高層建筑高大懸挑模板支模結構計算

汕頭市潮陽第四建筑總公司 廣東汕頭 515000

摘要：本文結合某高層建筑工程項目的施工實例，詳細介紹了高空大懸挑結構模板支撐體系的方案選擇及模板支撐體系的計算，并就該工程的高空大懸挑結構模板支撐方案、實踐提出了幾點思考。

關鍵詞：大懸挑結構；模板支撐；計算；思考

0 引言

隨著我國城市建設中高層建筑的日益增多，高空大懸挑結構支撐體系以其操作方便、搭設靈活、施工時間較短、造價較低等優點得到越來越多的應用。但是由于高空大懸挑結構支撐體系施工跨度大、高度高、難度大、施工工藝要求高等特點，如果設計不合理，則會造成安全事故隱患，威脅到人們的生命財產安全。目前部分工程直接借用施工腳手架進行懸挑模板搭設，正是由于這類特殊位置及相關節點處理的不合理，給工程實施留下了眾多事故隱患。

1 工程概況

某高層建筑占地面積20893.8㎡，總建筑面積達102705.10㎡。由1#A區、1#B區、2#、3#、4#樓組成，地下1-2層，地上7-20層，最高建筑高度102.3m，標準層高為4.5m，底部1～4層層高基本為6.0m。本工程2#樓20～22軸、B軸部位，7層有一部分懸挑結構，在7層懸挑結構對應的6層部位沒有懸挑結構，具體設計如下：20～22軸懸挑長度為1m、B～D軸為1.7m，懸挑結構高度32.45m，6層層高為4.5m，5層層高為4.5m。

2 方案的比選

由于2#樓懸挑結構是從7層開始，該懸挑結構的模板支撐方案較為復雜（詳見圖1），根據經驗有以下2種方式：

圖1 2#樓建筑平面設計圖

（1）搭設落地架至施工層。此方案為常規方案，但是工作量大，將耗費大量的材料與勞動力，最關鍵的是7層樓面標高為32.45m，搭設落地架不安全、不經濟。

（2）采用在下一層布置型鋼懸挑搭設模板支架。此方案操作較為簡便，節省材料和勞動力，安全系數高。

經過綜合比較分析，采用第（2）種方案最為經濟適用。

2.1 本工程高空大懸挑結構模板支撐計算的難點

難點1：懸挑型鋼布置不同于一般懸挑腳手架布置，需根據模板支撐計算結果進行優化布置，同時相應的荷載也比外圍護腳手架高。

難點2：角部懸挑模型無法通過當前使用較多的2款安全計算軟件進行計算。

難點3：本層層高4.5m，且下層層高也相對較高，達到4.5m，用于支模和懸挑型鋼支撐的下撐桿件長細比較大。

難點4：本工程外圍柱截面相對較大，給懸挑型鋼布置帶來了較大困難，尤其在陽角部位。

2.2 高空大懸挑結構模板支撐計算

因本工程陽角部位斜向布置的主梁與聯梁交點間距超過2m，目前主流安全計算軟件（PKPM、品茗）無法計算。本工程采用幾個計算軟件組合進行驗算。

結合難點分析，本工程的懸挑模板設計主要有以下關鍵點：型鋼布置；陽角部位計算；下撐桿件計算。

（1）首先通過模板支撐計算，得出梁板模板支撐立桿間距，根據立桿間距布置懸挑型鋼。

模板支撐計算時，因懸挑結構存在封口梁及懸挑梁，立桿軸向力較大。采用梁底立桿最大軸向力進行驗算。

立桿穩定性計算中，立桿長細比容許值[λ]：《模板規范》取150，《腳手架規范》取210。

因《腳手架規范》中立桿計算長度中存在系數μ1、μ2，長細比容許值為210，而模板規范中，則不需考慮系數μ的影響，故兩個規范計算公式不一樣，相應的判斷要求也不一樣，經計算比較，兩個規范判定標準基本相同，說明兩個規范體系基本是一致的。（圖1）

圖2 模板支撐平面圖

本工程采用主梁懸挑，主梁間距800mm；因柱截面尺寸較大為1m×1m，柱兩側以及陽角部位采用聯梁懸挑。（圖3）

圖3 工字鋼平面布置圖

（2）陽角部位計算

①聯梁驗算

根據模板支撐計算結果，B-D軸主梁上共擱置3根聯梁，通過對模板支撐架的驗算得出B-D軸外排聯梁受力最大，只需對此聯梁、懸挑主梁和支撐驗算，若能通過，則其他桿件也能滿足要求。

將模板支撐架立桿的最大軸心壓力導入理正結構系列計算軟件計算得出該根聯梁采用16號工字鋼滿足要求。計算模型如圖4。

圖4 外排連續梁計算簡圖

②主梁驗算

通過理正計算軟件對B-D軸內、中、外3排聯梁的分別進行計算：（表1）

表1 主梁驗算

經計算，發現第二個支座即①號主梁（見平面布置圖）受力最大。對該主梁進行驗算：

該主梁先采用16號工字鋼進行驗算；主梁長度4.5m；主梁建筑物外懸挑長度1.8m；主梁建筑物內錨固長度2.4m；錨固點采用Φ16U型錨固螺栓；下撐桿件參與計算。

共布置3排荷載

內排：15.6kN；中排：19.96kN；外排：26.7kN（荷載值均為設計荷載，由理正軟件計算所得）（圖5，圖6）

圖5 立面圖

圖6 荷載圖

經計算，16#工字鋼強度、抗剪、撓度驗算均滿足要求。

（3）下撐桿件計算

下撐桿件先采用12號槽鋼進行驗算，層高為4.5m。

12號槽鋼回轉半徑：ix=4.95cm、iy=1.57cm，考慮最不利因素i取iy=1.57cm。

經計算：12號槽鋼下撐不滿足要求。

采用12號槽鋼雙拼進行驗算，下撐桿長細比計算：

回轉半徑：ix=4.78cm、iy=4.72cm，考慮最不利因素i取iy=4.72cm。

經計算采用12號槽鋼雙拼下撐，軸心受壓穩定性滿足要求。

下撐桿件計算時，安全計算軟件回轉半徑取值時未區分下撐桿件強弱軸，這是不正確的。

本文所采用的長細比是突破《鋼結構設計規范》，在臨時工程中，是否可行需要探討，但實踐表明，采用《鋼結構設計規范》GB50017-2003表C得到的穩定系數進行計算，在實際工程中是安全的。（圖7）

圖7 模板支撐位置

2.3 高空大懸挑結構模板支撐的搭設

本工程該區域模板支撐施工時，公司技術人員在搭設過程中全程進行了跟蹤指導，陽角部位斜向主梁鋪設時，通過CAD進行精確定位，從而確保位置的準確性，對于在陽角及柱兩側區域設置聯梁的，嚴格監控聯梁的水平度，在下撐桿件焊接中，嚴控焊縫質量，見圖8。

圖8 懸挑梁布置大樣圖

3 相關思考

針對本工程的高空大懸挑結構模板支撐方案設計、實踐，在以下幾個方面還值得思考。

3.1 設計方面

（1）陽角部位主梁懸挑布置

本工程由于陽角部位大截面柱的存在，懸挑主梁放置時根部有兩種常規處理方式：一是主梁穿過柱，二是柱根部預埋錨板，主梁與錨板焊接連接。因本工程柱豎向鋼筋間距過密，主梁穿柱時，鋼筋會被截斷，會對工程產生安全隱患，所以采用預埋錨板焊接連接方式。

（2）支撐桿件的選取

當前很多工程的支撐桿件采用槽鋼作為支撐，然而由于槽鋼的截面特性決定其強弱軸回轉半徑相差非常大，對于支撐長度大，荷載相對較高時，采用槽鋼顯然是不合理和不經濟的，如12號槽鋼強軸弱軸的回轉半徑之比4.95/1.57=3.15，加之部分軟件沒有考慮這種特性，僅按強軸的回轉半徑考慮給支撐帶來了較大安全隱患。

3.2 計算方面

本工程懸挑結構模板支撐，采用了當前使用較多的2款安全計算軟件（PKPM、品茗）進行了計算分析，從中發現，2款軟件都有一定的局限性。

（1）在陽角部位的計算，PKPM目前還未有此功能，而在品茗中，聯梁的分析，無法支撐超過4根懸挑梁的計算，且懸挑梁與連梁的交點間距不能過大，超過2.0m就無法計算，而在實際工程中，這種情況是較為常見的。

（2）在下撐桿件的計算過程中，品茗對槽鋼的分析未對弱軸的穩定性進行分析，對下撐桿件與預埋節點板的焊縫計算未按照實際受力狀況進行分析，即焊縫承擔豎向抗剪和水平向抗壓的作用。

（3）兩個軟件均未能對下撐桿件的預埋件進行分析。

（4）根據《鋼結構設計規程》GB50017-2003，對于受壓的支撐桿件，構件的長細比宜控制在200以內，這個是對永久結構而言的，而對于模板支撐這種臨時結構是否可以放松，目前PKPM軟件中是根據長細比的計算來求解穩定系數的，并沒有考慮長細比的影響，是否合適？這些都需要規范及軟件繼續進行完善的，當然本文所采用的長細比是突破《鋼結構設計規范》，在臨時工程中，是否可行需要探討，但實踐表明，采用《鋼結構設計規范》GB50017-2003表C得到的穩定系數進行計算，在實際工程中是安全的，這需要在今后的規范中能夠規范，同時最好能采用強弱軸慣性矩一致的構件。

3.3 實踐方面

（1）因本工程陽角部位有一大截面柱，懸挑主梁布置時，采用柱腳預埋鋼板，然后主梁與預埋鋼板進行焊接，因角部主梁呈斜角布置，焊接時需對主梁進行切割。現場施工時，由于施工人員操作水平，焊接質量得不到有效保證，容易產生質量缺陷，若采用錨栓連接，可大幅度提高安全度，且方便施工。

（2）一直以來，下撐桿件均采用12號槽鋼，但本工程下撐桿件采用12號槽鋼驗算不滿足要求，為避免重復采購，編制方案時采用雙拼12號槽鋼作為下撐桿件。現場施工時發現槽鋼槽口焊接處理不好，宜采用更為可靠的方鋼管作為下撐桿件。

4 結語

綜上所述，高空大懸挑結構模板支撐體系的設計十分重要，其設計是否合理影響到后期工程的施工質量及安全，并關系著人們的生命財產安全。但是由于目前并無相關設計規范，因此，設計人員在工程設計時要認真地進行計算，保證計算的精確，為工程設計提供準確的數據，同時還要嚴格對工程中的各個部分進行合理的設計，保證工程的施工安全及質量。

參考文獻：

[1]王勝，孫磊，李翠翠.高空大懸挑結構新型斜拉懸模體系設計與施工[J].施工技術.2014（05）

[2]呂鐵飛，吳浩，蔣賢龍.高空大懸挑結構模板支撐架的設計與施工[J].建筑施工.2014（07）