83米高空懸挑6米結構的模板支撐新法

陳元國

一、工程應用背景

應用于上海的萬寶國際廣場賓館工程，建筑面積為47664.26m2，地下2層，地上23層，局部12層，框架剪力墻結構，建筑總高度為95.lm。結構在23層樓面（82.850m）、23層屋面 （87.70m）東南角圓弧處分別挑出最大尺寸為4.437m、5.487m的半橢圓形結構，23層樓面縱向懸挑梁截面尺寸為500×950，橢圓形外側聯系梁截面尺寸為250×1450，內側框架主梁截面尺寸為500×1300；23層屋面縱向懸挑梁截面尺寸為500×1100，橢圓形外側聯系梁截面尺寸為350×1000，內側框架主梁截面尺寸為500×1600。

二、支撐方案的選擇

此部分的結構模板主要須考慮好模板的支撐結構形式，項目部管理人員運用 “頭腦風暴法”提出了型鋼焊接支撐法、高空懸空吊索安裝法、落地式腳手架支撐法、桁架結構懸挑支撐方法等進行綜合分析：

方案一：型鋼焊接支撐方法：用20號槽鋼焊接鋼梁置于下部層次的外墻體上作支撐，需要鋼材50噸，附加若干予埋件、螺栓、鋼管等。一方面要另投資35萬，另一方面對鋼結構的吊裝及拆除會帶來諸多不便。

方案二：高空懸空吊索安裝法：采用型鋼結構焊接加吊索進行安裝支撐的平臺，雖然節約部分型鋼用量，但須有吊車進行安裝拆卸前后的配合問題，考慮到結構到頂后，吊車須拆除的可能性，無法滿足施工安裝要求的現實。

方案三：落地式腳手架支撐法：用普通鋼管搭設滿堂落地式支撐。一方面需要租賃鋼管約250噸，需要的工期長和鋼管使用量大的缺陷。

方案四：桁架結構懸挑支撐方法：采用現場現有的普通鋼管進行焊接桁架結構，作懸挑結構件，然后在此平臺上進行搭設腳手架、模板支撐架體的方法，材料現場就有無需重新購買，鋼管應用廣泛，經濟實用，安全可靠。

對于以上四種方案我們進行了論證比較：很明顯采用鋼管桁架結構焊接的懸挑的結構形式做法，較為經濟合理，安全快速。

三、初步設想方案試驗

桁架結構形式的懸挑支撐體系：利用普通鋼管焊接的桁架結構，與22層樓面預埋的鐵件與其焊接懸挑出去，作為上面模板支撐架子的結構支撐點。桁架結構批量施工安裝前首先進行荷載試驗，如圖所示。

搭設的桁架結構進行荷載試驗的情況 （試驗荷載根據實際施工要求進行考慮，滿足了工程結構承載要求）。

四、桁架結構懸挑支撐施工方法

1．編制依據

（1） 《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》JGJ130-2001；

（2） 《鋼管扣件水平模板的支撐系統安全技術規程》 DGJ/T08-016-2004；

（3） 《建筑施工安全檢查標準》GJG59-99；

（4） 《混凝土結構工程施工質量驗收規范》50204-2002；

（5） 《建筑工程施工質量驗收統一標準》GB50300-2001；

（6） 《萬寶國際廣場賓館工程結構施工圖紙》；

（7） 《建筑施工計算手冊》2004版等；

（8）PKPM計算軟件。

2.桁架結構的承載力計算書

（1）結構23層平面單元荷載計算，取最大間距梁板截面處為計算單元

①混凝土結構自重： (1.313×0.13+0.5×0.82×0.5)×2450=920.5kg/m

②模板、木方自重：（潮濕狀態下的18厚膠合板12.l kg/m2， 45×85的木方3.27kg/m)

12.1+3.27×4=25.18kg/m2

②支撐縱橫桿自重： (1.313×50+2.5×11) ×3.84÷3.7=96.7kg/m

④支撐立桿自重： 1.2×20×3.84÷3.7=24.9kg/m

⑥直角扣件：50×1.35/3.7=18.3kg/m

⑦旋轉扣件：20×1.45/3.7=7.84kg/m

⑧永久荷載：920.5+25.18×1.313+96.7+24.9+14.38+18.3+7.84=1116kg/m=ll.16KN/m

⑧可變荷載：

a.取混凝土澆筑荷載2.0KN/m2；

b.取施工荷載1.0KN/m2；

c.垂直于腳手架方向的風荷載：考慮由水平支撐承擔，不參加計算。

（2）橢圓混凝土聯梁處的集中荷載：

P=[(1.313-0.25) ×0.25×1.45+0.25×0.25×0.5] ×2450=1020.7kg=10.3KN

荷 載 設 計 值 ： q=(11.16×1.2+3×1.313×1.4)=19.272KN/m

（3）桁架梁吏座、桿件內力計算：

取中間桁架梁最大間距1400處為計算單元，在計算單元內結構砼及排架自重為11.16KN/m，施工活荷載為3KN ／m2，

根據以上計算，已知荷載：

P=10.3KN，q=19.272KN/m；支座反力計算時考慮實際力P和各支點作用點距相應的主節點150，分別求得各支點的受力狀況：支1=60.94KN；支2=-0.58KN；支3=18.32KN； 支 4=16.4KN； Ay=-l.78KN； Cy=0.002KN；Ax=Cx=22.68KN。

取中間桁架梁最大間距1400處為計算單元，在計算單元內結構砼及排架自重為11.16KN/m，施工活荷載為3KN／m2，根據以上計算，已知荷載：P=10.3KN，q=19.272KN/m；為簡化計算，桁架桿件內力計算時考慮力P和各支點直接作用在相應的主節點上，分別求得各支點的受力狀況：支1=49.363KN；支2=7.283KN；支3=18.329KN； 支4=16.607KN。

Ay=0.0004KN；Cy=-0.00013KN；Ax=Cx=21.464KN

求桁架各桿件內力：

分別取D、B、E節點法計算得：

NDB=-8.2KN （壓力）

NBF=8.2÷ (0.95÷1.276)=11.02KN （拉力）

NBE=-11.02× (0.852÷1.276)=-7.36KN （壓力）

NEc=-7.36+49.363×sin29.05=16.609KN （拉力）

NEF=-49.363×cos29.05=~43.153KN （壓力）

取HG以左部分，以G點取矩，由∑Mc=0得：

8.2×1.652+26.22×0.8-49.363×cos29.05×0.8+0.95NFH=0

NFH=-0.00004KN （拉力）

取F節點法計算得：

由∑Mx=0、∑MY=0得：

NFG=-[-11.02×(0.852÷1.276)-0.00004]÷(0.8÷l.242)

=11.424KN （拉力）

NFC=[49.363×cos29.05-26.22-(0.95÷1.276) ×11.02]÷ (0.95÷1.242)=11.41KN （拉力）

計算簡圖

取MN以左部分，以N點取矩，由∑MN=0得：

Nro=-[8.2×4.052+26.22×3.2+15.42×2.4+15.42×1.6+15.42×0.8-49.363×cos29.05×3.728-7.283×cos23.33×2.81-18.329×cos32.73×2.21-16.607×cos21.79×1.2] ÷0.95=43.263KN （拉力）

取AO以左部分，以A點取矩，由∑MA=0得：

NMA=(8.2×4.852+26.22×4+15.42×3.2+15.42×2.4+15.42 ×1.6-49.363 ×cos29.05 ×4-7.283 ×cos23.33 ×3.2-18.329 ×cos32.73 ×2.4-16.607 ×cos21.79 ×1.6) 10.95=0.00053KN （拉力）

軸心受壓桿件強度及穩定性驗算：

a.軸心受壓構件的強度計算：

a=N/An=60940/848=71.86(N/mm2):

由于計算的最大強度σmax=71.86N/mm2，不大于承載力設計值：215N/mm2，故滿足要求。

b.軸心受壓構件的穩定性計算：

λ=lo/i=1500/15.94=94.1

查表得φ=0.683

σ=N/An=60940/(0.683×2×424)=105.22(N/mm2)

其計算結果不大于承載力設計值：215N/mm2，故滿足要求。

計算按照Φ48×3.0的鋼管，選用2根Φ48×3.5的鋼管，能滿足要求。

c.扣件抗滑力的計算：

縱向或橫向水平桿與立桿連接時，扣件的抗滑承載力按照規范5.2.5計算，當直角扣件的擰緊力矩達40-65N·m時，試驗表明單扣件在12kN的荷載下會滑動，其抗滑承載力可取Rc=10.0kN。

取支點l作用在節點150處最大荷載值為60.94KN

由R≤Rc

其中Rc-扣件抗滑承載力設計值，取10.0kN；

R-縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設計值；

采用雙斜撐桿，各斜撐桿與桁架2點錨固，每點錨固3只扣件抗滑承載力的設計計算滿足要求。

取支點3、4作用在節點150處的荷載值進行計算：支3=18.32KN；支4=16.4KN

采用單斜撐桿，各斜撐桿與桁架2點錨固，每點錨固2只扣件抗滑承載力的設計計算滿足要求。

取支點2作用在節點150處的荷載值進行計算：支2=-0.58KN；

容許承載力設計值：2×8=16kN

采用單斜撐桿，各斜撐桿與桁架2點錨固，每點錨固1只扣件抗滑承載力的設計計算滿足要求。

桁架軸心受壓構件的強度計算：

取NEF=-43.153KN（壓力）進行計算

a=N/An=43153/424=101.8(N/mm2)；

由于計算的最大強度σmax=101.8N/mm2，不大于承載力設計值：215N/mm2，故滿足要求。

軸心受壓構件的穩定性計算：

λ=lo/i=800/15.94=50.2

查表得φ=0.916

σ=N/An=43153/(0.916×424)=111.11 （N／mm2）

不大于承載力設計值：215N/mm2，故滿足要求。

計算按照中48×3.0的鋼管，選用Φ48×3.5的鋼管制作桁架能滿足要求。

連接強度驗算：

a.埋件鋼筋錨腳的受剪承載力設計值

Nvb=4×3.1415×162×180/4=144760.32(N) 經過計算大于其實際承載力，滿足要求。

b.支座A、C的埋件焊縫在水平力作用下的抗剪強度計算：

σf=N/he1w≤BfXfwt 取ft=5mm，he=0.7，ft=3.5mm

22.68×l03/3.5×l， ≤1.22×125 lw≥25mm， 實際施工取lw=100mm

五、桁架結構懸挑支撐施工

1．支撐體系、模板安裝采用的主要材料要求

（1）型鋼：懸挑模板根據計算要求選用Φ48x3.5鋼管制作桁架梁。

（2）鋼管：鋼管選用國標 《直縫電焊鋼管》 (GB/T13793)，質量符合國標碳素結構鋼 (GB/T700)Q235-A級鋼要求。斜撐桿、縱橫支撐鋼管均采用Φ48×3.5，表面銹蝕深度≤0．5mm，鋼管上打孔的嚴禁使用，有嚴重銹蝕、彎曲、壓扁或裂紋的鋼管不得采用。

（3）扣件：鋼管腳手架扣件采用可鍛鑄性材料制作，其材質符合國家標準 《鋼管腳手架扣件》(GB15831)的規定，使用前進行質量檢查，有裂縫、變形的嚴禁使用，扣件應做防銹處理，螺栓擰緊，扭力矩達65N.M時不得發生破壞。

（4） 腳手板： 采用4000×250×45的無結巴針葉松木鋪。

（5）連墻件：采用Φ48×3.5鋼管扣件，連墻件的材質符合現行國家標準 《碳素結構鋼》 (GB/T700)中Q235-A級鋼的規定。

（6）凡用來制作腳手架、支架的配件、材料均必須有材料出廠質量證明書。

（7）模板排架支撐的主要材料：

①排架立桿、梁板下 （側）錨固主龍骨：為直徑48×3.5mm腳手鋼管；

②澆板底、梁、墻板側次龍骨：42mm×87mm木楞；

③模板材：復合多層膠合板915mm×1830mm×18；

④模板支撐腳手架配套配件：直角對接旋轉扣件、底托墊板尺寸為150×150×18mm。

2．結構模板下的支撐要求

豎向支撐體系：外側排架體系與已完結構墻板柱整體拉結牢靠，施工層外側排架與內側排架拉結成整體，采用搭設滿堂鋼管排架；外墻采用穿墻螺栓結合腳手管斜撐的拉撐固定體系。

模板及其支架經過計算有足夠的承載能力、剛度和穩定性，能可靠地承受澆筑混凝土的重量、側壓力以及施工荷載。安裝現澆結構的上層模板及其支架時，下層樓板結構強度應具有承受上層荷載能力，且加設支架，上下層支架立柱應對準，并鋪設墊板。

3．外懸挑桁架支撐體系預埋、安裝

（1）桁架梁的制作，各受力桿件均采用腳手鋼管，腳手管的負偏差不得小于Φ48×3.25mm，桿件采用砂輪切割機或氣割下料，桁架梁各節點桿件的中性軸應匯交于節點，桁架焊接時采用定型模具，先兩邊點焊固定牢靠后，再將兩邊進行對稱施焊，使得兩邊受力均勻，焊腳寬度不小于6mm，焊縫厚度不小于4mm，桁架各細部尺寸嚴格按照加工圖制作。

（2）桁架安裝在結構22層平面 (78.85m)，與外側下方三角形支撐斜桿形成組合支撐體系，桁架梁挑出結構面最大處為4.83m，桁架梁下共有5個支撐斜桿來承受上部荷載，分別支撐在20層、21層兩個結構平面外側主梁上，支撐斜桿端部與結構面錨固采用預埋鋼管作錨固連接。

（3）該立面有由十九層挑出的懸挑腳手架，按照施工進度要求搭設至二十二層平面以上1.8m即可，在23層平面結構模板施工前，應先安裝完22層的桁架支撐體系的定位布置工作，安裝時可利用此腳手架降低安裝時的懸挑跨度，安裝桁架支撐體系前，應先在懸挑外側的下方張設安全網和安全兜底網，以確保安裝作業時的安全。

（4）在安裝懸挑桁架梁和其上部結構懸挑梁模板支撐時，其懸挑端部的水平標高應相對內側按1%的比例上擾，確保其混凝土結構拆模、加載后不下擾。

（5）在19層結構平面施工時，應預埋好圓弧結構周邊張設安全、兜底網的豎向短鋼管，鋼管采用腳手管，間距不大于2m；在20層、21層結構平面施工時，應預埋好圓弧結構周邊的錨固拉桿的短鋼管。

（6）在22層結構平面施工時，應預埋好桁架梁下兩只200×200×12的預埋件，預埋件的錨腳采用4Φ16，錨固筋L-300，錨腳與埋件采用開孔塞焊，預埋件頂面應與桁架梁下弦桿焊接牢靠，焊縫厚度ft不小于4mm，焊縫總長度不小于120mm，以滿足桁架下弦桿水平方向的4.5噸拉力。

（7）結構外側桁架梁上排架縱橫間距根據平面圖、剖面圖進行搭設，20、21層三角形支撐每道大橫桿必須與內側排架或結構框架柱梁拉結牢靠，在結構懸挑梁的兩側平行與桁架梁的兩側設置縱向剪刀撐，橫向剪刀撐設置在22層排架立桿的外側；下部斜桿支撐、上部排架支撐桿分別與托在桁架下的橫向大橫桿連接錨固，受力節點處采用雙直角扣件抗滑移錨固；最外側斜桿采用雙斜撐桿，斜撐桿與桁架2點錨固，每點錨固3只扣件抗滑承載力；大橫桿與桁架連接錨固，桁架之間與縱橫向大橫桿構成網架體系，23層外挑排架體系與內側排架整體搭設，且與先澆筑的結構柱框架拉牢。

（8）在23層懸挑梁下，埋設 [12槽鋼雙拼而成的斜支撐，待23層結構平面混凝土澆筑強度達到80%時，可進行上部結構的施工，在23層頂部結構模板排架搭設施工時，外排架每根立桿應設置斜桿支撐在23層樓面。

（9）桁架支撐體系的安裝施工，施工員、安全員必須全過程現場指導監督進行。桁架支撐體系安裝完成后，必須經技術負責人檢查認可后方可搭設上部腳手排架等支撐體系。

（10）內側排架支撐體系應錨固在內伸椅架上，澆筑結構頂板梁混凝土時，必須先將內側非懸挑結構澆筑完成后再澆筑外側懸挑結構。

（11）懸挑支撐體系、排架等支撐必須在懸挑結構混凝土強度達到100%，且23層頂板梁結構施工完成后方可拆除。

（12）在22層平面橢圓兩極點處懸挑跨度較小，分別采用腳手鋼管搭設三角形支撐，與內側排架整體拉結牢靠。

（13）內外排架搭設順序：放置縱向掃地桿→立桿／斜撐桿→橫向掃地桿→第一步縱向水平桿→第一步橫向水平桿→連結錨固管件→第二步縱向水平桿→第二步橫向水平桿……縱橫向剪刀撐。

（14）掃地桿：腳手架設縱橫掃地桿，縱向掃地桿采用直角扣件固定距距鋼梁面300mm處的立桿上，橫向掃地桿用直角扣件固定在緊靠縱向掃地桿下方的立桿上。

（15）縱向水平桿 （大橫桿）設置在立桿內側，長度不小于3跨，采用旋轉扣件連接，連接接頭應交錯布置，不設在同步、同跨內，相鄰接頭重疊水平不應小于600mm，采用雙轉向扣件連接，受力較大的搭接范圍內等間距設置3個旋轉扣件固定，端部扣件蓋板邊緣至搭接水平桿桿端的距離不得小于100mm。

（16）與結構拉結的每一主節點處必須設置一根橫向水平桿 （小橫桿），并采用直角扣件扣緊在縱向水平桿上，該桿偏離主節點的距離不應大于150mm。

（17）由于本樓是框架結構，在結構面拉結點處樓面梁上預埋短鋼管，鋼管插入梁內深度大于200mm，連墻件采用雙桿與水平鋼管用扣件連接，其內側設置抗滑移雙扣件。

（18）剪刀撐設置：外側立面整個長度和高度上連續設置剪刀撐，每道剪刀撐寬度為4跨，剪刀撐斜桿與水平面角度為45°-60°，剪刀撐的斜桿接長采用搭接，搭接范圍內等間距設置3個旋轉扣件固定，端部扣件蓋板邊緣至搭接水平桿桿端的距離不得小于100mm，剪刀撐斜桿用旋轉扣件固定在與之相交的橫向水平桿的伸出端或立桿上，旋轉扣件中心線至主節點的距離不大于150mm。

（19）防護設施：在外立桿和攔桿的里側滿拉1.8x10m密目網，安全網上下邊與縱向水平桿綁緊。欄桿和擋腳板搭在外立桿內側，作業層上欄桿上皮高度應為1.2m，中欄桿居中設置，擋腳板高度不應小于180mm。

（20）腳手板采用250mm寬×45厚×4000的木鋪，不待有探頭板。

（21）扣件節點擰緊，采用扭力扳手，扭力矩控制在40～50N·m。

（22）接地：在懸挑型鋼架體的外側通長設置不少于3組與結構主體接地引下線連接可靠，做好防雷電、防漏電接地，接地點其接地電阻值不大于4歐姆。

4．模板支撐系統安裝

（1）模板支撐系統采用鋼管排架組合支撐模板體系，大圓弧懸挑桁架支撐體系上的排架頂端作為主龍骨的鋼管，在其間距大于800時設置雙管。

（2）排架立桿毖須牢固地錨固在桁架梁或已完結構樓板上，錨固在桁架上的立管必須采用雙扣件抗滑移。支承已完結構樓板上的立桿底應設墊板。在排架底部下端通長設置Φ48×3.5mm掃地桿；水平支撐桿使用扣件與立桿扣牢。

（3）梁模板支撐的排架采用鋼管排架，在Φ48×3.5mm鋼管主龍骨上架設42×87次龍骨為木方，梁側模、頂板模支撐時其次龍骨采用平行于板短邊方向而布置，間距不大于250mm，并根據梁底及板底的高度組合拼裝。

（4）結構懸挑梁、圓弧梁模安裝前，應拉出軸線、梁位置線以及水平控制標高。安裝的排架應垂直，縱橫向的大橫桿應按照平面圖中的位置通長拉結，大橫桿的平面接頭應相互錯開一跨。

（5）考慮到外側梁為弧形梁，為保證支撐架的整體穩定性及整體抗傾覆能力，縱向水平支撐橫桿與已混凝土結構拉結牢靠。

5.梁頂板模的加工、安裝及要求

先在場地上彈出圓弧梁的大樣，加工制作完成后再進行現場安裝，懸調梁的外側應按照內側水平標高線，提高1%進行支模，將其調至預定的高度。固定托梁鋼管后在其上安裝梁底板，橫楞采用42mm×87mm木楞。跨度大于4m的現澆鋼筋混凝土橫向梁、板，其模板應按規范要求起拱；起拱高度為跨度的1/1000～3/1000。

樓面桁架結構支撐圖

懸挑結構的下部施工情況

6．排架支撐體系、梁板模板的拆除

（1）拆除模板前，應將該層混凝土同條件養護試件送試驗室檢測，當試塊達到規定的強度后，并呈報監理公司審批同意、履行拆模手續，方可通知班組進行模板拆除。

（2）懸挑梁待混凝土強度達到100%才能拆除支撐體系，并且等上層結構混凝土已經施工完成。

（3）非承重部位的墻、柱、梁側模拆除時，不得松動承重結構的支撐、拉桿，且結構混凝土強度應不低于1.2MPa，拆除時的混凝土強度應能保證其表面及棱角不受損傷。

（4）拆模時必須確保砼結構的質量和安全，應嚴格遵守以下規定：拆模的順序是先拆承重較小的模板及支架，然后拆除其他部分的模板及其支架，拆模不能亂擊亂敲，以防損壞模板及模殼，降低其周轉率，拆除模板和支頂時，先將腳手架頂托松下，用鋼釬撬動模板，使模板卸下，取下木枋和模板，然后拆除水平拉桿、剪刀撐及立桿等。

（5）拆除梁或板模板時，操作人員站在排架上部第二排鋼管鋪設的腳手板上，先將最上層鋼管向下落600mm后固定好，然后方可進行梁板支楞及膠合板的拆除，并由人工搬運至樓面。拆除模板腳手架時應采用可靠安全措施，嚴禁高空拋擲。

（6）在拆模過程中，如發現砼出現異常現象，可能影響砼結構的安全和質量等問題時應立即停止拆模，并經處理認證后，方可繼續拆模。

（7）拆模后，應對模板支架、模殼等進行調運集中堆放整齊，對模板進行修整、保養，以便以后使用。

（8）拆除架體時采用電動卷揚機將每榀桁架進行吊運至地面上。

六、結語

桁架加斜桿的支撐體系：主要采用桁架結構可先在高空中利用塔吊吊運便于形成較長的懸挑件，在樓層內預埋的焊接件現場相焊接組成空間平臺結構件，施工人員然后在由桁架組成的平臺上進行搭設上部模板支撐架體和在其下部設斜支撐件支撐于下部的樓層上。這種全部采用的由普通鋼管搭設的空間懸挑結構件平臺系統，沒有使用型鋼進行焊接，此類搭設方法的成本最低，經濟效果最佳。