高空大懸挑混凝土結構支撐體系施工技術

劉玉猛

（中鐵建工集團東非有限公司，北京 100160）

1 工程概況

坦桑尼亞NSSF游客酒店是一座造型獨特、功能齊全的五星級酒店，建筑面積約36000m2，主樓地上16層，無地下室，建筑總高度67.65m。主樓屋頂設有圓形直升機停機坪，直徑為22m（不包括周邊1.6m寬懸挑夾板），板面標高為67.65m，板厚200mm，梁截面尺寸450mm×1200mm，兩邊懸挑跨度為4.25m和6.23m，平面圖如圖1所示。

圖1 屋面停機坪平面圖

2 高空大懸挑混凝土結構支撐系統設計

2.1 支模系統選定

直升機停機混凝土板距地面高度約68m，在此高度進行大懸挑現澆混凝土結構的施工，主要需要解決現場混凝土澆搗結構的模板支撐體系穩定、安全問題。如果從地面搭設滿堂腳手架至停機坪底作為模板支撐體系，存在以下不利因素：（1）底層需用雙立桿，搭設高度大且鋼管用量大，施工速度慢周轉周期長，綜合成本高；（2）各層的卸載點和與主體拉結點難以布置；（3）鋼管腳手架的整體剛度和整體穩定性難以保證；（4）超高的滿堂架立桿垂直度控制困難，垂直度偏差會使立桿變成偏心受壓，與計算時的狀態不同[1]。如果采用普通鋼管懸挑、斜撐支撐架，雖然成本低，但施工高度大，外挑長度大，搭設難度大，支撐架的穩定性和安全性難以保證。考慮到以上不利因素，本項目懸挑模板支撐體系選擇外挑型鋼組合支撐桁架體系，該體系最大的優點是結構受力明確，通過一定的構造措施可以使支撐體系的穩定性和安全性得到保證；且型鋼支架吊裝搭設方便，雖然型鋼投入量較大，但可重復使用，成本也相對較小。該支撐體系搭設布置如下：

屋面每隔1.2m布置一榀桁架，桁架水平支撐選用20#工字鋼，其長度按懸挑長度變化確定，一端焊接于16層頂板預埋的鋼板上。每榀桁架斜撐選用15#工字鋼，其上端與20#工字鋼焊接牢靠，下端分別焊接在15層和14層板面預埋鋼板上。桁架腹桿采用直徑48mm×3.5mm壁厚的鋼管，4.25m的懸挑長度采取單斜支撐桁架體系，如圖2所示。每榀桁架間用直徑48mm×3.5mm壁厚的鋼管作為水平支撐焊接于工字鋼腹板上，保證整體的穩定性，間距1000mm。水平工字鋼至直升機停機坪底面高度為3.76m，采用直接支撐于工字鋼的腳手架作為模板支撐體系，每點設置1根直立和2根斜立的鋼管支撐模板，間距1200mm，設置多道水平桿，形成類似滿堂腳手架的模板支撐體系，以確保其整體剛度和穩定性。

圖2 型鋼桁架支撐體系

2.2 型鋼支撐體系的強度和穩定性驗算

（1）支撐體系計算單元模型基本假定。水平工字鋼根部和樓面無水平位移，假定為固端鉸支座；水平工字鋼與斜支撐型鋼間連接假定為固端鉸支座；斜支撐型鋼和支撐樓面間固定假定為固端鉸支座。

（2）荷載取值。混凝土懸挑結構主體自重，模板、鋼管支模架和腳手板自重，外圍護腳手架荷載，型鋼支架、桿件、連接件自重，安全防護設施及施工荷載，以及混凝土澆筑振搗荷載。根據圖紙梁板截面尺寸和配筋，以及施工經驗，其中模板自重標準值為0.3kN/m3，混凝土自重標準值為24kN/m3，鋼筋自重標準值為1.2kN/m3（每立方米混凝土含鋼量），施工活荷載取值2.5kN/m2，混凝土澆筑振搗荷載取值2.0kN/m2。

（3）受力分析。驗算時取1.2m寬板帶作為一受力單元計算荷載，不考慮風荷載對體系的影響，永久荷載分項系數取1.35，可變荷載分項系數取1.4，進行荷載組合。按鋼結構規范要求需要對該支撐體系主要節點、桿件、連接件等進行強度、穩定性和撓度等復核計算，以確保其安全性。其中水平懸挑工字鋼驗算內容包括抗彎強度、抗剪強度、變形驗算；斜撐型鋼驗算內容主要包括抗壓強度、穩定性驗算、斜撐型鋼與樓層支撐面預埋鋼板間的焊縫驗算、斜撐型鋼與水平懸挑型鋼連接點的焊縫驗算；水平支撐桿的抗壓強度和穩定性驗算；以及鋼管扣件腳手架部分驗算。經過核算，以上驗算結果符合施工規范要求。

2.3 高空型鋼桁架支撐體系

（1）型鋼桁架布設。結合本次工程實際情況選擇工字型鋼懸挑組合桁架+斜拉方式的支撐形式，支撐結構上方采用扣件式鋼管滿堂支撐架。按照支撐體系設計圖紙進行鋼板預埋件的預埋處理，將型鋼吊運指定位置與預埋鋼板焊接，型鋼外側端頭處需要進行鋼板預埋件的預埋，通過其型鋼桁架和斜拉桿拉結，如此便可以構成工字型鋼懸挑組合桁架+斜拉方式支撐平臺。

（2）混凝土支撐結構。當完成預埋件后，需分析14層、15層和16層懸挑混凝土結構陽臺板的受力情況。按照設計圖紙中要求的配筋建模，分析外側梁板結構受力情況，如果懸挑混凝土結構陽臺板板剛度不夠或在型鋼支撐體系作用力下梁板變形超過規定值，則需要在澆筑14層、15層和16層懸挑梁板增加配筋量，保證其剛度和變形符合施工規定。經過核算，14層、15層和16層陽臺懸挑板在型鋼支撐體系作用力下變形符合施工規范要求。

（3）預埋件設計。預埋件受力是檢驗平臺設計的重要指標[2]，在確定預埋長度時，按照相關規定，錨筋和埋件板之間需要穿孔塞焊處理，其中一端采用側貼錨筋的方式，將其側貼錨筋長度設定為80mm，保證預埋件抗拉、抗剪性與規定相符。

2.4 鋼管扣件式支撐體系

當型鋼組合支撐桁架體系設計與安裝結束之后，需要在平臺上方設置扣件式鋼管支撐架，用于支撐停機坪梁板混凝土澆筑總荷載。在設計扣件式鋼管支撐架時，需要參考支撐搭設需求，對立桿排布進行合理設計。搭設過程中，立桿間距、步距按照經過設計計算的搭設方案進行，同時利用剪刀撐、水平拉桿，可以與內側支撐體系相連接，使架體更具穩固性。

2.5 高空型鋼支撐體系裝卸

（1）支撐體系平臺安裝。按照施工現場情況，對施工難易度、精準度、塔吊吊重等進行充分考慮，型鋼支撐體系平臺在施工過程中，主要采用分片吊裝以及鋼梁嵌補兩種形式。按照分片單元編號順序，在地面上進行拼裝與焊接，確定所有吊點位置，建筑工程條件符合之后便可以操作塔吊完成施工，施工流程如下：第一，地面上拼裝完畢的分片單元吊裝到預埋埋件當中；第二，針對分片單元進行焊接與校正，并且在現場設置臨時鋼絲繩，為斜拉安裝施工做好準備；第三，當鋼絲繩拉設施工結束之后，按照順序進行斜拉型鋼的施工，并且及時校對；第四，按照從內至外的順序安裝嵌補支撐鋼管，當型鋼支撐平臺施工結束便可以將臨時支撐拆除。組織安裝過程中配合安全網鋪設，予以保證施工安全。

（2）拆除。型鋼支撐體系平臺拆除的流程與安裝相似，通過操作塔吊吊拆，搭配卷揚機的方式，將型鋼平臺分片拆除。拆除的順序為鋼平臺斜拉型鋼、分片單元[3]。拆除過程中，卷揚機放置在施工現場，將塔吊、型鋼支撐平臺外露部位連接起來，型鋼支撐平臺錨固段、建筑內部卷揚機連接，平臺和建筑之間的連接部位切斷，隨后緩慢卸載卷揚機，卷揚機上的鋼絲繩和型鋼平臺完成分離，隨后塔吊會將分片型鋼平臺吊到地面指定堆場當中。卸載流程如下：第一，開始拆除斜拉前需要設置斜拉鋼絲繩，且對其給予一定的防護措施；第二，斜拉的一端連接塔吊鋼絲繩，另外一端則與卷揚機鋼絲繩連接，利用卷揚機將斜拉型鋼被緩慢放到平臺上方；第三，通過塔吊連接平臺斜拉兩端，剎拉吊運到地面上的堆場內部；第四，塔吊、卷揚機被放置于型鋼平臺外、內側，且兩者相互連接；第五，保證塔吊鋼絲繩、卷揚機鋼絲繩始終保持在拉直情況下，提起塔吊鋼絲繩；第六，如果單片型鋼平臺外露于建筑以外，保證塔吊不動，卸載卷揚機。卸載完成后結構中的卸扣便可以拆除，將原本的連接單片型鋼平臺鋼絲繩成為自由端，通過塔吊吊起單片型鋼平臺與鋼絲繩，將其放置于地面之上。

3 施工控制要點

為保證施工質量和確保施工期間安全，需要注意以下幾點：（1）預埋件位置應準確，且預埋件位置處混凝土應振搗密實；（2）型鋼和鋼管在地面上按圖紙要求加工，并考慮預留切割和焊接余量，型鋼端面加工應平整；（3）型鋼頂緊面應頂緊，頂緊面筋不小于80%；（4）混凝土澆筑時應縣澆筑中間部位，然后再澆筑懸挑部位，混凝土就位后應立即攤平，嚴禁在板面推擠大量混凝土。

4 結束語

綜上所述，高空大懸挑混凝土結構支撐體系與地面距離大，為保證施工質量與施工安全，需要結合工程實際情況設計支撐體系。項目部根據此模板支撐方案實施，效果良好，混凝土澆筑質量好，施工安全得到了保證，可為高空大懸挑鋼筋混凝土結構工程施工提供參考。