一種新型支撐架體系在懸挑混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

陳 飛 王天乙 汪能亮 葉鈞濤

浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 浙江 杭州 310012

針對建筑物外挑結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)施工工藝是利用扣件式斜撐架體系來支撐上部荷載，隨著施工工藝的不斷革新、進(jìn)步，目前盤扣架斜撐體系也較多地運用于外挑結(jié)構(gòu)的施工，但上述工藝在對長度超過1.2 m的外挑結(jié)構(gòu)施工時，存在較大安全風(fēng)險，易出現(xiàn)斜撐架體系傾覆事故。相對而言，懸挑支撐架體系在構(gòu)件高度高、外挑長度長的建筑物外挑結(jié)構(gòu)施工中的優(yōu)勢與作用凸顯了出來，其推廣應(yīng)用，將成為必然趨勢[1-7]。

1 工程概況

遵義紅星美凱龍家居生活廣場項目為商業(yè)綜合體建筑，結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積152 000 m2，下部為4層裙房，上部為3棟主樓，建筑層數(shù)為18層。主樓建筑高度75.7 m，外圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)周長104.6 m，其屋面結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，圍護(hù)結(jié)構(gòu)四周均存在外挑結(jié)構(gòu)板，外挑結(jié)構(gòu)板外挑長度分別為1.5、2.0、2.5 m，外挑結(jié)構(gòu)板厚度為120 mm，板底距地下室頂板79.9 m。外挑結(jié)構(gòu)板節(jié)點構(gòu)造如圖1所示。

圖1 外挑結(jié)構(gòu)板節(jié)點示意

2 外挑結(jié)構(gòu)板支撐體系的選型

該外挑結(jié)構(gòu)板高度較高，均位于圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)，常規(guī)的扣件式鋼管支撐架、盤扣式鋼管支撐架均無法滿足搭設(shè)高度要求，該結(jié)構(gòu)板的施工存在較大安全風(fēng)險。利用懸挑腳手架的施工原理，在下一層樓板位置進(jìn)行工字鋼的設(shè)置及下?lián)尾垆摰暮附?，形?個三角架支撐基礎(chǔ)，根據(jù)支模架搭設(shè)原理進(jìn)行支撐工字鋼數(shù)量的確定，綜合考慮上部結(jié)構(gòu)荷載及施工荷載，以該三角架體系為受力分析模型進(jìn)行支撐基礎(chǔ)體系的受力驗算，滿足其穩(wěn)定性及承載力要求。在受力分析承載力滿足要求的前提下，通過一系列的細(xì)部構(gòu)造優(yōu)化，使支模架與懸挑工字鋼充分結(jié)合，形成1個完整的懸挑結(jié)構(gòu)支撐架體系。懸挑支撐架體系模型如圖2所示。

圖2 懸挑支撐架體系模型

3 懸挑支撐架體系的施工設(shè)計

本節(jié)以外挑長度2.5 m為例，對懸挑支撐架體系的施工設(shè)計進(jìn)行介紹。

懸挑支撐架體系由16#工字鋼、10#槽鋼、預(yù)埋鋼板、預(yù)埋U形環(huán)（采用φ16 mm圓鋼制成）、固定壓板、支模架鋼管組成。施工前，對外挑結(jié)構(gòu)梁板進(jìn)行分析，確定外挑長度、寬度，其中外挑長度及外挑板厚度是結(jié)構(gòu)荷載分析的要點，通過對其分析并結(jié)合施工經(jīng)驗，計算混凝土澆筑過程中所受施工荷載，從而確定懸挑支撐架體系所受全部荷載。

通過外挑結(jié)構(gòu)板懸挑長度確定工字鋼長度，進(jìn)行受力驗算，明確斜撐槽鋼與工字鋼連接點并結(jié)合預(yù)埋鋼板位置來確定斜撐槽鋼長度。工字鋼固定方式及外挑長度參照懸挑腳手架施工原理。

經(jīng)驗算，懸挑支撐架體系相關(guān)參數(shù)如下：工字鋼主梁間距900 mm，外挑長度2 500 mm，樓板內(nèi)錨固長度2 100 mm，下?lián)螚U與主梁外錨固點水平距離2 000 mm，下?lián)螚U角度45°，工字鋼主梁上部設(shè)置3排支模架立桿，立桿間距900 mm。

4 施工工藝流程

懸挑支撐架設(shè)置深化分析→預(yù)埋件預(yù)埋→懸挑工字鋼及斜撐槽鋼安裝→支模架搭設(shè)→外挑結(jié)構(gòu)梁板混凝土澆筑→懸挑支撐架體系的拆除及再利用

5 施工技術(shù)要求

5.1 預(yù)埋件預(yù)埋

U形環(huán)采用φ16 mm圓鋼制作，其材質(zhì)符合GB/T 1499.1—2017《鋼筋混凝土用鋼 第1部分：熱軋光圓鋼筋》中HPB300級鋼筋規(guī)定。預(yù)埋節(jié)點如圖3所示。

圖3 U形環(huán)預(yù)埋節(jié)點

5.2 懸挑工字鋼及斜撐槽鋼安裝

懸挑支撐架體系主梁采用16#工字鋼，截面面積26.1 cm2，質(zhì)量20.5 kg/m；斜撐槽鋼為10#槽鋼。工字鋼及槽鋼選用Q235B熱軋鋼材，性能指標(biāo)均滿足GB/T 2101—2017《型鋼驗收、包裝、標(biāo)志及質(zhì)量證明書的一般規(guī)定》及標(biāo)準(zhǔn)GB/T 700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》要求。

5.2.1 工字鋼放置

根據(jù)深化設(shè)計得到的16#工字鋼錨固、懸挑長度做好材料準(zhǔn)備，并根據(jù)支模架搭設(shè)立桿間距及排數(shù)，在鋼梁上焊接高100 mm、直徑20 mm的鋼筋用來進(jìn)行立桿定位。

待預(yù)埋件結(jié)構(gòu)層混凝土澆筑完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后，即進(jìn)行工字鋼的放置。

5.2.2 斜撐槽鋼固定

斜撐槽鋼長度及定位根據(jù)深化設(shè)計來確定，原材料加工完畢后即可進(jìn)行槽鋼與懸挑工字鋼的連接，連接方式為焊接。焊接前，槽鋼兩端應(yīng)根據(jù)深化設(shè)計角度進(jìn)行切割打磨，使其能夠與下部預(yù)埋鋼板及上部懸挑工字鋼100%接觸，使整個三角架支撐體系牢固地連接成整體，下部預(yù)埋鋼板可設(shè)置于下部樓層剪力墻外側(cè)，無剪力墻處可設(shè)置于外圍結(jié)構(gòu)梁上部。

焊接施工注意事項：

1）焊接前，槽鋼做好切割，切割面需同時與預(yù)埋鋼板、工字鋼充分接觸。

2）焊縫表面和熱影響區(qū)不得有裂紋、未熔合、夾渣、氣孔、燒穿和焊瘤等質(zhì)量缺陷。自動焊表面不得有未焊透、咬邊和凹坑等質(zhì)量缺陷。焊縫上的熔渣和兩側(cè)的飛濺物必須清除干凈。

3）焊縫與母材應(yīng)圓滑過渡。

4）焊縫的咬邊深度不得大于0.5 mm，咬邊的連續(xù)長度不得大于100.0 mm，焊縫兩側(cè)咬邊的總長度不得超過該焊縫長度的15%。

5）焊縫不得有低于母材的凹瘤，低于母材的凹瘤深度不得大于0.5 mm，凹瘤的連續(xù)長度不得大于10.0 mm，凹瘤的總長度不得大于該焊縫總長度的10%。

5.3 支模架搭設(shè)

支模架鋼管根據(jù)方案要求搭設(shè)于懸挑工字鋼體系之上，鋼管圓孔套于焊接鋼筋位置，防止立管在受力狀態(tài)下滑移。縱向掃地桿應(yīng)采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200 mm處的立桿上，橫向掃地桿應(yīng)采用直角扣件固定在緊靠縱向掃地桿下方的立桿上。支模架立桿間距900 mm，步距1 500 mm，立桿上部標(biāo)高采用可調(diào)托撐進(jìn)行調(diào)節(jié)；可調(diào)托座與鋼管交界處應(yīng)設(shè)置橫向水平桿，托撐頂與水平桿的高度差不應(yīng)大于500 mm，伸出鋼管頂部不得大于200 mm。

5.4 外挑結(jié)構(gòu)板混凝土澆筑

外挑結(jié)構(gòu)梁板混凝土在澆筑之前，應(yīng)對屋面懸挑支撐架體系進(jìn)行驗收。驗收分2個部分：一是對懸挑工字鋼的放置及斜撐槽鋼的固定進(jìn)行檢查驗收，確保其滿足規(guī)范要求；二是根據(jù)支模架搭設(shè)方案對工字鋼上部支模架進(jìn)行驗收。上述工序均驗收合格后方可進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑時應(yīng)從中間向兩側(cè)均勻進(jìn)行。

6 結(jié)語

本項目通過懸挑支撐架體系的運用，解決了屋面大懸挑結(jié)構(gòu)板的施工難題。在進(jìn)行屋面或樓層板造型獨特的外挑構(gòu)件施工時，均可以采用此施工技術(shù)。該施工技術(shù)相比傳統(tǒng)的斜撐支撐架體系，具有更高的安全系數(shù)，更好的成本效益，能更有效地避免結(jié)構(gòu)施工的安全與質(zhì)量風(fēng)險。在建筑外觀造型日趨復(fù)雜、多樣的發(fā)展格局下，外挑結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中將會更常見，懸挑支撐架體系作為更適合外挑結(jié)構(gòu)施工的腳手架體系，必將成為主導(dǎo)性的施工體系，該工藝必將會有更為廣闊的應(yīng)用空間。