高空大跨懸挑結構高支模體系的設計與施工應用

梁 曉 鵬

(中國建筑第四工程局有限公司，廣東 廣州 510665)

高空大跨懸挑結構高支模體系的設計與施工應用

梁 曉 鵬

(中國建筑第四工程局有限公司，廣東 廣州 510665)

為滿足高空大跨度懸挑結構模板支架搭設的需要以及方便現場的施工要求，采用外挑工字鋼搭設滿堂架支撐體系，并通過工程實例，對高空大跨懸挑結構高支模體系的設計與施工應用進行了論述，以供參考。

高空，大跨懸挑結構，高支模，設計計算，施工

1 工程概況

百度國際大廈東塔樓工程位于深圳市南山區高新技術產業園，本工程地下3層，地上39層，建筑面積為90 733 m2，塔樓高189.3 m，用地面積5 995 m2，框架—核心筒結構，作為百度華南地區的總部和研發中心，是一座集運營和研發為一體的綜合性研發辦公樓。為滿足造型的要求，在6層及以上在該處有一塊比較大的懸挑混凝土結構，懸挑結構的尺寸為4 560 mm×3 100 mm，距離首層的高度為29.7 m，梁截面有700 mm×700 mm，300 mm×700 mm，200 mm×400 mm，板厚100 mm。

2 架體支模設計

2.1 懸挑工字鋼設計

采用水平懸挑工字鋼及工字鋼斜撐，水平懸挑工字鋼布置在第五層，斜撐工字鋼支撐點為第四層，在水平懸挑鋼梁上方再擱置兩條工字鋼支撐700 mm×700 mm大梁，懸挑梁板支撐平面布置圖詳見圖1。懸挑鋼主梁采用18號工字鋼，水平間距1 m，外懸挑長度3.5 m，建筑物內錨固長度為2.8 m，懸挑鋼梁末端與預埋直徑20 mm的圓鋼壓環焊接錨固，上方空隙采用木方楔緊；距離懸挑工字鋼端部1.4 m處下部設置斜桿支撐，斜桿采用18號工字鋼，各斜桿中部用14號槽鋼焊接連成整體，斜桿與懸挑主梁及第四層埋件焊接。

2.2 支撐架體搭設設計

根據懸挑結構的形式，為方便施工，架體的搭設縱橫間距為1 000 mm×900 mm,立桿步距1 400 mm，采用A48×3.0 mm鋼管，方木采用40 mm×90 mm布設間距為250 mm,模板采用16 mm厚膠合板，對拉螺栓采用M12。700 mm×700 mm大梁下方的架體通過水平桿拉結形成整體。滿堂腳手架搭設前在懸挑工字鋼上立桿位置焊接150 mm高A20防滑移鋼筋以固定滿堂架立桿。架體外圍掛密目安全網單排防護，架體四周設置豎向剪刀撐、中間及頂部設置水平剪刀撐，立桿底部滿鋪木板防護。支撐架體搭設立面圖詳見圖2。

3 設計計算

3.1 腳手架主要參數

A48×3.0 mm鋼管,其截面面積A=4.24 cm2，截面模量W=5.26 cm3，抗壓強度設計值為205 N/mm2，施工荷載取2.5 kN/m2，架體自重0.143 7 kN/m，架體搭設高度為8.25 m，模板自重取0.3 kN/m2，基本風壓取0.45 kN/m2。

3.2 荷載計算

3.2.1 靜荷載

1)腳手架自重G1=0.161 7×8.25=1.19 kN。

2)模板自重G2=0.3×0.9×1=0.27 kN。

3)300 mm×700 mm梁側單根立桿承受的混凝土梁板重量G3=0.9×1×0.1×25.1+0.3×(0.7-0.1)×0.9÷2×25.5=4.32 kN。

3.2.2 活荷載

活荷載為標準Q1=0.9×1×2.5=2.25 kN。

以恒載為控制的荷載，并且結構重要系數取0.9，故:

N=0.9×[(1.19+0.27+4.32)×1.35+0.7×1.4×2.25]=9 kN。

3.2.3 風荷載

Wk=1×1×0.88×0.45=0.4 kN/m2。

Mw=0.92×1.4×Wk×1×h2/10=0.92×

1.4×0.4×1×1.42/10=0.09 kN·m。

3.3 立桿穩定性計算

頂部立桿段：

l01=kμ1(hd+2a)=1.185×1.497×

(1 400+2×200)=3 193.101 mm。

非頂部立桿段：

l02=kμ2h=1.185×2.007×1 400=3 329.613 mm。

取較大值進行計算λ=l02/i=3 329.613/15.9=209.409，查表得，φ=0.165。

f=N/(φA)+Mw/W=9×103/(0.165×424)+

0.09×106/4 490=148.69 N/mm2≤[f]=205 N/mm2。

3.4 懸挑主梁及斜桿計算

由于700×700的梁支撐有部分擱置在懸挑主梁上，在和懸挑主梁相交的兩處(靠近結構邊沿處)的設計荷載放大一倍至18 kN，型鋼的自重取0.25 kN/m，其受力分析過程如圖3～圖6所示。

由圖3～圖6可得，型鋼懸挑梁的最大彎矩為13.73 kN·m，最大剪力為23.72 kN，最大撓度為3.61 mm,各支座反力為R1=-0.46 kN,R2=13.96 kN,R3=42.07 kN。

3.4.1 工字鋼主要參數

按16號工字鋼計算，截面面積26.1 cm2，慣性矩Ix=1 130 cm4，截面抵抗矩Wx=141 cm3，抗彎強度設計值為215 N/mm2，抗剪強度設計值為125 N/mm2，截面回轉半徑i=1.89 cm(y方向)。

3.4.2 懸挑主梁計算

σmax=Mmax/W=13.73×106/141 000=

97.35 N/mm2≤[f]=215 N/mm2。

[88×1602-(88-6)×1402]/(8×11 300 000×6)=

28.04 N/mm2≤[τ]=125 N/mm2。

vmax=3.61 mm≤[v]=lx/250=1 400/250=5.6 mm。

3.4.3 斜撐鋼梁計算

下撐桿件角度計算：

β1=arctanL1/L2=arctan(5 200/2 100)=68.01°。

下撐桿件支座力：

R=R3=42.07 kN。

主梁軸向力：

N1=R/tanβ1=42.07/tan68.01°=16.99 kN。

下撐桿件軸向力：

N2=R/sinβ1=42.07/sin68.01°=45.37 kN。

下撐桿長度：

下撐桿長細比：

λ=L÷2÷i=5 608.03÷2÷18.9=148.37。

查GB 50017-2003鋼結構設計規范表C。

φ=0.315。

軸心受壓穩定性計算：

σ1=N2/(φA)=45 370/(0.315×2 610)=

55.18 N/mm2≤f=215 N/mm2。

3.4.4 懸挑主梁整體穩定性及壓環受力驗算

懸挑主梁整體穩定性驗算：

σ=Mmax/(γW)+N1/A=13.73×106/(1.05×141×103)+

16.99×103/2 610=99.23 N/mm2≤[f]=215 N/mm2。

壓環受力驗算：

σ=R1/(4A)=N/(πd2)=0.46×103/(3.14×202)=

0.36 N/mm2≤0.85×[f]=0.85×65=55.25 N/mm2。

4 工字鋼梁及架體施工

4.1 施工工藝流程

4層樓面斜桿預埋件→5層鋼梁壓環預埋→懸挑鋼梁固定及焊接→斜桿焊接→14號槽鋼焊接→焊接立桿防滑移鋼筋頭→腳手架搭設→架體底部鋪模板箭頭→架體外圍安全防護→驗收→混凝土澆搗→架體拆除。

4.2 鋼梁安裝

用塔吊將懸挑型鋼梁吊裝就位，由焊工先用點焊將鋼梁焊在預埋件標注位置，達到允許要求后再用“∩”形鋼筋與壓環鋼筋焊接，同時與懸挑鋼梁焊接(約束懸挑鋼梁軸向力)，焊縫要求滿焊；其后吊裝斜桿，調整好其與懸挑鋼梁支撐節點及支座定位后再滿焊固定；最后用槽鋼把所有斜桿焊接形成整體，若是由安裝誤差導致斜桿與槽鋼有間隙，可用角鋼連接焊接在一起。

4.3 架體搭設

搭設架體前需要在懸挑工字鋼上立桿位置焊接150 mm高A20防滑移鋼筋頭，立桿及水平桿搭設完后，架體剪刀撐構造布置及其他構件設置嚴格按照JGJ 162-2008建筑施工模板安全技術規范，JGJ 130-2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范及相關標準和規范實施架體支模架搭設，如圖2所示。

5 施工安全措施

外圍設置密目安全網及架體底部鋪木板安全防護，防止高空落物傷人。混凝土澆筑時嚴禁在模板面上堆積過多混凝土，澆筑過程中嚴格按照澆筑順序進行，在施工中應避免人員及施工機械過于集中，該區域700 mm×700 mm大梁應采取分層澆筑，避免過振；施工過程且派專人看管，觀察架體是否有變形。混凝土澆筑后上層架體搭設的腳手架吊裝及相鄰勁性柱中的鋼骨柱焊接的工具箱避免堆放在該區域。

支撐體系拆除前，由項目部技術負責人發出書面拆除通知，拆除前周圍要設置警戒圍護，并派專人看守，嚴禁非操作人員入內。

懸挑鋼梁拆除按照先搭后拆后搭先拆順序依次對各焊接節點進行乙炔氣割，化整為零，留兩根懸挑鋼梁后拆，先拆鋼梁擱置在其上，再由塔式起重機運至地面，最后拆除剩下兩根懸挑鋼梁。

6 結語

通過在施工現場嚴格組織和實施,并且在大懸挑結構施工過程中,對懸挑腳手架的變形情況進行嚴密監控,整個設計方案滿足施工要求,未發生任何質量和安全事故。該大懸挑鋼筋混凝土結構施工腳手架的設計方案是合理可行的,同時也為今后類似高層大懸挑結構的支撐體系設計與施工提供了借鑒與參考。

[1] 劉風云，楊建華，汪 杰，等.超長懸挑支撐架的應用研究[J].施工技術,2013，42(5)：25-27.

[2] 李云青，鄭 峰，胡盈盈.高空懸挑結構型鋼桁架承重架設計與施工[J].施工技術,2011，40(sup)：140-142.

[3] JGJ 130-2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范[S].

[4] JGJ 162-2008，建筑施工模板安全技術規范[S].

[5] GB 50017-2003，鋼結構設計規范[S].

[6] 文秋實.漸變超高大懸挑結構施工的有限元研究[J].山西建筑，2013，39(6)：25-26.

On design and construction application of tall falsework system at overhead large-span cantilever

LIANG Xiao-peng

(ChinaConstructionFourthEngineeringDivisionCo.,Ltd,Guangzhou510665,China)

In order to meet the demands of the model support erection of overhead large-span cantilever and to enhance the construction sites, the paper adopts the overhanging I-shaped steel erection full supporting system, and indicates the design and construction application of the overhead large-span cantilever high-formwork support according to engineering examples, for reference.

overhead, large-span cantilever, high-formwork support, design and calculation, construction

1009-6825(2014)28-0032-03

2014-07-26

梁曉鵬(1988- )，男，助理工程師

TU755.2

A