新型施工荷載超限工況下結構臨時支撐體系設計、制造、施工技術分析

郭遠遠，孫振標，馬廣生，劉永杰，夏文之

（中建八局第一建設有限公司，山東 濟南 250100）

0 前言

在建筑施工中，施工荷載超限工況下結構臨時支撐體系大多通過扣件式鋼管腳手架支撐體系、直插盤銷式鋼管支撐體系、碗扣式鋼管支撐體系、承插型盤扣式腳手架支撐體系和鋼結構支撐體系用于高大支模支撐體系、鋼結構安裝臨時支架支撐體系、施工荷載超限的結構支撐體系和道路橋涵施工臨時支撐體系。而扣件式鋼管腳手架支撐體系、直插盤銷式鋼管支撐體系、碗扣式鋼管支撐體系、承插型盤扣式腳手架支撐體系的弊端是其承載能力、穩定性、系統性、安全性、工效等方面均存在不足，尤其是對超大荷載和集中荷載滿足不了工況需要，即當某一扣件或桿件失穩，會導致整個體系坍塌，造成安全事故。現介紹本新型施工荷載超限工況下結構臨時支撐體系的設計、制造、施工技術在經過系列研究、試驗和應用后所總結的技術，以便應用參考。

1 概述

施工荷載超限工況下結構臨時支撐體系，是指在已經完成的建筑結構樓層梁板上作為承載面，而建筑結構樓層梁板允許荷載不能滿足施工荷載需要而須施加的臨時支撐體系。其主要支撐形式有兩種，一種是梁下支撐體系，另一種是板下支撐體系。它適用于高度在4～12m、施工平均荷載為1.5 ～270.0kN/m2的施工荷載超限工況下結構的臨時支撐體系施工，主要構配件有輪轂式鋼管束柱、約束總成、異形金屬三弧卡子、承載頂盤總成、盤型底座和腳手架鋼管及扣件等。

2 新型施工荷載超限工況下結構臨時支撐體系設計

2.1 結構梁支撐式體系設計

結構梁水平支撐部分應經過復核驗算滿足要求方可實施，結構梁支撐式體系三維示意圖如圖1所示。

圖1 結構梁支撐式體系三維示意圖

2.2 板底支撐體系構造設計

板底支撐式體系是指當結構板的承載力不足時，須在結構板底適當部位所設置的臨時桁架梁或型鋼梁。選用桁架梁或型鋼時應經過復核驗算滿足要求方可實施，其構造見板底支撐式體系三維示意圖（圖2）。

圖2 板底支撐式體系三維示意圖

2.3 主要構配件制造

2.3.1 異形金屬三弧卡子制造①開模

開模應雙分型面注塑模，外形長、寬、厚尺寸允許誤差0.05mm，表面光潔度Ra30～Ra25。其具體尺寸詳見圖3-圖5。

圖3 三弧卡子正視圖

圖4 三弧卡子側視圖

②制芯

制芯應采用熱芯盒，原料應采用黏土砂。其濕強度、干強度、熱濕拉強度、高溫強度、殘留強度和潰散性、表面強度、透氣性、發氣性、流動性、可塑性等應符合《鑄造用砂及混合料試驗方法》（GB 2684-2009）的相應規定。

③造型

造型應采用環保無塵全自動造型機，其用砂和混合料應符合《鑄造用砂及混合料試驗方法》（GB 2684-2009）的相應規定。

④熔煉

熔煉所用鋼材的原材料和添加劑和配合比須按照《一般工程用鑄造碳鋼件》（GB/T 11352-2009）和《球墨鑄鐵件》（GB/T 1348-2019）中等級為Q410-10的球墨鋼鑄件的相應規定，各種其它添加成分應控制在含碳量3.0～4.0%、含硅量1.8～2.8%、含錳量0.5～0.8%、含磷量0.4～0.6%、含硫量0.3～0.5%、含稀量0.01%、含鎂量0.03%。

⑤澆注、脫模、清砂、拋丸

應控制澆注的溫度高于熔點80℃，脫模、清砂、拋丸應采用全自動封閉式無塵環保脫模機、清砂機和拋丸機處理工藝。

⑥打磨和精加工

打磨一般采用半自動機械打磨鑄件表面的凸出部分。精加工包括銑孔、套絲。銑孔、套絲的精確度應滿足《六角頭螺栓全螺紋C 級》（GB/T 5781-2016）的標準要求。

⑦存儲

存儲前應將套絲完成的異形三弧卡子用潤滑油涂刷絲口并放置在干燥處。

2.3.2 約束總成制造

①鋼輪轂選擇及總成加工圖

鋼輪轂選擇應選擇符合《乘用車車輪彎曲和徑向疲勞性能要求及試驗方法》（GB/T 5334-2021）標準檢驗合格的材料，等級為B500CL 的當汽車達到使用年限而該配件完好的鋼輪轂，鋼輪轂外徑尺寸一般為410mm。

根據市場資源可供性、經濟性、可操作性、試驗數據分析和構造合理性設計加工圖，詳見圖6-圖9。

圖6 約束總成正視圖

圖7 約束總成側視圖

圖8 約束總成水平投影圖

圖9 約束總成三維示意圖

②加工場所

應設在室內車間，并具有通風良好、溫控適宜、用電安全的條件，須設有固定工作臺、施焊胎架等設施。工作臺應具有足夠的支撐力，臺面須用不低于8mm的鋼板鋪平，不得有凹凸起伏，平整度控制在0.5mm以內滿足操作及安全為宜。

③異形金屬三弧卡子焊接

焊接須用在鋼輪轂上焊接異形金屬三弧卡子，并且必須置于施焊胎架上，先逐一點焊牢固，然后逐一圍焊，焊腳控制在4mm左右。

2.3.3 承載頂盤總成、盤型底座總成制造

①加工圖

承載頂盤總成加工圖如圖10-圖13 所示，盤型底座總成加工圖如圖14-圖17所示。

圖10 盤型底座總成正視圖

圖11 盤型底座總成側視圖

圖13 盤型底座總成三維示意圖

圖14 盤型底座總成正視圖

圖15 盤型底座總成側視圖

圖16 盤型底座總成水平投影圖

圖17 盤型底座總成三維示意圖

盤型底座總成和承載頂盤總成制造應采取工廠化。制造時應設有工作臺，工作臺上應設置有施焊定位模具，確保位置準確。

②下料

為確保承載鋼板下料尺寸精確，宜采用激光切割下料，同時按照設計圖將吊裝孔、約束套管定位孔切割完畢。盤型底座總成的約束套管用DN40 鋼管切割而成，承載頂盤總成束套管用DN48鋼管切割而成，約束套管定位孔的直徑應大于約束套管2mm。

③施焊

焊條采用E500焊條，焊接時將約束套管插入承載鋼板的約束套管定位孔位內并將一端保持與鋼板平齊，垂直狀態進行圍焊，焊腳4mm。

④防腐和儲運

盤型底座總成和承載頂盤總成應做防腐并分類碼放運輸。

⑤高度調節桿制造

高度調節桿由實芯螺桿和特制螺母組成。特制螺母的材質應采用等級為Q410-10 的球墨鋼。實芯螺桿的材質為Q235，制造精度為C 級，直徑40mm，螺距6mm，螺槽寬2.5mm，螺槽深2.5mm，螺牙角60°，螺旋角5°，螺桿與螺母之間配合間隙0.5mm，壓縮比0，長徑比1/10。

3 施工荷載超限工況下結構臨時支撐體系施工

3.1 工況分析與方案確定

3.1.1 工況分析

施工前應根據施工荷載和支撐體系自重驗算結構安全。在計算施工荷載時移動荷載安全系數應選擇1.25～1.35，其它活荷載安全系數應選擇1.25，移動荷載加其它活荷載安全系數應選擇1.5。對承受施工荷載的鋼筋混凝土構件還應建立模型對梁（板）的撓度和裂縫進行有限元分析，梁（板）的下撓總量不得大于構件跨度的1/400，裂縫寬度不得大于0.2mm，對持力層屬于樓層結構的也應進行有限元分析。

還應針對建筑構件的標高、軸線、幾何尺寸、周邊環境、水平與垂直運輸機械選用、擬劃分施工流水段等進行分析，通過對工況的分析確定支撐體系的平面布置、體系搭設高度、施工流水段、工期計劃、需用材料數量、鋼管束柱組裝場地、水平運輸機械配備、垂直運輸機械配備、人力資源配備等。

3.1.2 方案確定

根據3.1 的分析在2.1 中選擇形式并嚴格按照荷載選用表（表1）確定相應的支撐體系。

表1 荷載選用表

3.2 鋼管束柱組裝、吊裝安裝、支撐體系搭設和支撐體系拆除

鋼管束柱組裝應根據確定的平面布置、體系搭設高度、施工流水段、工期計劃、需用材料數量、鋼管束柱組裝場地進行，其組裝方法步驟如下。

3.2.1 場地

場地應平整、堅實、雨季無積水，須充分考慮原材料的堆放用地、組裝用地、碼放用地和水平運輸道路。

堆放用地的面積應滿足不同長度的鋼管分類堆放和配件分類堆放的條件，鋼管束柱組裝用地應滿足勞動力配備分組操作和組裝長度的需求（應大于組合柱長度的2m），碼放用地面積應根據組裝進度和吊裝進度的需求設定（碼放高度不得大于三層），水平運輸道路的寬度不得小于4m。

3.2.2 彈線

按照鋼管束柱柱身長度測量出兩端點并在場地上標注，將兩端點連線并彈出柱身中心線，按照柱身總長度每1m（±0.05m）彈出與柱身中心線垂直的線段（線段長度約為1m）。

3.2.3 放置約束總成

將鋼管束柱所需約束總成全部按照線段豎向放置并對準中心位置放置穩固。

3.2.4 固定鋼管

按照約束總成上的異形金屬三弧卡子的位置將每兩根鋼管為一組用螺栓擰緊，力矩控制在130N/m 左右，將柱身邊滾動邊安裝鋼管，依次安裝完畢。

3.2.5 安放盤型底座總成

當柱身安裝完畢，先將盤型底座總成安裝在柱身一端作為下端并臨時固定。

3.2.6 鋼管束柱吊裝及體系搭設

鋼管束柱吊裝及體系搭設應同時進行。長度小于8m 的束柱可用不低于10kN 升力的旋轉臂叉車插運和豎向放置，長度大于等于8m 的束柱應用大型垂直運輸機械吊裝。體系的搭設應按照下列順序進行。

①豎向支撐體系吊裝搭設一：當束柱高≤8m 時，每吊裝就位一根束柱應將斜撐、水平拉桿安裝完畢再脫鉤。相鄰束柱吊裝就位后應與第一根束柱連接水平拉桿并安裝完斜撐再脫鉤，以此類推。在安裝斜撐、水平拉桿的同時應吊垂直。

②豎向支撐體系吊裝搭設二：當8m＜束柱高≤12m 時，每吊裝就位一根束柱子應將斜撐、水平拉桿與已完成結構柱連接牢固后再脫鉤。相鄰束柱吊裝就位后待與第一根束柱連接水平拉桿、安裝斜撐與已完成結構柱連接牢固后再脫鉤，以此類推。在安裝斜撐、水平拉桿和與已完成結構柱連接的同時應吊垂直。束柱間距≥5m 時，束柱與束柱之間可設置一根立管，用于防止水平拉桿下撓。水平拉桿和與已完成結構柱連接桿可先連接上、中、下三點后再補裝其它連接桿，補連接桿應遵循先自下而上的原則。

③豎向支撐體系吊裝搭設完畢再安裝承載頂盤總成并按設計標高微調準確。

3.2.7 支撐體系拆除步驟

①先向下微調承載頂盤總成將模板拆除。

②拆除承載頂盤總成。

③拆除單元束柱。從一端將即將拆除的束柱用繩子先固定在相鄰束柱上，然后將水平拉接桿與已完成結構柱連接桿、剪刀撐、斜撐拆除，用滑輪或倒鏈緩緩將束柱向無障礙方放平，水平運出。當空間不足時，可將較長的束柱解成若干段放平或直接將束柱解體，以此類推，直至全部完成。

④運儲。當拆除的束柱需要再次周轉時，應用機械運至指定地點，重復使用；當無需周轉時，應將束柱全部解體，并將鋼管、約束總成、承載頂盤總成、盤型底座、異形金屬三弧卡子、鋼管扣件、螺栓分類運儲。入庫前應將約束總成上所焊接的異形金屬三弧卡子絲牙部分、扣件螺桿等做防腐潤滑保護。

⑤束柱吊裝時，吊點應設置在上端1/4 處，鋼絲繩應采用捆綁式，嚴禁從束柱橫向穿過鋼絲繩起吊。

4 結語

新型施工荷載超限工況下結構臨時支撐體系設計、制造、施工技術一定程度上解決了傳統的支撐力不足、穩定性差、成本高昂、高空作業多、周轉性不強的弊端，有著良好的經濟效益和社會效益，應用前景十分廣闊。