百米高空大懸挑混凝土結(jié)構(gòu)高支模施工工藝研究

劉曉峰

摘要：文章通過(guò)對(duì)不同懸挑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和支模類型進(jìn)行對(duì)比分析，得出適合一般高空大懸挑結(jié)構(gòu)的支模形式，并通過(guò)實(shí)際工程威海百度城為例，確定百米高空懸挑架——型鋼三角架鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)+鋼管排架支撐系統(tǒng)為支模方式，進(jìn)而研究其施工工藝和施工方法。

關(guān)鍵詞：百米高空;大懸挑;混凝土結(jié)構(gòu);高支模施工工藝;建筑工程 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU755 文章編號(hào)：1009-2374（2016）04-0109-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.055

隨著人們對(duì)建筑功能和建筑外觀日益復(fù)雜化的要求，高層建筑中的懸挑結(jié)構(gòu)、門(mén)式連體結(jié)構(gòu)、高空連廊、高大的室內(nèi)共享空間結(jié)構(gòu)等懸空結(jié)構(gòu)形式在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而這類結(jié)構(gòu)在施工中如何選擇模板支撐體系一直是工程界的一個(gè)難題。高層建筑中的懸挑結(jié)構(gòu)，由于其自身特點(diǎn)決定其懸挑跨度不可能很大，又由于其施工高度較高，施工難度較大，如何根據(jù)懸挑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選擇合適的模板支撐體系一直是一個(gè)重要的課題。

1 懸挑結(jié)構(gòu)高支模方案選型的研究方法

懸挑結(jié)構(gòu)高支模方案的選擇有兩種方法：理論分析和工程調(diào)研。

理論分析主要是采用因素分析法，即先考慮某一種因素對(duì)支模方案選型的影響，而忽略其他的影響因素，如考慮懸挑高度的影響時(shí)，可以根據(jù)懸挑的高度估算梁的截面，然后確定作用在梁截面上線荷載的大小，將此荷載作用在各種類型的支模系統(tǒng)上，從承載力的大小、經(jīng)濟(jì)適用性、施工安全等方面確定這些支模系統(tǒng)是否適合此懸挑高度下梁的支模。工程調(diào)研主要是通過(guò)收集同類結(jié)構(gòu)模板支撐方案的工程資料或到施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研各種懸挑結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)和采用的高支模方式，分析懸挑結(jié)構(gòu)的懸挑高度、跨度等因素和支模方案配對(duì)的關(guān)系，這種方法更能說(shuō)明懸挑結(jié)構(gòu)高支模方案選型的一般規(guī)律。

1.1 懸挑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和支模方式

懸挑結(jié)構(gòu)即為單邊嵌固結(jié)構(gòu)，其懸挑跨度不可能很大，通過(guò)對(duì)工程中類似案例的調(diào)研，分析不同的結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所采用的支模方式，可以發(fā)現(xiàn)目前施工中懸挑結(jié)構(gòu)支模方式的特點(diǎn)。

1.2 懸挑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和支模方式的調(diào)查

從以上工程案例可以看出，使用懸空結(jié)構(gòu)模板支撐平臺(tái)體系的懸挑的高度都比較高，一般都超過(guò)40m，比模板設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的高支模高度高出很多，結(jié)構(gòu)的懸挑跨度一般不會(huì)很大，集中在3～5m。將懸挑結(jié)構(gòu)的形式與高支模方案通過(guò)對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，懸挑結(jié)構(gòu)的支模方式如采用不落地式支模方案，結(jié)構(gòu)的懸挑高度對(duì)支模方式的選型幾乎沒(méi)有影響，甚至可以忽略，但是懸挑跨度對(duì)支模方式的選擇起到?jīng)Q定性的作用，由此可以得出結(jié)論，對(duì)于跨度小于6m的懸挑結(jié)構(gòu)，可以使用型鋼三角架加斜撐的支模方式;跨度小于10m的可以選用斜拉型鋼挑架，跨度較大時(shí)需布置多道斜拉桿。但是無(wú)論何種高支模方式都不建議使用單邊支撐。

2 工程概況

本工程位于威海市青島中路與海峰路交叉口，是高層商業(yè)用樓。占地面積為6.7萬(wàn)m2，總建筑面積為20萬(wàn)m2，地下2層，地上46層，總高度到達(dá)146.1m。圖1為效果圖：

本工程從31層懸挑開(kāi)始至39層懸挑結(jié)束，3#～4#樓之間19軸～20軸交A軸～B軸區(qū)域是高空裝修構(gòu)架，采用型鋼砼桁架結(jié)構(gòu)，懸空高度90.1m，至110.1m結(jié)束，懸挑桁架共計(jì)8層。此桁架結(jié)構(gòu)從19軸向20軸方向懸挑6.35m。南北方向7.4m，單層懸挑桁架面積約50m2。高空懸挑桁架采用型鋼砼結(jié)構(gòu)，懸挑邊梁350×450，端梁300×400，中間梁均為250×400，桁架斜梁300×450，框架柱為450×450，邊梁、端梁、斜撐、框架柱均采用H型鋼夾心。布置如圖3：

3 支模體系對(duì)比

3.1 采用落地式高空滿堂支架方案

考慮現(xiàn)場(chǎng)因素落地腳手架需搭設(shè)在4層屋面頂部，4層及以下樓層均需加固處理，在其上搭設(shè)高度約百米的滿堂扣件式鋼管模板支撐架，架體確保穩(wěn)定并與主樓進(jìn)行有效拉結(jié)，使其滿足連體結(jié)構(gòu)施工的要求。該方案較為穩(wěn)妥，但是支撐材料用量極大，搭拆工期過(guò)長(zhǎng)，加固費(fèi)用較高，施工成本較大，工人百米高支模經(jīng)驗(yàn)不足，安全操作技術(shù)難度大，且4層及以下樓層無(wú)法穿插二次結(jié)構(gòu)，對(duì)裝修施工造成影響。此方案對(duì)本工程并不適用。

3.2 采用兩端支撐桁架

若采用兩端支撐桁架，相對(duì)于滿堂腳手架體系，受力體系明確，施工過(guò)程中高空作業(yè)少，一次性投資少，且整個(gè)桁架體系可以重復(fù)使用，提高了經(jīng)濟(jì)性;桁架受力明顯減小，跨中撓度也明顯降低。從工藝方面能省不少問(wèn)題，并且可定制現(xiàn)場(chǎng)吊裝即可，但支撐桁架支撐點(diǎn)需搭設(shè)在兩棟樓中，由于工期及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，兩棟樓無(wú)法同時(shí)施工，即此方案雖然科學(xué)，但并不適合本工程。

3.3 采用百米高空懸挑架

百米高空懸挑架即采用“型鋼三角架鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)+鋼管排架支撐系統(tǒng)”來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的施工工藝，主要采用型鋼制作，分別由兩道水平弦桿、斜撐、牛腿組成的型鋼三角架為主要鋼結(jié)構(gòu)支撐懸挑梁。在三角架的上水平弦桿上部的垂直方向鋪設(shè)次型鋼梁，由次型鋼梁與型鋼三角架共同組成支撐平臺(tái)，平臺(tái)上部搭設(shè)鋼管排架支撐系統(tǒng)。該方案安全可靠，大大縮短了支模架的安裝工期，材料可以周轉(zhuǎn)適用，有利于降低施工成本，故最終選定該支撐體系進(jìn)行工程的施工。

4 百米高空懸挑架支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇

4.1 型鋼三角架鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)設(shè)計(jì)

型鋼三角架鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)計(jì)算模型的建立以及受力體系的合理性和計(jì)算的準(zhǔn)確性，直接關(guān)系到三角架尺寸的大小和組成構(gòu)件的選擇，并最終決定三角架鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)是否能夠承載自身荷載和上部施工荷載。運(yùn)用3D3S鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，對(duì)型鋼三角架的受力體系進(jìn)行分析和驗(yàn)算;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和施工結(jié)構(gòu)圖平面布置以及型鋼三角架的設(shè)計(jì)和計(jì)算，在19軸～20軸東西方向之間，沿南北方向共布置型鋼三角架11榀，分別錨入30層、29層平臺(tái)內(nèi)、三角架底部擱置28層19軸剪力墻中預(yù)埋牛腿上。型鋼三角架長(zhǎng)度6.85m，支撐外挑1.1m，水平懸挑弦桿采用25a號(hào)工字鋼，錨入長(zhǎng)度4m，采用剪力墻、25#圓鋼固定，斜撐及豎上桿采用16號(hào)工字鋼，三角架底部預(yù)埋25a號(hào)工字鋼作為牛腿，牛腿澆筑在剪力墻中并錨過(guò)剪力墻1.5m。在三角架的垂直方向，上水平弦桿上部布置15根16號(hào)熱軋工字鋼，與三角架梁進(jìn)行焊接連接。各桿件之間采用螺栓連接。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，型鋼三角架的材料選擇、焊縫設(shè)計(jì)、牛腿設(shè)計(jì)、支座梁的設(shè)計(jì)修改等全部滿足規(guī)范要求，鋼桁架梁經(jīng)樣品制作加載試驗(yàn)后，滿足施工條件。

4.2 鋼管排架支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鋼管排架按兩層搭設(shè)，搭設(shè)兩層高度約5m，采用4道水平立桿，每道水平桿間距不超過(guò)1.5m，水平端頭頂在剪力墻上（先澆筑剪力墻的砼），立桿間距為1m、1.1m，第一道距剪力墻邊0.35m。立桿插在焊在工字鋼的鋼筋上，梁底采用50×100方木立方在梁底間距150mm。次楞方木中心間距200mm。

5 百米高空懸挑架支撐系統(tǒng)實(shí)施

5.1 百米高空懸挑架支撐系統(tǒng)施工流程

型鋼三角架吊裝→型鋼三角架安裝固定→桁架驗(yàn)收→次梁鋪設(shè)→滿鋪腳板→滿鋪操作模板→中間驗(yàn)收→支撐系統(tǒng)腳手架搭設(shè)→支撐系統(tǒng)驗(yàn)收→支設(shè)模板→模板驗(yàn)收→整體模板支撐系統(tǒng)驗(yàn)收（檢測(cè)支撐型鋼三角架撓度）→達(dá)不到要求部位整改→驗(yàn)收（反復(fù)檢查驗(yàn)收直到符合方案及規(guī)范要求）→鋼筋綁扎→鋼筋驗(yàn)收→最終整體驗(yàn)收通過(guò)→混凝土澆筑→達(dá)到強(qiáng)度拆除。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)制作、安裝全過(guò)程控制

為確保構(gòu)件焊接質(zhì)量，順利通過(guò)甲方、監(jiān)理、公司的聯(lián)合驗(yàn)收，選擇較強(qiáng)的工人進(jìn)行施工，同時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢查，除必須檢查焊縫外，重點(diǎn)檢查如下六個(gè)方面：（1）先精確放樣，并準(zhǔn)確下料，安排專業(yè)人員進(jìn)行樣品桁架的焊接，并做荷載試驗(yàn);（2）確保所有參加的施焊人員均持證上崗，技術(shù)水平達(dá)到中級(jí)技工等級(jí)以上，并對(duì)所焊部位進(jìn)行實(shí)名標(biāo)識(shí);（3）制作型鋼三角架焊接時(shí)的擱置支座，注意對(duì)稱焊接，減少三角架的內(nèi)應(yīng)力;（4）型鋼三角架與砼結(jié)構(gòu)不平時(shí)，底部采用鋼板墊承;（5）為保證牛腿抗剪受力合理，在懸挑牛腿梁25a工字鋼的腹板兩側(cè)處增設(shè)75×10的加勁肋，高度同腹板;（6）對(duì)所有構(gòu)件尺寸、焊縫質(zhì)量、桁架梁的焊接變形值進(jìn)行項(xiàng)目部、分公司、公司三級(jí)質(zhì)量檢查，并對(duì)所有焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，檢查驗(yàn)收均要一次性通過(guò)。每項(xiàng)工序驗(yàn)收等必須通過(guò)監(jiān)理單位組織的專項(xiàng)聯(lián)合驗(yàn)收。

5.3 現(xiàn)場(chǎng)吊裝、安裝全過(guò)程控制

為確保三角架平臺(tái)的安全、質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在三角架、次型鋼梁安裝過(guò)程中，著重從質(zhì)量、安全等多方面進(jìn)行跟蹤、監(jiān)督，并提供技術(shù)指導(dǎo)。（1）預(yù)埋牛腿梁、預(yù)留洞口施工時(shí)，必須進(jìn)行標(biāo)高和軸線測(cè)量，混凝土澆筑過(guò)程中，安排專人進(jìn)行監(jiān)護(hù)，確保預(yù)埋件在混凝土成型后，不得移位;（2）三角架吊裝前，對(duì)樓層的水平面、牛腿梁進(jìn)行標(biāo)高和軸線復(fù)核，對(duì)存在偏差的，進(jìn)行記錄，以便在安裝時(shí)，對(duì)桁架的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，控制上表面平整度不大于4mm，單個(gè)三角架的垂直度不大于1mm;（3）三角架梁全部安裝完成后，開(kāi)始安裝次型鋼梁，次型鋼梁與鋼桁架梁采用焊接連接，確保次型鋼梁與鋼桁架梁形成一個(gè)穩(wěn)定的鋼桁架平臺(tái);（4）在次型鋼梁之間交叉滿鋪腳手板采用鋼絲固定，腳手板接縫處采用模板加強(qiáng)釘牢，形成一個(gè)安全、可靠的鋼桁架平臺(tái)支撐體系;（5）型鋼三角形平臺(tái)安裝完成后，技術(shù)部開(kāi)始鋼桁架平臺(tái)的變形監(jiān)測(cè)，初始變形數(shù)據(jù)一般在0.3～0.5之間。

5.4 確保高支模排架支撐系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性

為提供支撐體系的側(cè)向穩(wěn)定性，避免在施工過(guò)程中支撐體系不斷加載引起的垂直度偏差較大而致使支撐體系失穩(wěn)的事故發(fā)生，著重組織了水平拉桿、豎向向剪刀撐檢查。（1）高大模板腳手鋼管排架搭設(shè)中，保證所有立桿的底部必須套入次型鋼梁上焊接的栓釘內(nèi)，對(duì)所有的掃地桿、水平桿、剪刀撐的設(shè)置進(jìn)行嚴(yán)格的控制，發(fā)生偏差時(shí)及時(shí)調(diào)整，保證縱掃地桿、水平桿在縱橫方向均按方案的要求進(jìn)行布置，保證在每條混凝土結(jié)構(gòu)梁下均設(shè)置有豎直方向的剪刀撐，剪刀撐與洞口周邊板塊的排架支撐系統(tǒng)拉結(jié)可靠;（2）隨著模板支撐的不斷加載，技術(shù)部跟蹤進(jìn)行鋼桁架平臺(tái)的平面變形監(jiān)測(cè)，檢查變形值與加載試驗(yàn)過(guò)程中各期變形值基本一致，排架系統(tǒng)搭設(shè)完成后，鋼桁架梁的最大撓度變形未超過(guò)0.5mm;（3）控制主框架梁的起拱高度為跨度的1%～2%，并不大于20mm。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際工程案例的順利實(shí)施，驗(yàn)證了百米高空大懸挑混凝土結(jié)構(gòu)高支模方案——型鋼三角架鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)+鋼管排架支撐系統(tǒng)，在保證工期的前提下，節(jié)約了工程成本，保證了工程質(zhì)量，本技術(shù)有著可觀的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）