百米高空大懸挑混凝土結構高支模施工工藝研究

劉曉峰

摘要：文章通過對不同懸挑結構的特點和支模類型進行對比分析，得出適合一般高空大懸挑結構的支模形式，并通過實際工程威海百度城為例，確定百米高空懸挑架——型鋼三角架鋼結構平臺+鋼管排架支撐系統為支模方式，進而研究其施工工藝和施工方法。

關鍵詞：百米高空;大懸挑;混凝土結構;高支模施工工藝;建筑工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU755 文章編號：1009-2374（2016）04-0109-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.055

隨著人們對建筑功能和建筑外觀日益復雜化的要求，高層建筑中的懸挑結構、門式連體結構、高空連廊、高大的室內共享空間結構等懸空結構形式在現代建筑中的應用越來越廣泛，而這類結構在施工中如何選擇模板支撐體系一直是工程界的一個難題。高層建筑中的懸挑結構，由于其自身特點決定其懸挑跨度不可能很大，又由于其施工高度較高，施工難度較大，如何根據懸挑結構的特點選擇合適的模板支撐體系一直是一個重要的課題。

1 懸挑結構高支模方案選型的研究方法

懸挑結構高支模方案的選擇有兩種方法：理論分析和工程調研。

理論分析主要是采用因素分析法，即先考慮某一種因素對支模方案選型的影響，而忽略其他的影響因素，如考慮懸挑高度的影響時，可以根據懸挑的高度估算梁的截面，然后確定作用在梁截面上線荷載的大小，將此荷載作用在各種類型的支模系統上，從承載力的大小、經濟適用性、施工安全等方面確定這些支模系統是否適合此懸挑高度下梁的支模。工程調研主要是通過收集同類結構模板支撐方案的工程資料或到施工現場調研各種懸挑結構的自身特點和采用的高支模方式，分析懸挑結構的懸挑高度、跨度等因素和支模方案配對的關系，這種方法更能說明懸挑結構高支模方案選型的一般規律。

1.1 懸挑結構的特點和支模方式

懸挑結構即為單邊嵌固結構，其懸挑跨度不可能很大，通過對工程中類似案例的調研，分析不同的結構類型、結構特點所采用的支模方式，可以發現目前施工中懸挑結構支模方式的特點。

1.2 懸挑結構特點和支模方式的調查

從以上工程案例可以看出，使用懸空結構模板支撐平臺體系的懸挑的高度都比較高，一般都超過40m，比模板設計規范中規定的高支模高度高出很多，結構的懸挑跨度一般不會很大，集中在3～5m。將懸挑結構的形式與高支模方案通過對比分析可以發現，懸挑結構的支模方式如采用不落地式支模方案，結構的懸挑高度對支模方式的選型幾乎沒有影響，甚至可以忽略，但是懸挑跨度對支模方式的選擇起到決定性的作用，由此可以得出結論，對于跨度小于6m的懸挑結構，可以使用型鋼三角架加斜撐的支模方式;跨度小于10m的可以選用斜拉型鋼挑架，跨度較大時需布置多道斜拉桿。但是無論何種高支模方式都不建議使用單邊支撐。

2 工程概況

本工程位于威海市青島中路與海峰路交叉口，是高層商業用樓。占地面積為6.7萬m2，總建筑面積為20萬m2，地下2層，地上46層，總高度到達146.1m。圖1為效果圖：

本工程從31層懸挑開始至39層懸挑結束，3#～4#樓之間19軸～20軸交A軸～B軸區域是高空裝修構架，采用型鋼砼桁架結構，懸空高度90.1m，至110.1m結束，懸挑桁架共計8層。此桁架結構從19軸向20軸方向懸挑6.35m。南北方向7.4m，單層懸挑桁架面積約50m2。高空懸挑桁架采用型鋼砼結構，懸挑邊梁350×450，端梁300×400，中間梁均為250×400，桁架斜梁300×450，框架柱為450×450，邊梁、端梁、斜撐、框架柱均采用H型鋼夾心。布置如圖3：

3 支模體系對比

3.1 采用落地式高空滿堂支架方案

考慮現場因素落地腳手架需搭設在4層屋面頂部，4層及以下樓層均需加固處理，在其上搭設高度約百米的滿堂扣件式鋼管模板支撐架，架體確保穩定并與主樓進行有效拉結，使其滿足連體結構施工的要求。該方案較為穩妥，但是支撐材料用量極大，搭拆工期過長，加固費用較高，施工成本較大，工人百米高支模經驗不足，安全操作技術難度大，且4層及以下樓層無法穿插二次結構，對裝修施工造成影響。此方案對本工程并不適用。

3.2 采用兩端支撐桁架

若采用兩端支撐桁架，相對于滿堂腳手架體系，受力體系明確，施工過程中高空作業少，一次性投資少，且整個桁架體系可以重復使用，提高了經濟性;桁架受力明顯減小，跨中撓度也明顯降低。從工藝方面能省不少問題，并且可定制現場吊裝即可，但支撐桁架支撐點需搭設在兩棟樓中，由于工期及現場實際情況，兩棟樓無法同時施工，即此方案雖然科學，但并不適合本工程。

3.3 采用百米高空懸挑架

百米高空懸挑架即采用“型鋼三角架鋼結構平臺+鋼管排架支撐系統”來代替傳統的施工工藝，主要采用型鋼制作，分別由兩道水平弦桿、斜撐、牛腿組成的型鋼三角架為主要鋼結構支撐懸挑梁。在三角架的上水平弦桿上部的垂直方向鋪設次型鋼梁，由次型鋼梁與型鋼三角架共同組成支撐平臺，平臺上部搭設鋼管排架支撐系統。該方案安全可靠，大大縮短了支模架的安裝工期，材料可以周轉適用，有利于降低施工成本，故最終選定該支撐體系進行工程的施工。

4 百米高空懸挑架支撐系統設計和參數選擇

4.1 型鋼三角架鋼結構平臺設計

型鋼三角架鋼結構平臺計算模型的建立以及受力體系的合理性和計算的準確性，直接關系到三角架尺寸的大小和組成構件的選擇，并最終決定三角架鋼結構平臺是否能夠承載自身荷載和上部施工荷載。運用3D3S鋼結構計算軟件，對型鋼三角架的受力體系進行分析和驗算;根據現場實際情況和施工結構圖平面布置以及型鋼三角架的設計和計算，在19軸～20軸東西方向之間，沿南北方向共布置型鋼三角架11榀，分別錨入30層、29層平臺內、三角架底部擱置28層19軸剪力墻中預埋牛腿上。型鋼三角架長度6.85m，支撐外挑1.1m，水平懸挑弦桿采用25a號工字鋼，錨入長度4m，采用剪力墻、25#圓鋼固定，斜撐及豎上桿采用16號工字鋼，三角架底部預埋25a號工字鋼作為牛腿，牛腿澆筑在剪力墻中并錨過剪力墻1.5m。在三角架的垂直方向，上水平弦桿上部布置15根16號熱軋工字鋼，與三角架梁進行焊接連接。各桿件之間采用螺栓連接。通過設計計算，型鋼三角架的材料選擇、焊縫設計、牛腿設計、支座梁的設計修改等全部滿足規范要求，鋼桁架梁經樣品制作加載試驗后，滿足施工條件。

4.2 鋼管排架支撐系統的設計

鋼管排架按兩層搭設，搭設兩層高度約5m，采用4道水平立桿，每道水平桿間距不超過1.5m，水平端頭頂在剪力墻上（先澆筑剪力墻的砼），立桿間距為1m、1.1m，第一道距剪力墻邊0.35m。立桿插在焊在工字鋼的鋼筋上，梁底采用50×100方木立方在梁底間距150mm。次楞方木中心間距200mm。

5 百米高空懸挑架支撐系統實施

5.1 百米高空懸挑架支撐系統施工流程

型鋼三角架吊裝→型鋼三角架安裝固定→桁架驗收→次梁鋪設→滿鋪腳板→滿鋪操作模板→中間驗收→支撐系統腳手架搭設→支撐系統驗收→支設模板→模板驗收→整體模板支撐系統驗收（檢測支撐型鋼三角架撓度）→達不到要求部位整改→驗收（反復檢查驗收直到符合方案及規范要求）→鋼筋綁扎→鋼筋驗收→最終整體驗收通過→混凝土澆筑→達到強度拆除。

5.2 現場制作、安裝全過程控制

為確保構件焊接質量，順利通過甲方、監理、公司的聯合驗收，選擇較強的工人進行施工，同時加強現場質量檢查，除必須檢查焊縫外，重點檢查如下六個方面：（1）先精確放樣，并準確下料，安排專業人員進行樣品桁架的焊接，并做荷載試驗;（2）確保所有參加的施焊人員均持證上崗，技術水平達到中級技工等級以上，并對所焊部位進行實名標識;（3）制作型鋼三角架焊接時的擱置支座，注意對稱焊接，減少三角架的內應力;（4）型鋼三角架與砼結構不平時，底部采用鋼板墊承;（5）為保證牛腿抗剪受力合理，在懸挑牛腿梁25a工字鋼的腹板兩側處增設75×10的加勁肋，高度同腹板;（6）對所有構件尺寸、焊縫質量、桁架梁的焊接變形值進行項目部、分公司、公司三級質量檢查，并對所有焊縫進行無損檢測，檢查驗收均要一次性通過。每項工序驗收等必須通過監理單位組織的專項聯合驗收。

5.3 現場吊裝、安裝全過程控制

為確保三角架平臺的安全、質量達到設計要求，在三角架、次型鋼梁安裝過程中，著重從質量、安全等多方面進行跟蹤、監督，并提供技術指導。（1）預埋牛腿梁、預留洞口施工時，必須進行標高和軸線測量，混凝土澆筑過程中，安排專人進行監護，確保預埋件在混凝土成型后，不得移位;（2）三角架吊裝前，對樓層的水平面、牛腿梁進行標高和軸線復核，對存在偏差的，進行記錄，以便在安裝時，對桁架的標高進行調整，控制上表面平整度不大于4mm，單個三角架的垂直度不大于1mm;（3）三角架梁全部安裝完成后，開始安裝次型鋼梁，次型鋼梁與鋼桁架梁采用焊接連接，確保次型鋼梁與鋼桁架梁形成一個穩定的鋼桁架平臺;（4）在次型鋼梁之間交叉滿鋪腳手板采用鋼絲固定，腳手板接縫處采用模板加強釘牢，形成一個安全、可靠的鋼桁架平臺支撐體系;（5）型鋼三角形平臺安裝完成后，技術部開始鋼桁架平臺的變形監測，初始變形數據一般在0.3～0.5之間。

5.4 確保高支模排架支撐系統的整體穩定性

為提供支撐體系的側向穩定性，避免在施工過程中支撐體系不斷加載引起的垂直度偏差較大而致使支撐體系失穩的事故發生，著重組織了水平拉桿、豎向向剪刀撐檢查。（1）高大模板腳手鋼管排架搭設中，保證所有立桿的底部必須套入次型鋼梁上焊接的栓釘內，對所有的掃地桿、水平桿、剪刀撐的設置進行嚴格的控制，發生偏差時及時調整，保證縱掃地桿、水平桿在縱橫方向均按方案的要求進行布置，保證在每條混凝土結構梁下均設置有豎直方向的剪刀撐，剪刀撐與洞口周邊板塊的排架支撐系統拉結可靠;（2）隨著模板支撐的不斷加載，技術部跟蹤進行鋼桁架平臺的平面變形監測，檢查變形值與加載試驗過程中各期變形值基本一致，排架系統搭設完成后，鋼桁架梁的最大撓度變形未超過0.5mm;（3）控制主框架梁的起拱高度為跨度的1%～2%，并不大于20mm。

6 結語

實踐是檢驗真理的唯一標準，實際工程案例的順利實施，驗證了百米高空大懸挑混凝土結構高支模方案——型鋼三角架鋼結構平臺+鋼管排架支撐系統，在保證工期的前提下，節約了工程成本，保證了工程質量，本技術有著可觀的社會和經濟效益。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）