn)。水平懸挑梁上焊接25 mm的短鋼筋頭，作為模架或腳手架的立桿下端限位固定。模架立桿橫向間距為 900 mm,縱向間距在900?1200 mm之間，與水平懸挑梁間距相同。模架水平桿的步距1.2m,并與樓層內(nèi)的模架水平桿拉通。為確保模架的側(cè)向穩(wěn)定性，設(shè)置縱橫剪刀撐，縱向剪刀撐按每4跨設(shè)置1道，橫向在模架的里、外兩側(cè)各設(shè)置1道、架體的底部、頂部、中部設(shè)置連續(xù)的水平剪刀撐。

圖2-1 模架搭設(shè)圖

圖2-2   懸挑梁及鋼絲繩拉結(jié)大樣

4.懸挑支撐結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1受力分析

水平懸挑梁按帶懸臂的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算，斜拉鋼絲繩與水平懸挑梁及混凝土結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)、水平懸挑梁同結(jié)構(gòu)的錨固節(jié)點(diǎn)，均假定為鉸接。

4.2荷載

經(jīng)計(jì)算，支撐排架立桿的軸向壓力P= 20.44 kN，每道水平挑梁上5排立桿，18#工字鋼鋼的自重荷載q=0.313 kN/m。

4.3水平懸挑梁驗(yàn)算

1、強(qiáng)度驗(yàn)算

   彎矩圖(kN·m)

   σmax=Mmax/W=11.31×106/185000=61.134N/mm2≤[f]=215N/mm2，符合要求！

2、抗剪驗(yàn)算

   剪力圖(kN)

τ_max=Qmax/(8Izδ)[bh02-(b-δ)h2]=28.265×1000×[94×1802-(94-6.5)×158.62]/(8×16600000×6.5)=27.657N/mm2

τ_max=27.657N/mm2≤[τ]=125N/mm2，符合要求！

3、撓度驗(yàn)算

   變形圖(mm)

ν_max=1.039mm≤[ν]=l/250=2400/250=9.6mm，符合要求！

5.懸挑支撐結(jié)構(gòu)的施工方法

5.1施工工藝流程

5.2結(jié)構(gòu)板U型螺栓預(yù)埋

U型螺栓提前在加工場(chǎng)加工制作，如圖4-1所示。U型螺栓寬度根據(jù)所選用的型鋼大小確定，高度根據(jù)型鋼大小及預(yù)埋處的結(jié)構(gòu)厚度確定。U型螺栓兩端設(shè)置長(zhǎng)度不小于50mm的絲口。

圖4-1 U型螺栓制作大樣

圖4-2 懸挑鋼梁U型螺栓錨固構(gòu)造

在懸挑結(jié)構(gòu)的下一層混凝土施工前，預(yù)埋U型螺栓。U型螺栓安裝前，施工人員根據(jù)設(shè)計(jì)方案在鋼筋上標(biāo)出懸挑型鋼位置。錨環(huán)安裝時(shí)必須要錨住板底鋼筋，并在U型螺栓底部各增加1.5m長(zhǎng)直徑18mm（HRB335）鋼筋。詳見(jiàn)圖4-2：懸挑型鋼U型螺栓錨固構(gòu)造。

一根懸挑型鋼主梁設(shè)置三個(gè)錨環(huán)，前錨點(diǎn)為建筑物邊緣內(nèi)100mm，后錨點(diǎn)兩個(gè)錨環(huán)，分別為主梁錨固段后端200mm和200mm處。前錨點(diǎn)主要是保持鋼梁的穩(wěn)定性，后錨點(diǎn)的作用是平衡懸臂部分的施工荷載和自重。

為防止U型螺栓偏位，要求與板筋點(diǎn)焊，且在混凝土澆筑過(guò)程中設(shè)專人看護(hù)。U型螺栓的絲口要求用膠布包裹保護(hù)。

5.3懸挑鋼梁安裝

懸挑型鋼采用塔吊吊裝至樓層作業(yè)面，根據(jù)螺栓預(yù)埋位置逐根人工就位，套L63×6mm角鋼壓板后上螺帽。要求后錨點(diǎn)上雙螺帽，螺帽必須用扳手?jǐn)Q緊。主梁前錨固點(diǎn)下采用100×150×10mm鋼板墊片墊平。U型螺栓與懸挑型鋼側(cè)向空隙要求用木楔楔緊。懸挑型鋼上根據(jù)支模架立桿位置焊接長(zhǎng)度不少于20cm的Φ25鋼筋頭，用于鋼管與主梁連接。主梁安裝具體做法詳見(jiàn)圖4-3。

圖4-3 懸挑主梁安裝示意圖

5.4懸挑鋼梁上滿堂架搭設(shè)

在懸挑鋼梁安裝完成后，與施工層模板架同步搭設(shè)外側(cè)懸挑部分的支撐架體。水平桿與主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部架體相互連接，兩部份架體水平桿相互連接不小于兩個(gè)立桿跨距。另外嚴(yán)格控制懸挑鋼梁上部荷載，嚴(yán)禁集中堆放鋼管、模板等物料。

5.5斜拉鋼絲繩安裝、緊固

懸挑鋼梁懸挑段的中部和端部各設(shè)兩根16#的鋼絲繩作反拉，主要控制鋼梁撓度變形及部分荷載由斜拉鋼絲繩承擔(dān)。在下層的邊梁及屋面邊梁上預(yù)埋直徑20mm的圓鋼作為鋼絲繩在主體結(jié)構(gòu)上的拉結(jié)點(diǎn)。在鋼梁底部焊接DN65的鋼管作為鋼絲繩在懸挑鋼梁上的拉結(jié)點(diǎn)，鋼管兩側(cè)各拉1根16#鋼絲繩。并在DN65的鋼管內(nèi)穿DN32的鋼管，將各根鋼梁連為一體，增加鋼梁的整體穩(wěn)定性。

圖4-4采用鋼絲繩反拉主梁示意圖

5.6預(yù)留變形量

采用型鋼作為懸挑主梁，撓度變形較大，對(duì)于支模標(biāo)高有嚴(yán)格的要求。在支架上澆筑混凝土施工過(guò)程中，懸挑梁要產(chǎn)生一定的撓度。因此，為使懸挑結(jié)構(gòu)標(biāo)高在拆除支架后能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，須在施工時(shí)設(shè)置一定數(shù)值的起拱度。

5.7懸挑結(jié)構(gòu)主體施工  

在懸挑結(jié)構(gòu)模板施工階段，嚴(yán)禁多人集中在懸挑結(jié)構(gòu)區(qū)域作業(yè)，材料不得堆積在懸挑結(jié)構(gòu)區(qū)域。在混凝土澆筑時(shí)嚴(yán)格控制堆載高度，懸挑結(jié)構(gòu)梁板混凝土從懸挑根部向外一次澆筑完成，不留梁板施工縫，其澆筑速率保持一致，混凝土澆筑過(guò)程中安排專人進(jìn)行看模，如發(fā)現(xiàn)澆筑過(guò)程中有異常情況則立即停止?jié)仓?/p>

5.8懸挑結(jié)構(gòu)支撐體系拆除

待懸挑結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%強(qiáng)度后，方可拆除懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐架體。

6.施工安全措施

6.1本懸挑支撐結(jié)構(gòu)為滿足外懸挑樓面結(jié)構(gòu)施工而設(shè)，懸挑結(jié)構(gòu)為混凝土有梁板，結(jié)構(gòu)的荷載較重，而架體的懸挑跨度大，又是高空作業(yè)，危險(xiǎn)性比較高。因此，要求懸挑支撐結(jié)構(gòu)布置合理、牢固可靠，施工中必須按要求施工，不得馬虎，更不得野蠻作業(yè)。

6.2懸挑支撐架的底面由上至下，應(yīng)用滿鋪鋼板網(wǎng)腳手板、滿掛密目安全網(wǎng)、滿掛安全平網(wǎng)對(duì)架底進(jìn)行全封閉。架體安裝時(shí)應(yīng)有專人指揮，并在地面上設(shè)置警戒線。

6.3施工及使用過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)懸挑支撐體系的檢查， 應(yīng)特別關(guān)注架體有無(wú)變形、彎曲、晃動(dòng)等不安全現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)上報(bào)處理。

6.4支模架搭設(shè)好后，采用現(xiàn)場(chǎng)堆砂袋的方式，模擬混凝土澆筑的施工荷載。通過(guò)試驗(yàn)，驗(yàn)證支模架穩(wěn)定性。

6.5混凝土澆筑過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)體系的觀測(cè)，若發(fā)現(xiàn)有較大變形，應(yīng)立即停止?jié)仓⒉槊髟?，釆取整改措施?/p>

6.6所有參與作業(yè)的人員必須按照安保體系的要求，配備好安全防護(hù)用品后方可上崗作業(yè)，杜絕違章指揮、違章作業(yè)。

結(jié)論

本工程在施工過(guò)程中架體穩(wěn)固，未發(fā)現(xiàn)下部支撐系統(tǒng)有異常形變等不利情形，現(xiàn)已順利完成懸挑混凝土結(jié)構(gòu)施工。該懸挑支撐系統(tǒng)利用普通型鋼及現(xiàn)場(chǎng)周轉(zhuǎn)料具，成功地滿足了高空懸挑結(jié)構(gòu)主體及裝飾階段施工對(duì)模架和臨邊防護(hù)腳手架的需求，既實(shí)現(xiàn)了一架兩用，便捷施工，又達(dá)到了節(jié)約成本的效果。

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