高空現澆懸挑結構模架及鋼平臺設計與施工

唐作鳳

中國華西企業有限公司 廣東 深圳 518034

1 工程簡介

1.1 項目概況

仁恒世紀薈大廈位于深圳市寶安區新橋街道東環路和寮盛路交會處，用地面積9 137.04 m2，建筑面積69 010.63 m2，框架核心筒結構，地下室2層，裙樓3層，塔樓A座辦公樓19層，建筑高度89.40 m；塔樓B座辦公樓32層，建筑高度147.40 m，2棟塔樓之間設計了高空鋼結構連廊。

1.2 高空現澆懸挑結構概況

2棟塔樓局部設計了高空現澆懸挑結構（圖1）。

圖1 仁恒世紀薈大廈高空懸挑結構平面示意

A座18層東側設置了矩形平面的懸挑型鋼混凝土結構梁板，懸挑寬度2 750 mm，縱向長度23 250 mm，設置4根500 mm×1 300 mm的H型鋼混凝土梁，1根300 mm×1 300 mm鋼筋混凝土梁，板厚180 mm。

B座18—20層南側設置了三角形平面的懸挑型鋼混凝土結構梁板，懸挑寬度最寬5 907 mm、最窄50.5 mm，縱向長度23 850 mm，設置3根H型鋼混凝土梁，其中2根梁截面500 mm×1 300 mm，1根梁截面500 mm×800 mm；設置3根鋼筋混凝土梁，梁截面均為400 mm×800 mm，板厚160 mm。

2 模架設計

根據懸挑結構梁板的具體尺寸，計算模板及支撐架和外腳手架的技術參數，并計算出每根立桿的軸心力，再據此設計鋼平臺技術參數[1-4]。

1）支模架：采用扣件式鋼管支撐架，梁下立桿縱距700 mm，300～400 mm寬的梁底中部增加1根立桿，500 mm寬的梁底中部增加2根立桿，板下立桿縱橫間距700 mm，水平桿步距1 200 mm，剪刀撐按規范的加強型設置。

2）外架：采用扣件式鋼管雙排架，立桿縱距1 400 mm、排距600 mm、步高1 800 mm，外立桿設置2道欄桿，間距600 mm，在外架外側全立面連續設置剪刀撐。

3）荷載計取備用于鋼平臺計算：梁板支模架計算書中，雙鋼管背楞的支座反力，即為支模架立桿的軸向力，計取每個構件的最大值，作為鋼平臺支模架立桿點位的集中荷載值。外架計算書中，單立桿軸向力（N外、N內），作為鋼平臺外架立桿點位的集中荷載值。

3 鋼平臺設計

采用下撐上拉懸挑鋼平臺作為支模架立桿基礎，承受新澆懸挑結構的施工荷載，并在懸挑結構投影線外側搭設外架。本工程由于主體工期緊張，塔樓主體持續向上施工，懸挑結構（第n層）后澆，在n－1層設置鋼平臺，n－2層設置斜撐、n層設置斜拉。推廣應用也可用于懸挑結構與主體結構同步施工，把鋼平臺設置在n－2層，斜撐設置在n－3層，斜拉設置在n－1層，否則第n層還沒有澆筑，無法設置斜拉。

3.1 鋼平臺主梁

1）主梁選型：根據每根立桿傳來的荷載位置和大小（來自模架計算書），計算平臺主梁選型，如果懸挑大梁截面較大，荷載較大，傳統工字鋼無法滿足承載力需求，則考慮采用H型鋼梁。本工程A座4根500 mm×1 300 mm的懸挑梁下方各設置1根H500 mm×300 mm×30 mm×38 mm焊接懸挑H型鋼梁，板下方設置13根9 m長25a#工字鋼，間距1 400 mm。B座1根500 mm×1 300 mm的懸挑梁下方設置1根H700 mm×300 mm×30 mm×38 mm焊接懸挑H型鋼梁，1根500 mm×800 mm的懸挑梁下方設置1根H500 mm×300 mm×30 mm×38 mm焊接懸挑H型鋼梁，板下方設置15根32a#工字鋼，長度6、9、12 m各5根，間距1 400 mm。主梁上面要鋪次梁，需要保證主梁高度一致，所以統一按計算結果的最大型號采用。H型鋼梁與結構內的型鋼柱采用Ⅰ級焊縫滿焊。推廣應用時，若無結構型鋼柱，則可向內延長H型鋼梁，埋入柱內錨固長度不小于H型鋼梁高度的2倍。

2）主梁錨固：采用定尺加工U形錨環，每根主梁3道：距尾部200、400 mm各一道（內錨固點），邊框梁上一道（外錨固點）。錨環采用φ20 mm圓鋼，彎成U形，上端絲長不少于150 mm。錨環鋼壓板240 mm×100 mm×10 mm。錨環底部內側設置2φ18 mm加強筋（L=1.5 m）。錨環頂部采用雙螺帽擰緊，錨環與工字鋼腹板之間采用木楔側向楔緊。

3.2 鋼平臺次梁

次梁位置需要全部對準支模架立桿和外架立桿位置，以確保所有立桿都落在平臺梁上。次梁采用16#工字鋼，板下間距700 mm，梁下間距按支模架立桿位置排布。次梁接長采用對接滿焊連接。所有次梁與主梁的重疊面、次梁與次梁的交界面，均采用Ⅱ級焊縫滿焊連接。

3.3 鋼平臺面板

采用4.0 mm厚花紋鋼板鋪設，與平臺梁點焊固定，防止滑移。

4 斜撐設計

4.1 斜撐桿選型

根據計算結果，分別采用32a#、25a#、18#這3種型號的工字鋼斜撐，每根工字鋼主梁設置1根。H型鋼梁承載力足夠，不用設置斜撐。每根斜撐桿與主梁之間設置2根16#工字鋼系桿。桿件端部根據角度加工成斜面。所有斜撐桿、系桿、主梁之間的交界面及底端與斜撐預埋件之間，均采用Ⅱ級焊縫滿焊連接。

4.2 斜撐桿預埋件

在n－2層樓面邊框梁頂預埋斜撐底座預埋件，底座鋼板400 mm×300 mm×20 mm，與斜撐桿端斜面采用Ⅱ級焊縫滿焊連接，錨筋為4φ20 mm圓鋼，長度L=420 mm，開孔φ26 mm塞焊。斜撐底座預埋件在n－2層梁板施工時提前同步預埋，用于焊接后期施工的斜撐桿底端。

5 斜拉設計

5.1 斜拉桿選型

由于主梁位置上方是立桿位置，采用單根斜拉桿恰好與立桿位置沖突，無法施工，所以設置雙拉桿，采用2φ32 mm圓鋼，接長采用Ⅰ級直螺紋套筒連接。

5.2 斜拉桿上端預埋件

在n層樓面的邊框梁頂梁側預埋2φ32 mm圓鋼預埋件，彎錨入混凝土640 mm（20d），伸出混凝土≥300 mm，與斜拉桿采用Ⅰ級直螺紋套筒連接。斜拉桿預埋件在塔樓n層結構施工時，提前同步預埋，用于連接后期施工的斜拉桿。

5.3 斜拉桿下端斜拉盒

由于雙拉桿無法直接拉住鋼平臺主梁，需要設計輔助件：斜拉盒。根據每根斜拉桿的實際角度進行深化設計，采用3～4塊20 mm厚鋼板焊接成三角形或四邊形盒子，斜拉桿穿過斜拉盒板預留孔后，采用10 mm厚鋼墊板與Ⅰ級直螺紋套筒錨固，此處也可采用2顆高強螺母。斜拉盒與主梁底面采用Ⅱ級焊縫滿焊連接（圖2、圖3）。

圖2 懸挑鋼平臺及模架體系平面示意（局部）

圖3 懸挑鋼平臺及模架體系側立面示意

6 工藝流程

預埋件加工→n－2層斜撐預埋件安裝→n－1層鋼平臺主梁錨環預埋→n層斜拉桿預埋件安裝→塔樓主體結構繼續向上施工→懸挑鋼平臺材料加工→n－1層鋼平臺工字鋼主梁及斜撐成榀吊裝→n－1層鋼平臺H型鋼梁吊裝、焊接→次梁鋪設、焊接→花紋鋼板鋪設→斜拉桿安裝→立桿定位筋焊接→n－1層支模架、外架搭設→n層樓面懸挑結構模板、鋼筋、混凝土→常規方法施工n層之上的懸挑結構→懸挑結構混凝土強度達到100%→n－1層支模架拆除→外立面作業、吊頂作業→外架拆除→懸挑鋼平臺拆除

7 施工要求

1）所有預埋件，在塔樓主體結構施工時同步預埋。

2）斜撐預埋件、主梁錨環、斜拉預埋件，同一根主梁的上述3種預埋件的中心點位要在同一垂直面內，誤差不得超過5 mm，否則無法順利安裝。

3）同一根主梁的3個錨環的中心點位應在同一條直線上，誤差不得超過5 mm，否則無法順利安裝。

4）每根工字鋼主梁與其斜撐桿及系桿，提前在地面焊接成整體，實現主梁及斜撐成榀吊裝，節約工期，減少高空焊接作業，確保施工安全。

5）斜拉盒在鋼平臺吊裝，實測斜拉預埋件的角度后，進行深化修訂，繪制每種角度的加工大樣圖，否則斜拉桿與斜拉盒的孔位及角度不易匹配。

6）每根立桿底部設長度為200 mm的1φ25 mm螺紋短鋼筋，焊接固定于工字鋼次梁上。

7）在懸挑梁端部的梁底模下設置沉降觀測點位，混凝土澆筑前定標，澆筑過程中每10 min觀測一次，澆筑完成后每0.5 h觀測一次，直至混凝土終凝。任何時候出現突然沉降量超過5 mm或累計沉降量超過10 mm的情況，應立即暫停澆筑，研究加固措施，確保安全后方可繼續澆筑。

8）拆除時，所有人全部站在結構上和未拆的鋼平臺上，佩掛安全帶，采用葫蘆輔助拆除。用塔吊和葫蘆同時把要拆的鋼平臺主梁鉤住，切斷/拆除主梁后，用葫蘆鏈條一點點往下放主梁，等塔吊鋼絲繩受力垂直平穩后，解開葫蘆上的鏈條，然后用塔吊把主梁和鏈條一起慢慢放到地面上。

8 結語

高空現澆懸挑結構無法直接支模，必須采取特殊的技術方案，施工的危險性很大。本工程經過精心的承載力計算與專家論證，現場嚴格按方案執行，施工與拆除過程安全可控，澆筑監測最大沉降量僅3 mm。推廣應用時，支模架和外架也可采用盤扣架，調整技術參數。懸挑鋼平臺解決了高空支模難題，懸挑大梁下采用H型鋼梁，解決了澆筑荷載大的問題。全部主梁垂直于結構邊線，取消了陽角工字鋼放射狀的傳統擺放方式，陽角處受力明確，安全可靠。