高空屋面飄板的模板支撐設計與施工

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

1 工程概述

遼寧營口萬科海港城1.1期由4棟33層高層住宅組成，框架-剪力墻結構，地下為獨立結構層，非貫通連接，屋頂為鋼筋混凝土飄板造型，板頂標高99 m，懸挑范圍內最大縱向長度32 m，結構外伸長度1.6～2.8 m，飄板厚120 mm，邊梁截面200 mm×500 mm（圖1）。

圖1 外立面效果圖

2 施工難點分析

2.1 地處渤海北岸，風荷載取值影響較大

本工程地處遼東半島南部，毗鄰渤海灣，從近40年大風資料的統計結果可見，飄板施工的6月份遼寧沿海偏南大風占主導地位，平均風力達5～6級，且風速越大，海面對大風增強作用越明顯，營口地區向岸風增強約2～3 m/s，風荷載取值對飄板支撐架影響較大。

2.2 飄板離地近百米，穩定性和安全性要求較高

飄板支撐架離地高度在95 m左右，向岸風因受到高層建筑阻擋，在迎風面上部約1/3的地方進行分流，大部分向上越過頂部的風因流道變窄，使流速大大增加，對飄板支撐架產生上升翻流作用，風渦流作用將影響支撐架的穩定性和安全性。

2.3 外伸構件荷載較大，施工難度較高

懸挑結構外伸尺寸較大，有邊梁和挑梁，故荷載較大；在同層混凝土柱施工階段，因不能安裝連墻件或建筑結構還不能承受腳手架因風荷載產生的水平推力，故腳手架如同懸臂構件，搭設高度越高，穩定性越差[1,2]。

3 施工方案選擇

3.1 方案設想

針對本工程屋面飄板位于高空、臨海、跨度大、荷載大的特點，結合施工現場實際情況和以往經驗，初步考慮了以下幾種方案：

1）方案一：將屋面飄板支撐架與最后一懸挑腳手架統一考慮，在28層頂板設置懸挑工字鋼，作為共同的施工承載操作面，架體搭設高度達19.2 m；

2）方案二：在屋面飄板區域下層樓板單獨設置懸挑工字鋼，組成鋼平臺作為施工承載操作面，架體搭設高度4.2 m；

3）方案三：與建設單位、設計單位協商將屋面鋼筋混凝土飄板用鋼結構代替。

3.2 方案確定

1）方案一。優點：施工方便，外形統一，避免二次搭拆；缺點：架體搭設高、時間長，且風荷載對其安全性影響較大，材料一次性投入較大。

2）方案二。優點：搭設高度、材料型號、風荷載影響均有降低，且合理安排工期可使三角支撐架周轉循環使用到其他單體，降低一次性投入，施工速度快；缺點：需與其他區域懸挑腳手架分開搭設，施工搭拆次數較多。

3）方案三。優點：施工速度快，不需搭拆支撐架體，質量可靠；缺點：重新設計、加工時間長。

本工程地理位置較為特殊，施工過程中風荷載、風渦流對屋面飄板支撐架的影響較大，綜合考慮可行性、安全性、節約性等方面，最終選定方案二。

4 飄板支撐架設計

4.1 風荷載取值

施工階段的大型設施安全風險分析時，可根據工程所在地臺風發生頻率和實際施工情況來確定基本風速的重現期。本工程施工周期1年，屋面飄板的施工周期僅為2個月，遇到強勁風的概率相對要小得多，根據當地臺風統計資料和現場監測數據表明，10年重現期風荷載最大為10級風，以此換算的風壓作為基本風壓。這與按《建筑結構荷載規范》GB/T 50009—2012的規定，取重現期n=10年對應的風壓值0.4 kPa，換算成10 m高度處的10 min內平均風速為25.5 m/s基本一致（圖2）。

圖2 1971～2008年黃渤海北部沿海大風總站數逐月變化曲線

4.2 構造設計

從第33層頂板（95.6 m標高）開始布置18#工字鋼作為懸挑支模承力結構，縱距1.5 m，布置12.6#工字鋼作為次梁，鋼管立在次梁上；支撐搭設高度3 m，步距1.5 m，外側單排腳手架搭設高度4.2 m；采用預埋在樓板混凝土內的“Ω”形φ18 mm圓鋼固定，局部工字鋼下設12.6#槽鋼作為支撐斜桿，兩端分別與預埋在混凝土內的鋼板、工字鋼滿焊焊接，焊縫高度為8 mm（圖3、圖4）。

屋面飄板懸挑長度≤0.8 m的采用工字鋼懸挑支撐形式；懸挑長度＞0.8 m的采用型鋼懸挑、底部架設槽鋼斜撐，與挑梁焊接構成懸挑三角架支撐形式；結合4棟單體的結構尺寸，考慮工人焊接可操作性，盡量統一制作可周轉使用的三腳架支撐，降低一次性材料的投入。

5 施工方案實施

5.1 腳手板

圖3 3#樓懸挑支撐架平面布置示意

圖4 構造節點示意

懸挑平臺施工時滿鋪自制鋼笆片，與懸挑鋼梁焊接；采用圓鋼自制鋼笆片的理論質量為每片4.5 kg，約為木腳手板的1/4，能有效減輕鋼平臺自重。

5.2 密目網

鋼平臺底板滿掛安全平網，懸挑支撐架僅在操作層外側豎向滿掛密目網。在臺風暴雨時，沿海地區懸挑支撐架可臨時拆除密目網，可有效減小臺風對外架的側向穩定的影響。

密目式安全網的系繩強度并非越大越好，因為強度過高的系繩將使超越設計能力后的巨大風荷載（其原因有密目安全網易積灰污染造成擋風面積增大或遇到強風暴等多種情況）仍能通過系繩傳遞給腳手架的連墻桿，從而給腳手架留下了安全隱患[3,4]。

相反，將密目網的一部分系繩強度有目的地進行降低后，就可以在出現強風、突發性陣風或暴風時，使安全網的系繩受力增大而被拉斷，從而與腳手架桿件脫離后形成局部敞開式開口，使密目安全網的擋風面積驟為減小，從而消除了腳手架的安全隱患，所以安裝密目網時，下口和東側2個邊的每個環扣應穿入符合規定的纖維繩，上口和西側2個邊的每個環扣應穿入抗拉能力≤0.1 kN的單獨系繩，以保證在遇到設計所能抵抗的強大風荷載之前能及時斷裂并形成局部敞開式通道。

5.3 連墻件

在屋面結構混凝土澆筑前，由于尚未形成空間結構體系，柱、墻處于懸臂狀態，承受水平荷載的能力較弱，不宜采用連墻件使懸挑支撐架與同層柱、墻連接的方法來保證支撐架的穩定，宜采用懸挑支撐架與滿堂排架合二為一，通過水平桿連接，采用搭接并形成整體，加大架體寬度，提高架體抗傾覆能力和側向剛度，保證架體穩定。

5.4 剪刀撐

為了減少風渦流側向力產生的鋼管腳手架平面外變形而導致腳手架整體失穩，懸挑支撐架應全覆蓋設置垂直剪刀撐，拐角應設置橫向斜撐，中間每隔6跨設置1道斜撐，角度45°～60°，在中間步距設置1道水平剪刀撐，且連墻件對應外立桿設斜向拉桿與結構預埋件連接，以滿足抗上升翻流作用的要求。

5.5 懸挑梁

先預埋壓環，后布置工字鋼，如圖6所示。

圖6 構造節點示意

在拐角處布置的水平型鋼與埋件電焊牢固，焊縫厚度不得小于8 mm，焊縫長度不得小于500 mm。

型鋼穿墻若遇暗柱鋼筋，可向旁邊微移避開，如果避不開，則將碰到的暗柱鋼筋割斷，在割斷的這根鋼筋邊插入1根長1 400 mm同規格鋼筋綁條焊補強。一定要保證這根外挑工字鋼主梁在平面上的斜角。

在工字鋼翼板上立腳手鋼管的部位焊接1根長200 mm的φ22 mm鋼筋作為限位鋼筋，同時在工字鋼內焊接2根φ8 mm鋼筋，以加強工字鋼抗扭變形。

斜撐底部設置10 mm×200 mm×200 mm鋼板埋件，斜撐與鋼板焊接，焊縫厚度不得小于8 mm，焊縫長度不得小于500 mm，鋼板埋件錨筋與混凝土梁主筋電焊固定，鋼板與錨筋采用滿焊，焊縫厚度不得小于8 mm（圖7）。

圖7 構造節點示意

工字鋼穿剪力墻采用在墻體模板支設前在墻內預埋150 mm×220 mm×墻厚dmm的木盒，在墻體混凝土澆筑完畢后拆除。

5.6 其他

頂層頂步采用搭接方式，可更好地抵抗側向風荷載水平力，受力也更合理。

6 安全保障措施

1）懸挑支撐架與結構相鄰處，應盡量每步每架設置剛性連墻桿，且與內排架連結成整體，以提高懸挑支撐系統的整體穩定性。

2）在澆筑懸挑結構混凝土時，按先里后外、先中間后兩邊的順序進行，不得直接傾倒在懸挑部位邊梁內，而應倒在框架邊梁的內側，由人工鏟運至懸挑部位，以減小泵送混凝土對懸挑部位的沖擊。

3）操作人員不得在懸挑部位集中，由盡量少的人員在懸挑部位進行操作，施工荷載不超過300 kg/m2。

4）在混凝土澆筑過程中，派專人看護支撐系統，密切注意支撐系統的變化，觀察支撐有無異常響聲、變形，發現異常情況立即通知現場施工人員撤離。

5）安全員對支撐架進行每天檢查，如發生變形、松動、斷裂情況應及時通知有關人員，采取補救措施。

6）在懸挑支撐架搭設時，下方的地面、樓層等危險區域用鋼管設置明顯的安全警戒區，設警示牌并由專人看守，嚴禁非操作人員入內。

7 結語

近年來，屋面懸挑造型在新建高層住宅中的應用越來越多，且懸挑于建筑主體外，通常要設置懸挑支撐架進行鋼筋混凝土飄板的澆筑，而風荷載的取值對其設計的影響較大，本文將該地區幾十年的大風資料分析與國家荷載規范相應的風荷載進行對比，最終確定風荷載的取值，使支撐架的設計更為安全、合理[5,6]。

通過臨海、高空屋面飄板的施工實例，對臨海、高空、風荷載較大環境下施工飄板進行了綜合分析，重點介紹了支撐架設計的構造加強措施，并考慮了所用材料在其他單體的周轉使用性，取得了良好的經濟效益，為今后類似工程的實施積累了經驗。