80 m高空大懸挑斜折形混凝土結構施工技術

陜西建工第九建設集團有限公司 榆林 719000

1 工程概況

神木新村產業發展服務中心工程位于陜西省神木縣，總建筑面積137 263 m2，地下2 層，地上16 層，建筑高度79.55 m，地下室為車庫、設備用房等，地上以辦公用房為主，涵蓋會議、接待、健身等多需求用房的綜合大樓。工程效果圖及分區情況見圖1、圖2。

圖1 工程效果圖

圖2 工程分區示意

該工程A、B、C區從結構標高69.5 m處（第13層）起對稱設有：先外擴45°斜向上后向內45°收、結構轉折處懸挑水平跨度5.791 m的斜折形鋼筋混凝土結構造型。其斜撐為6 00 mm×600 mm鋼筋混凝土柱、間距9 m，水平連梁共5 道、截面尺寸為300 mm×600 mm，斜板厚度100 mm，混凝土強度等級均為C35，如圖3所示。

本工程懸挑部分施工整體部署為：先完成主樓部分的主體結構，預留結構錨筋，后施工懸挑部分并與主體結構封閉交圈。

圖3 斜折形鋼筋混凝土懸挑結構

2 支模思路及難點分析

2.1 支模思路

利用桁架桿件下撐、斜拉鋼絲繩上拉與工字鋼挑梁及系桿形成高空懸挑模板支撐平臺，在起懸挑層的下3 層（-3層）混凝土樓板完成之后立即布設懸挑工字鋼，其一端固定于已完成結構面，懸挑端采用斜拉鋼絲繩與-2層結構邊梁相錨，在工字鋼上搭設桁架桿件支撐架（下撐架或基礎架），一直搭設到-1層結構板面，作為懸挑部分模板架體的支撐[1-3]。

在-1層結構板面按一定間距布設懸挑工字鋼，將懸挑工字鋼一端固定于已完成結構面，在懸挑端和中部采用斜拉鋼絲繩于上層結構邊梁，形成能夠支撐上部懸挑結構的封閉的操作平臺。

具體來說：

為滿足施工要求，從55.9 m高度和65.3 m高度2 次懸挑16#工字鋼，在懸挑工字鋼的端部600 mm處和中部焊接抗滑移樁以便錨固斜拉鋼絲繩，荷載由下部斜撐和上部斜拉鋼絲繩承擔。水平懸挑工字鋼上搭設滿堂腳手架作為屋面模板支撐體系，屋面懸挑結構高度為77.55 m，模板支撐搭設高度為12.25 m，懸挑結構水平投影面積為2 120 m2。

為保證下部支撐架的整體穩定性，支撐架采取抱柱與內部滿堂架連成整體，采用鋼管和直角扣件與型鋼進行連接來保證型鋼平臺的整體穩定性。平臺搭設并加固完畢后，在上面搭設模板支撐，并澆筑上部懸挑混凝土結構。

2.2 難點分析

1）基礎架和支撐架的穩定性；

2）支撐架的變形監測控制；

3）架體搭設與拆除中的安全風險。

3 搭設控制要點

3.1 懸模結構局部布置

懸模結構局部布置見圖4。

圖4 懸模平面和立面示意

3.2 荷載計算

3.2.1 荷載取值

懸挑混凝土結構自重及施工荷載等作用力通過模板支撐架體傳遞到懸挑型鋼，選取最不利荷載工況作為計算單元，即荷載由斜拉鋼絲繩和下部基礎架承受，型鋼只需進行豎向荷載下撓度驗算，同時進行鋼絲繩直徑選定、立桿承載力及穩定性驗算。荷載標準值包括：模板自重（包括竹膠板及次龍骨）0.35 kN/m2；鋼筋自重1.1 kN/m3；施工人員及設備均布荷載1.0 kN/m2；振搗混凝土時產生的豎向荷載2.0 kN/m2；新澆混凝土自重24 kN/m3；φ48 mm×2.8 mm腳手架立桿承受的每米結構自重標準值0.146 kN（取值與滿堂架的步距、立桿的橫距和縱距有關）；懸挑型鋼的自重根據型號選擇。

3.2.2 計算內容

工字鋼的選型及驗算、斜拉鋼絲繩的選型及驗算、錨固點承載力驗算、模板支撐承載力及穩定性驗算。

3.3 施工工藝

鋼筋定位預埋→工字鋼預加工→懸挑工字鋼安裝→鋼絲繩拉結→基礎架搭設→鋼筋定位預埋→工字鋼安裝→鋼絲繩拉結→懸挑型鋼平臺加固系桿安裝→模板支撐搭設

3.4 操作要點

1）鋼筋定位預埋：懸挑部位下-3層處樓面混凝土澆筑時，預先在樓面邊預埋φ18 mm圓鋼3 道，以固定懸挑工字鋼。在-2層預埋φ18 mm HRB400鋼筋1 道（錨固長度＞500 mm），以錨固鋼絲繩，預埋鋼筋間距為1 000 mm。

2）工字鋼預加工：將工字鋼按照設計長度進行加工，并在斜拉鋼絲繩與工字鋼拉結點處下部焊接φ25 mm長50 mm的鋼筋頭，防止鋼絲繩受力向內滑移。

3）懸挑工字鋼安裝：先將工字鋼固定于結構層，3 道φ18 mm鋼筋分別用木楔楔緊，確保工字鋼水平及豎直方向均不發生位移。

4）斜拉鋼絲繩安裝：斜拉鋼絲繩與上部預埋于混凝土邊梁的預埋環通過相應的繩卡進行錨固，下部鋼絲繩繞工字鋼一圈通過繩卡進行錨固。

5）基礎架搭設：由里向外、由下向上一步一步進行基礎搭設，每部基礎架搭設的同時必須與內部滿堂架和結構邊柱進行可靠地連接。

6）懸挑結構下層鋼筋定位預埋：樓面混凝土澆筑時，預先在樓面邊預埋φ18 mm圓鋼3 道，以固定懸挑工字鋼。在懸挑工字鋼的上一層預埋φ18 mm鋼筋1 道（錨固長度＞500 mm），以錨固鋼絲繩，預埋鋼筋間距為1 000 mm。

7）懸挑工字鋼安裝：先將工字鋼固定于結構層，3 道φ18 mm圓鋼分別用木楔楔緊，確保工字鋼水平及豎直方向均不發生位移，同時進行平臺加固系桿的安裝，水平加固系桿采用鋼管和直角扣件與工字鋼翼緣進行可靠連接，以增強懸挑平臺的穩定性。

8）模板支撐搭設：懸挑型鋼平臺及加固系桿完成后，即可進行模板支撐的搭設。先在懸挑水平工字鋼上滿鋪腳手板作為操作平臺，支撐架搭設時，按照先近端后遠端的順序搭設支撐立桿，每道立桿均固定在短鋼筋處，以確保不發生位移。模板支架搭設時需與內部滿堂架整體拉結，拉結時橫桿采用搭接連接，且連接扣件不得少于3 個，滿堂架最外側兩排立桿高于作業層2.0 m，滿堂架外側滿掛密目網和白色大眼網，在滿堂架第一步及最后一步均滿掛安全平網。

3.5 細部構造

伸縮縫處細部構造：為保證伸縮縫處型鋼平臺的承載力，在伸縮縫處提前預埋型鋼和圓鋼錨環，為鋪設懸挑型鋼平臺提供條件，確保伸縮縫處型鋼平臺的承載力滿足要求，如圖5所示。

斜拉鋼絲繩與工字鋼錨固節點：在工字鋼的底部焊接φ28 mm的短鋼筋頭，防止鋼絲繩向內側滑，鋼絲繩采用與繩相應的繩卡進行錨固，如圖6所示。

斜拉鋼絲繩與混凝土結構邊梁連接節點：預先在混凝土結構邊澆筑之前預埋PVC管，待結構邊梁施工結束并脫去梁側模后，鋼絲繩繞梁通過繩卡進行錨固，如圖7所示。

圖5 伸縮縫處細部構造

圖6 抗滑移鋼絲繩

圖7 斜拉鋼絲繩拉結點

基礎架斜撐桿下部連接接點：基礎架斜撐桿的支座采用小號型鋼通過焊接與懸挑工字鋼連成整體，如圖8所示。

圖8 斜撐桿底部錨固

4 支撐體系搭設控制要點

1）錨固鋼筋在混凝土梁板中的錨固應滿足要求，并且與工字鋼用木楔楔緊，防止工字鋼產生水平和豎向位移。

2）斜拉點抗滑移鋼筋與工字鋼焊縫必須飽滿。

3）斜拉鋼絲繩的錨固應規范并預留安全環，便于對懸挑型鋼平臺進行監測。

4）懸挑架體與內部滿堂架通過水平桿牢固連接成整體，并與結構邊柱進行抱柱連接，增強支撐架體穩定性。

5）懸挑結構混凝土澆筑時采用由內向外分層澆筑的施工順序，使懸模體系逐步均勻加載。

6）基礎架斜撐桿與水平桿的連接采用雙扣件，斜撐桿的接長為先對接扣件，后用長2 m的鋼管進行搭接，搭接扣件不少于4 個，保證斜撐桿的受力穩定。

7）基礎架自由端的控制：提前在結構外邊梁上預埋連接件，通過水平桿將基礎架與預埋件連接起來，提高架體穩定性和承載力。

8）在工字鋼端部和中部錨固2 道鋼絲繩，嚴格監測懸挑工字鋼撓度。

9）懸挑支模平臺搭設時，在懸挑工字鋼上滿鋪竹腳手板并滿鋪防火石棉布。

10）防護外架利用密目網和白色大眼網雙重防護，工人操作應正確佩戴安全帶，防止安全事故發生。

5 效果驗證

1）根據施工方案在支模架體受力最大的部位布設監測點，利用水準儀在樓內設置后視點，在澆筑混凝土前記錄原始數據，澆筑混凝土過程中進行觀測，確保支模架體的安全。

2）預加載試驗及變形監測結果：在懸模平臺搭設完畢后，利用現場的鋼筋進行預加載試驗，便于調整工字鋼的上撓值。

3）通過對靜載試驗記錄表進行分析，可以看出：工字鋼加載后下撓值最大達到28 mm，綜合各種因素，取值22 mm作為調整工字鋼預先上調的數值。

4）施工過程中進行即時監測，結果顯示：在混凝土澆筑過程中工字鋼撓度值最大14 mm，滿足相關要求。

6 結語

通過建立新型懸模結構力學模型和整體穩定性分析，利用手工計算和品茗安全計算軟件以及現場堆載試驗，驗證了該體系的安全可靠性。與傳統的落地式腳手架相比，采用下部鋼管斜撐上部鋼絲繩斜拉支撐平臺方式，具有節約資源、降低成本、縮短工期、保障安全等技術經濟特點，為高效、安全地完成高空大懸挑結構施工提供了一條全新的思路，推廣應用前景廣闊，社會與經濟效益顯著[4]。