飛檐造型模板支撐體系下部承力結構設計研究

羅宏彪 戴立鵬

隨著現(xiàn)代建筑的發(fā)展，人們對居住環(huán)境的要求不斷提高，住宅設計中往往會在建筑頂部設計一些能突出地方特色且使建筑更加美觀的造型[1-2]。但一些特殊造型容易帶來施工困難。例如，具有福建地方特色的飛檐造型就是其中之一。飛檐造型是一種懸挑結構，部分挑出樓體外部。由于飛檐造型位于高層建筑頂部，當采用現(xiàn)澆混凝土工藝施工時，其挑出屋面部分的模板支撐架很難搭設，而使用鋼結構工藝時，直接吊裝拼接即可完成施工，并不涉及模板支撐架。

因此，設計單位一般會將這類懸挑造型設計為鋼結構，以達到規(guī)避支撐體系搭設的目的。但鋼結構的成本往往是現(xiàn)澆工藝成本的數(shù)倍，若能使用現(xiàn)澆工藝澆筑飛檐造型，則有利于控制工程成本[3-4]。為解決現(xiàn)澆施工中的模板支撐體系搭設問題，本文提出使用H 型鋼搭設鋼平臺作為架體底部承力部分，然后在鋼平臺上搭設模板支撐架。

1 項目概況

西堡新苑項目位于福建省晉江市永和鎮(zhèn)，為35 棟保障性住房，樓棟高78.5 ～99.5 m。每棟建筑頂部均設計有飛檐造型（圖1）。造型采用現(xiàn)澆混凝土工藝進行澆筑，目前已經施工完畢。

圖1 屋頂飛檐造型效果圖（來源：作者自繪）

2 高層模板支撐體系下部承力結構搭設工藝確定

高層模板支撐架體的承力結構，通常采用懸挑工字鋼進行搭設。但當懸挑長度較大且結構不規(guī)則時，整個支撐體系的受力會變得很復雜。懸挑越大，安全性及可靠性越差。尤其當懸挑長度達到甚至超過3 m 時，會影響整個支撐體系的安全性，因此對整個支撐體系的材料強度、受力安全性分析提出更高的要求。

設計一個可靠的承力結構搭設方案是此飛檐造型施工的關鍵。方案要符合現(xiàn)行國家規(guī)范、標準，并且考慮工程所在地地方性標準還要結合現(xiàn)場實際情況和當?shù)亟ㄔO主管部門驗收要求，進行綜合設計。例如，西堡新苑項目所在地建設主管部門明確禁止采用腳手架管斜撐的方式作為模板支撐，腳手架管平挑長度也有嚴格限制，這就導致方案設計時要綜合考慮各種因素。經過成本、工期、可靠性等方面對比，項目最終選用H 型鋼作為承力結構搭設的材料。

確定承力結構搭設思路時，首先要考慮現(xiàn)場實際情況。例如，當H 型鋼搭設在屋面層時，會影響女兒墻的澆筑。結合國家相關規(guī)范中懸挑架搭設高度不得超過20 m 的強制性規(guī)定，最終確定承力平臺搭設在頂層底板處，斜拉鋼絲繩拉結于屋面結構預埋環(huán)上，鋼絲繩不參與受力計算[5-6]。確定搭設位置后，便可以根據頂部飛檐造型結構的形狀、挑出長度、所在位置設計模板支撐體系。通過計算明確各部位的受力情況，最終確定滿足安全受力條件下所需材料的規(guī)格。

為保證承力平臺的穩(wěn)定性，制訂方案時應避免一些可能存在安全隱患的設計。例如，H 型鋼的最大堆疊層不得超過兩層，間距盡量按上方支撐架體的模數(shù)進行設置，以減少連梁的數(shù)量。這樣在整個支撐體系方面就建立起一個大概模型，然后根據實際施工可能遇到的情況進行局部調整。

3 高層模板支撐體系下部承力結構材料參數(shù)確定

搭設承力平臺的目的是為上部模板支撐架提供承載平臺。平臺不僅要提供足夠的承載力，還要具有安全、穩(wěn)定、可靠的屬性。本文結合實際工程，從以下2 個方面討論如何確定高層模板支撐體系下部承力結構材料參數(shù)。

3.1 根據受力計算確定搭設材料參數(shù)

凹型結構處模板支撐體系搭設示意圖（圖2）。通過綜合分析混凝土重量、模板支撐架體的自重、施工活荷載等各種因素，可得出整個承力平臺的荷載值。根據整個承力平臺承受的荷載，結合H 型鋼布設位置，可計算出最不利荷載點的位置。

圖2 凹型結構處模板支撐體系搭設示意圖（來源：作者自繪）

陽角（圖3）的受力與其他位置不同，但解決思路一樣，通過安全計算，利用現(xiàn)場的條件增加其安全性。如此部位的H 型鋼除正常的U 型卡環(huán)外，還要求尾部探入剪力墻中，增強H 型鋼的承載力和整體穩(wěn)定性。同時經過受力計算，采用增加斜撐等方式保證承力平臺的荷載承受能力和安全性。

圖3 陽角位置模板支撐體系搭設示意圖（來源：作者自繪）

3.2 根據市場調查確定搭設材料參數(shù)

通過力學計算確定材料參數(shù)外，還要考慮實際施工中的材料供應情況。以西堡新苑工程為例，該工程在設計初期是按工字鋼計算受力，使用量大制造工藝復雜，導致成本較高。H 型鋼比工字鋼的貨源多，可在鋼廠直接定制，制造成本比工字鋼低，且可采用租賃的形式降低成本。因此在方案設計中為規(guī)避貨源不穩(wěn)定，使用H 型鋼替換工字鋼，并重新復核受力計算。

4 高層模板支撐體系下部承力結構確定

搭設方法和材料參數(shù)確定后，需進行安全驗算。可采用PKPM、3D3S等有限元分析和設計軟件，對整個支撐體系建模進行受力分析。如整體安全計算不通過，則需在支撐原則不變的情況下調整搭設位置和材料規(guī)格，直到計算通過。方案確定后的專家論證及公司內部的評審流程也是保證方案可行的重要一環(huán)，為順利實現(xiàn)方案設計目標，不應放棄任何可提前發(fā)現(xiàn)設計隱患的機會。

5 高層模板支撐體系下部承力結構的特點

5.1 施工速度快

在做好預埋件的制作及預埋前提下，承力平臺的搭設一般只需塔吊配合2 名工人及1 個電焊工即可，半天時間可將一棟樓的H 型鋼承力平臺全部安裝完畢并驗收。

5.2 安全性高

H 型鋼可以在鋼廠直接定制，質量容易把控。承力平臺搭設方案一旦確定，便能快速計算受力。現(xiàn)場只要嚴格按方案設計進行搭設，便可以保證整個模板支撐體系的安全。同時，承力平臺的隱蔽部位少，人工操作的工序少，人為失誤也大大降低。

5.3 技術適應性廣

本文提出的搭設思路，通常應用于高層懸挑結構的施工中，尤其適用于普通工字鋼懸挑及花籃式懸挑無法完全適用的部位，在類似工程中具有普適性。

6 高層模板支撐體系下部承力結構施工質量控制

6.1 施工準備的質量控制

嚴格審核進場材料。審查供貨單位的資質，檢查進場材料尤其是H 型鋼的出廠證明和合格證明文件中的參數(shù)是否符合國家標準和設計要求，必要時應取樣送實驗室復檢。材料接收人員除檢查以上項目外，還應使用卷尺、卡尺等工具進行現(xiàn)場檢查，只有符合要求的材料才允許進場使用。

6.2 施工過程的質量控制

在施工作業(yè)時，操作人員應再次檢查使用的H 型鋼等材料，進一步剔除生銹嚴重、有裂紋、有缺口等缺陷的材料。待材料吊至作業(yè)面，要根據方案及圖紙檢查H 型鋼及支撐加固架的擺放位置、挑出長度、懸挑比例及焊接質量等。工人要進行自檢，工長要進行監(jiān)督。待施工完畢，要報方案編制人員、技術人員、監(jiān)理人員聯(lián)合檢查驗收。只有按檢查驗收意見整改完畢，才允許進入下一道工序。

7 高層模板支撐體系下部承力結構施工安全控制

高層懸挑搭設安全控制是所有工作的根本，安全出問題，一切工作都白費。在現(xiàn)場施工中，必須按圖紙要求進行搭設，提前預防所有可能的危險。高層懸挑承力平臺主要有以下4個危險源。

7.1 架體坍塌

架體坍塌是高層懸挑承力平臺危險源之一，主要形成的原因有3 方面：第1，H 型鋼型號錯誤，材料有彎曲、裂縫、焊縫及嚴重銹蝕等缺陷；第2，H 型鋼固定端未固定牢固或U 型卡等固定措施失效；第3，懸挑端與固定端比例不符合規(guī)范，導致承載力達不到荷載要求[5]。

為防止架體坍塌，需要采取控制措施，具體為：第1，材料進場檢查，施工時對材料質量二次檢查；第2，驗收時對照圖紙，從挑出長度、擺放位置、材料外觀、固定措施的可靠性等方面全面檢查，杜絕安全隱患。

7.2 高空墜物及物體打擊

造成高空墜物及物體打擊的原因有：架體搭設人員搭設工具掉落、搭設材料掉落、平臺上堆放的材料掉落等造成下方人員傷亡。

為有效防止高空墜物及物體打擊危險的發(fā)生，可采取如下控制措施：第1，現(xiàn)場安全交底到位，要求工人嚴格按照方案規(guī)范施工；第2，搭設時檢查H 型鋼上方架體限位鋼筋有無漏焊；第3，工具放入專門的隨身工具包，架體上不得堆放材料；第4，現(xiàn)場人員必須戴安全帽；第5，在架體底部搭設硬質防護，架體外側搭設水平挑網防止墜物傷人；第6，搭設和拆除時拉警戒線，并有專人警戒，禁止無關人員入內。

7.3 高處墜落

高處墜落的發(fā)生主要有以下原因：第1，安全防護措施不到位，高處作業(yè)未使用安全帶等安全勞動防護用品；第2，鞋底打滑，臨邊防護設施缺失。

想要有效控制高空墜落，要做到如下3 點：第1，完善臨邊防護，采購合格的安全網；第2，拉設鋼絲繩，設置“生命線”；第3，對工人進行安全技術交底，檢查“三寶”佩戴情況；第4，架體搭設人員必須持有特種作業(yè)證，現(xiàn)場必須規(guī)范施工，不可冒進；第5，雷雨大風天氣禁止室外高空作業(yè)；第6，架體底部安裝硬質防護，掛設防墜網并做防墜落實驗，架體外部安裝水平挑網并做防墜落實驗。

7.4 火災、觸電

發(fā)生火災、觸電的情況是因為：第1，線路老化、磨損，容易出現(xiàn)漏電、觸電事故；第2，電焊火星容易點燃易燃物造成火災；第3，雷擊。

為保證用火、用電安全，防止火災、觸電情況發(fā)生，要做到：第1，嚴格規(guī)范作業(yè)，加強安全技術交底，提高作業(yè)人員的安全意識；第2，按規(guī)范配備足夠的消防器材，使用合規(guī)的電線由專業(yè)電工進行接駁；第3，電動工具的使用確保一機一閘，使用前應檢查空開等保險是否工作正常；第4，切割工具及電焊機的使用，應配備防護罩及接火斗并向項目相關主管部門申請動火證；第5，安全網必須使用阻燃網，作業(yè)前應清理作業(yè)面的可燃物；第6，應對架體進行防雷接地，雷雨天禁止作業(yè)[6]。

8 結語

使用現(xiàn)澆工藝對飛檐造型進行施工時，存在很多困難。本文以西堡新苑項目為例，分析了飛檐造型模板支撐體系搭設問題的解決方法，給出了高層模板支撐體系下部承力結構施工安全控制方法，能夠為相關研究提供借鑒。未來將進一步作相關研究，為行業(yè)發(fā)展貢獻力量。