淺談斜拉懸挑模板支撐平臺在高空懸挑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

一 前言

某工程是集辦公、金融、商貿(mào)、娛樂、餐飲為一體的綜合建筑群，由中心主樓（23層）和四個配樓（18層）組成，總建筑面積25萬平方米，最大檐高99.262m，結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，主樓中庭天井從二十三層頂及其上部水箱間部分結(jié)構(gòu)（共3層）由下部的長方形空間（圖1中BEGH范圍）收縮為圓弧型。二十三層頂懸挑結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換梁（LBE、LAC、LDF）承擔(dān)上部兩層結(jié)構(gòu)的荷載，由于懸挑跨度、面積和重量均較大，因此模板支撐體系的設(shè)計是一個關(guān)鍵問題。

二 支撐設(shè)計難點

（一）施工高度大：23層頂板標(biāo)高為84.500m，下部挑空，凈高為84.550m。

（二）結(jié)構(gòu)自重大：3根轉(zhuǎn)換大梁斜交布置，其中LBE為0.8×1.2×26.1m，LAC=LDF為0.8×1.0×10m，同時還有數(shù)道懸挑梁、板與轉(zhuǎn)換梁及弧型梁（0.3×0.75m）相交。整個懸挑結(jié)構(gòu)自重（含模板支撐及施工荷載）達(dá)490t，合每平方米2.42t。

（三）懸挑梁板面積大、跨度大：懸挑面積達(dá)203m2，懸挑最大長度達(dá)7m（見圖1）。

三 支撐方案的論證及選擇

根據(jù)結(jié)構(gòu)懸挑的復(fù)雜情況和模板支撐所承受的荷載，經(jīng)過多次討論，提出了多種方案，并對每種方案進(jìn)行了認(rèn)真的計算和比較，最后確定了較優(yōu)方案，情況如下：

（一）滿堂紅腳手架支撐方案分析

整體懸挑結(jié)構(gòu)采用滿堂紅架管落地支撐，由于地下室頂板系按普通結(jié)構(gòu)樓板進(jìn)行設(shè)計，故地下三層結(jié)構(gòu)均需進(jìn)行支頂，滿堂紅架管支撐高度為84.5+16.4m=100.9m，需租賃架管及扣件約350t，50名架子工施工約需一個月，架管及用工量較大，總費用約40.1萬元，工期較長。

（二）鋼桁架方案分析

在22層樓面上沿LAC、LDF下方設(shè)置鋼桁架，承受轉(zhuǎn)換層的自重及施工荷載，鋼桁架最大跨度達(dá)16m，經(jīng)計算桁架上、下弦桿須采用32#工字鋼，腹桿須用90×56×8mm角鋼，桁架高度為2.5m，最大桁架重達(dá)3.5t，型鋼總用量達(dá)90t，焊接工作量很大，總費用約30萬元，同時工期較長，安裝困難。

（三）斜撐懸挑鋼平臺方案分析

于22層中廳四周結(jié)構(gòu)樓板向外懸挑鋼梁搭設(shè)承重平臺，在下面的樓層上用工字鋼做斜撐，為減小斜撐承載力，防止斜撐失穩(wěn)，斜撐與樓板的夾角應(yīng)不小于60°角，并須穿過兩層樓板，斜撐須用32#工字鋼，長度達(dá)到18m，自重較大，安裝及拆除難度大，費用約需20萬元。

（四）斜拉懸挑鋼平臺方案分析

由于結(jié)構(gòu)懸挑最長、面積最大處位于中庭兩個角部（見圖1），此部位是考慮模板支撐的重要部位，故在每個角部從20層樓面挑出六道25#雙槽鋼作為平臺主梁，主梁的一端支撐在20層結(jié)構(gòu)上，懸挑端用雙根90×56×8角鋼與上部結(jié)構(gòu)柱上抱箍斜拉焊接，形成受力主骨架，在結(jié)構(gòu)懸挑的主梁上鋪設(shè)18#工字鋼作為次梁。在其它部位每1200mm左右布設(shè)一道16#槽鋼作為主梁，主梁懸挑端與上層梁板拉接。這樣在整個結(jié)構(gòu)挑出部分的下部形成一個承力鋼架。在鋼架梁上搭設(shè)鋼管支撐架支撐模板（見圖2、圖3）。

該方案的主要優(yōu)點在于：

1、充分利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件作為受力支撐點，受力可靠，并簡化附加構(gòu)件。

2、以受拉桿件作為主要受力構(gòu)件，構(gòu)件截面小，節(jié)省費用。

3、節(jié)省鋼材：包括鋼管支撐架在內(nèi)共需鋼材35t，最大構(gòu)件重量僅0.23t，制作安裝方便，總費用約需12萬元。

基于該方案在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性，故決定其為實施方案。

四 方案難點解決方法

（一）斜拉桿對主梁產(chǎn)生的水平推力

根據(jù)計算，斜拉桿對主梁產(chǎn)生最大水平推力達(dá)25t，為防止主梁向內(nèi)錯動，在結(jié)構(gòu)邊梁處采用16#槽鋼焊接形成限位架，因本工程結(jié)構(gòu)邊梁外側(cè)尚存在一段挑板，為避免挑板承受荷載過大造成局部破壞，限位架的設(shè)計應(yīng)充分考慮此問題，將限位架設(shè)計成相互垂直的雙三角形，由挑板與邊梁共同受力，具體做法(見圖4、5)。

（二）主梁與拉桿平面外可能產(chǎn)生的側(cè)向擺動

拉桿沿縱向受拉因其受拉能力較強，一般不會產(chǎn)生大的變形，但因其側(cè)向剛度非常小，即使存在很小的側(cè)向受力，也無法限制鋼平臺的側(cè)向位移，如因施工荷載或支撐架荷載的偏心都會造成支撐鋼平臺的側(cè)擺，故將支撐鋼平臺所有次梁與主梁進(jìn)行焊接，使整個平臺形成整體，主次梁在20層結(jié)構(gòu)樓板上用地錨進(jìn)行固定，同時自20～22層將鋼平臺上的模板支撐架每層用兩道鋼管進(jìn)行抱柱拉結(jié)，次梁另一端靠近剪力墻部位頂在 K 軸剪力墻上，為避免對剪力墻造成局部破壞，次梁端頭用20mm厚鋼板作為墊板。

（三）水平拉力可能使框架柱失穩(wěn)

抱柱箍固定于22層柱子上，經(jīng)設(shè)計復(fù)核計算后同意，柱箍位于梁柱節(jié)點下部，其距離不超過柱截面短邊的0.8倍，防止結(jié)構(gòu)柱失穩(wěn)。同時防止對框架柱產(chǎn)生局部沖切，抱柱箍必須與框架柱四面接觸使其整體受力。另外，在斜拉桿下面靠砼柱邊用兩根工字鋼支頂柱箍，以防柱箍下滑（見圖6）。

五 施工工藝及施工重點控制點

（一）施工工藝

結(jié)構(gòu)施工留預(yù)埋件→鋼梁、拉桿、柱上抱箍加工→放線定位→施工操作平臺搭設(shè)→柱上抱箍安裝→平臺主梁安裝就位→用拉桿將主梁與柱上抱箍固定→平臺次梁安裝就位→平臺鋪板→鋼管架子搭設(shè)→模板工程施工→施工過程監(jiān)控→模板架子及支撐平臺拆除

（二）施工重點控制點

1、主梁制作及安裝

主梁為支撐平臺的主要構(gòu)件，采用2根25#槽鋼形成型，槽鋼間每1m一個塞100×270×15mm鋼板與槽鋼上下翼緣邊滿焊進(jìn)行連接形成整體，在鋼梁懸挑端部兩道槽鋼間采用15mm厚鋼板焊接斜拉桿連接板，連接板與槽鋼上下翼緣邊滿焊（見圖4）。

2、抱柱箍制作

抱柱箍采用15mm厚鋼板焊接而成，固定于22層柱子上部，并用鋼板加勁肋加固形成整體，因本工程懸挑最大部位位于角部，主梁的設(shè)置與抱柱箍成45°角，抱柱箍制作時拉接板必需與拉桿在同一個水平面上，即抱柱箍與拉接板成45°角，為保證柱子的均勻承受荷載，抱柱箍采用內(nèi)襯板緊貼框架柱，拉接板與內(nèi)襯板間通過加強肋焊接形成整體傳力結(jié)構(gòu)（見圖6）。

3、斜拉桿制作

為減小支撐主梁的撓度，斜拉桿須在主梁的懸挑端頭及中間共設(shè)置兩道，同時，為滿足斜拉桿與上部結(jié)構(gòu)的固定，同時盡量降低拉力所產(chǎn)生的對邊梁結(jié)構(gòu)的水平推力，斜拉桿與水平主梁的角度需控制在45°以上。斜拉桿采用雙根90×56×8角鋼形成 型，角鋼中間用50×110×15mm的鋼板連接形成整體（每1m一個），角鋼上端與上抱柱箍拉接板進(jìn)行焊接，下端與主梁懸挑端拉接板進(jìn)行焊接，角部6根主梁拉接板與角鋼拉桿焊縫長300mm，其余部位焊縫長170mm（見圖3）。斜拉桿得制作過程中如有需通過焊接加長的部位，必須保證焊接不能造成拉桿的扭曲變形，同時拉桿與主梁及抱柱箍的連接也應(yīng)控制斜拉桿必須與兩端拉接板形成同一個平面，同時拉桿必須繃緊不得有變形。

4、平臺安裝

支撐平臺施工前先進(jìn)行上抱柱箍的安裝，上抱柱箍在施工現(xiàn)場焊接好后整體吊裝至操作面，在操作面上用四個倒鏈吊住抱柱箍就位，調(diào)整好抱柱箍的位置后進(jìn)行焊接固定，支撐平臺主挑梁采用塔吊進(jìn)行吊裝，吊裝過程中用倒鏈配合主挑梁的就位，并用倒鏈將主鋼梁進(jìn)行臨時固定，主梁支撐在結(jié)構(gòu)梁上的端部墊鋼板使挑出端上翹5cm，以防因拉桿承重下垂，主挑梁就位后將拉桿與鋼梁端頭拉接板和上抱箍拉結(jié)板進(jìn)行焊接固定，固定過程中應(yīng)確保拉桿順直無彎曲、扭翹現(xiàn)象。為保證鋼平臺的穩(wěn)定性，在主梁間加水平支撐。主梁安裝好后進(jìn)行次梁的安裝，次梁按位置線吊裝，并同主梁間進(jìn)行焊接，焊縫長度不小于5cm。鋼平臺安裝完成經(jīng)檢查合格后，在平臺上搭設(shè)鋼管支撐架，高14m，立桿間距根據(jù)受力情況排列支撐在次梁上，水平桿每樓層三道，與周邊結(jié)構(gòu)拉接，保證鋼管架穩(wěn)定可靠。

5、施工過程中的監(jiān)測

在平臺搭設(shè)完成后，在監(jiān)測鋼平臺的端頭及跨中部位設(shè)置監(jiān)測點，測定初始數(shù)據(jù)，在模板支撐體系完成后再進(jìn)行測定數(shù)據(jù)，在混凝土澆筑過程中設(shè)置2臺水準(zhǔn)儀隨時監(jiān)測沉降量的變化，如接近臨界值時應(yīng)立即停止施工采取措施。

6、支撐體系的拆除

支撐體系拆除過程中按照“先搭后拆、后搭先拆”的原則，模板拆除必須在混凝土強度達(dá)到100%時才可拆除，先拆除模板及支撐架，再拆除支承平臺，支撐平臺拆除時先拆除次梁，然后用倒鏈臨時拉接懸挑主梁，再拆除拉桿，然后拆除主梁及抱柱箍。

六 結(jié)論

支撐平臺從制作到安裝完成共用12天，自安裝完后開始觀測，至上部三層結(jié)構(gòu)施工完畢后，平臺主梁懸挑端最大下垂4.3mm，小于計算允許范圍，支撐架、拉桿、抱柱箍及結(jié)構(gòu)梁板均未發(fā)現(xiàn)任何變形，通過本工程的實踐，證明了斜拉式鋼支撐平臺方案的優(yōu)越性，既保證了工程質(zhì)量，又保證了安全施工，尤其是受力可靠，拆裝方便，節(jié)約施工時間，費用上小于其它方案，節(jié)約資金約15萬元，達(dá)到了預(yù)期的施工效果。