高空大懸挑混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系施工技術(shù)

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(shè)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(biāo)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(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)設(shè)計

2.1 支模系統(tǒng)選定

直升機停機混凝土板距地面高度約68m，在此高度進(jìn)行大懸挑現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的施工，主要需要解決現(xiàn)場混凝土澆搗結(jié)構(gòu)的模板支撐體系穩(wěn)定、安全問題。如果從地面搭設(shè)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(shè)高度大且鋼管用量大，施工速度慢周轉(zhuǎn)周期長，綜合成本高；（2）各層的卸載點和與主體拉結(jié)點難以布置；（3）鋼管腳手架的整體剛度和整體穩(wěn)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(tài)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(shè)難度大，支撐架的穩(wěn)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(yōu)點是結(jié)構(gòu)受力明確，通過一定的構(gòu)造措施可以使支撐體系的穩(wěn)定性和安全性得到保證；且型鋼支架吊裝搭設(shè)方便，雖然型鋼投入量較大，但可重復(fù)使用，成本也相對較小。該支撐體系搭設(shè)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(yù)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(yù)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(wěn)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(shè)置1根直立和2根斜立的鋼管支撐模板，間距1200mm，設(shè)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(wěn)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(wěn)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(jié)構(gòu)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(shè)施及施工荷載，以及混凝土澆筑振搗荷載。根據(jù)圖紙梁板截面尺寸和配筋，以及施工經(jīng)驗，其中模板自重標(biāo)準(zhǔn)值為0.3kN/m3，混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值為24kN/m3，鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)荷載對體系的影響，永久荷載分項系數(shù)取1.35，可變荷載分項系數(shù)取1.4，進(jìn)行荷載組合。按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范要求需要對該支撐體系主要節(jié)點、桿件、連接件等進(jìn)行強度、穩(wěn)定性和撓度等復(fù)核計算，以確保其安全性。其中水平懸挑工字鋼驗算內(nèi)容包括抗彎強度、抗剪強度、變形驗算；斜撐型鋼驗算內(nèi)容主要包括抗壓強度、穩(wěn)定性驗算、斜撐型鋼與樓層支撐面預(yù)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(wěn)定性驗算；以及鋼管扣件腳手架部分驗算。經(jīng)過核算，以上驗算結(jié)果符合施工規(guī)范要求。

2.3 高空型鋼桁架支撐體系

（1）型鋼桁架布設(shè)。結(jié)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(jié)構(gòu)上方采用扣件式鋼管滿堂支撐架。按照支撐體系設(shè)計圖紙進(jìn)行鋼板預(yù)埋件的預(yù)埋處理，將型鋼吊運指定位置與預(yù)埋鋼板焊接，型鋼外側(cè)端頭處需要進(jìn)行鋼板預(yù)埋件的預(yù)埋，通過其型鋼桁架和斜拉桿拉結(jié)，如此便可以構(gòu)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(jié)構(gòu)。當(dāng)完成預(yù)埋件后，需分析14層、15層和16層懸挑混凝土結(jié)構(gòu)陽臺板的受力情況。按照設(shè)計圖紙中要求的配筋建模，分析外側(cè)梁板結(jié)構(gòu)受力情況，如果懸挑混凝土結(jié)構(gòu)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(guī)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(guī)定。經(jīng)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(guī)范要求。

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

2.4 鋼管扣件式支撐體系

當(dāng)型鋼組合支撐桁架體系設(shè)計與安裝結(jié)束之后，需要在平臺上方設(shè)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(shè)計扣件式鋼管支撐架時，需要參考支撐搭設(shè)需求，對立桿排布進(jìn)行合理設(shè)計。搭設(shè)過程中，立桿間距、步距按照經(jīng)過設(shè)計計算的搭設(shè)方案進(jìn)行，同時利用剪刀撐、水平拉桿，可以與內(nèi)側(cè)支撐體系相連接，使架體更具穩(wěn)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(xiàn)場情況，對施工難易度、精準(zhǔn)度、塔吊吊重等進(jìn)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(jìn)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(yù)埋埋件當(dāng)中；第二，針對分片單元進(jìn)行焊接與校正，并且在現(xiàn)場設(shè)置臨時鋼絲繩，為斜拉安裝施工做好準(zhǔn)備；第三，當(dāng)鋼絲繩拉設(shè)施工結(jié)束之后，按照順序進(jìn)行斜拉型鋼的施工，并且及時校對；第四，按照從內(nèi)至外的順序安裝嵌補支撐鋼管，當(dāng)型鋼支撐平臺施工結(jié)束便可以將臨時支撐拆除。組織安裝過程中配合安全網(wǎng)鋪設(shè)，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(xiàn)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(nèi)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(dāng)中。卸載流程如下：第一，開始拆除斜拉前需要設(shè)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(nèi)部；第四，塔吊、卷揚機被放置于型鋼平臺外、內(nèi)側(cè)，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(jié)構(gòu)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(zhì)量和確保施工期間安全，需要注意以下幾點：（1）預(yù)埋件位置應(yīng)準(zhǔn)確，且預(yù)埋件位置處混凝土應(yīng)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(yù)留切割和焊接余量，型鋼端面加工應(yīng)平整；（3）型鋼頂緊面應(yīng)頂緊，頂緊面筋不小于80%；（4）混凝土澆筑時應(yīng)縣澆筑中間部位，然后再澆筑懸挑部位，混凝土就位后應(yīng)立即攤平，嚴(yán)禁在板面推擠大量混凝土。

4 結(jié)束語

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