高空大懸挑結構支模體系設計及施工技術研究

中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450000

隨著社會的不斷發展，建筑使用單位不僅要求建筑具備使用功能，還對建筑的造型、美觀、經濟等方面提出了越來越高的要求。這促使很多不同類型的建筑結構出現，如高空大懸挑結構，其可以優化建筑外立面的造型，增加建筑的使用面積，同時滿足建筑物的美觀和經濟要求。因為高空大懸挑結構懸挑較長、高度高、施工荷載大且為高空作業，施工難度大、風險高，容易造成安全質量問題，所以施工單位必須對支模體系進行科學選擇、合理設計和精心施工，確保施工安全，保證工程質量，做到技術先進、經濟合理。

1 工程概況

案例工程為大型商業綜合體工程項目，位于四川省成都市。該建筑為框架剪力墻結構，有地下2層、地上13層，總高度為66.8m，建筑層高4.9m，在第6層外立面設有懸挑平臺結構，懸挑長度為2.7m，距離地面30.9m。此高空大懸挑結構是施工的重難點。

2 實施方案選擇

高空大懸挑結構施工成功與否的關鍵在于實施方案的選擇是否科學合理，這關系到施工的安全、質量、工期和經濟效益。因此，在選擇實施方案時應充分考慮以下方面：

（1）設計的高空大懸挑結構支模體系應保證安全可靠，具有足夠的強度、剛度和穩固性，且造價經濟合理。

（2）在保證安全的前提下，有利于高空懸挑結構的質量控制，確保結構澆筑完成后平順規整、符合強度要求，無開裂、無錯臺等質量缺陷。

（3）支模體系選型時做到荷載傳遞明確、構造簡便、利于安拆、方便操作，能較好地控制工期，不被拖延。

（4）支模體系設計應盡量做到經濟合理，人、材、機的需求量較少，力求節約成本。

文章結合工程結構及現場實際情況對該工程高空大懸挑結構施工進行重難點分析，擬采用以下兩種方案進行對比分析，從中選擇最優方案進行施工。

2.1 方案一

在地下室頂板上搭設落地式鋼管扣件支模架體，搭設高度為30.9m。此方案為傳統方法，較為常見，具有構造簡單、受力狀況清晰，只需常規的鋼管、扣件等施工周轉材料的優點；缺點是搭設高度太高，屬于超過一定規模危險性較大的高支模作業，安全風險較大，也不利于施工質量控制，同時需要大量的勞動力，鋼管、扣件周轉材料的需求量較大，這樣就需投入較多的人工費、材料費，不經濟，且高支模搭設施工速度慢，不能節省工期。另外，地下室頂板將承受上部結構和高支模架體較大的荷載，不利于結構安全。

2.2 方案二

在第5層結構底板上用工字鋼制作懸挑受力構件，上設斜拉鋼絲繩拉接懸挑工字鋼或下設斜撐支撐工字鋼，然后在懸挑工字鋼上搭設鋼管扣件式支模架，形成穩定可靠的支模體系完成高空大懸挑結構施工。

2.3 最優方案

根據該工程的實際情況，從滿足施工的安全、質量要求，減少工期，節約成本等方面對兩個方案進行綜合分析對比。方案二的工作量小，用工、用材少，施工較快，成本較低且能夠保證安全質量，明顯優于方案一，故最終采用方案二。方案二主要優點如下：

（1）利用工字鋼的輕便性，將高支模架轉變為一般支模體系，減少了大量周轉材料的浪費，節約了勞動力和材料，降低了建設成本。

（2）懸挑式工字鋼支模架與高支模架相比，降低了安全風險，提高了施工速度。

（3）懸挑式工字鋼支模架體系的荷載傳遞明確、工藝簡單、性能穩定可靠、施工質量可控。

3 支模體系設計及施工技術

3.1 力學模型分析及工藝流程

方案二的承荷路徑為預埋U型錨環體系→懸挑工字鋼體系→模板支架體系→懸挑混凝土結構。以預埋U型錨環體系、懸挑工字鋼體系和模板支架體系等為主要設計思路并進行相關驗算。

工藝流程：施工準備→預埋U型錨環→安裝懸挑工字鋼→設置斜拉鋼絲繩或斜撐→搭設鋼管扣件支模架→鋪設懸挑結構模板→綁扎鋼筋→澆筑混凝土。

（1）受力計算。根據力學模型對高空懸挑支模體系進行構造分析和受荷計算，驗算支模體系的局部與整體穩定性，計算構造細部節點的受荷大小。根據懸挑工字鋼支模體系荷載傳遞特點建立計算模型，通過PKPM計算軟件對懸挑支模體系進行整體受力分析，驗算工字鋼受力和懸挑支模體系的整體穩定性，驗算結構板與工字鋼錨固段的連接，確定U型錨環規格參數。根據工字鋼設置的斜拉鋼絲繩或斜撐情況，通過計算工字鋼在受荷模型下的內力，以此確定斜拉鋼絲繩或斜撐的規格型號參數。

（2）參數確定。根據計算結果確定該項目的高空懸挑支模體系的技術參數及規格型號，具體如表1所示。

表1 主要技術參數及規格型號 單位：m

3.2 支模體系施工技術

（1）U型錨環體系。U型錨環的寬度根據工字鋼規格型號確定，高度則根據工字鋼規格型號和預埋結構厚度確定，型錨的兩端留設不小于50mm的螺紋開口。U型錨環制作示意圖如圖1所示。

圖1 U型錨環制作示意圖

U型錨環根據工字鋼布設位置預埋于懸挑結構下層結構板內，錨環安裝于板底鋼筋下并用1.5m長的2根Φ18mm鋼筋壓住錨環。懸挑工字鋼U型錨環錨固構造如圖2所示。前錨位置在建筑物邊緣100mm以下，后錨位置在工字鋼后端200mm和400mm處。前錨是為了保持工字鋼整體穩固，后錨是為了承受荷載。

圖2 U型錨環錨固構造圖

（2）懸挑工字鋼體系。將懸挑工字鋼逐根穿進預埋的錨環內，每根工字鋼的三個錨位用L63mm×6mm角鋼壓板與錨環通過螺帽連接，兩個后錨環需用至少2個及以上螺帽連接。工字鋼與錨環之間的間隙用楔子楔緊，保證懸挑工字鋼的穩固。在工字鋼懸挑端上根據支模立桿位置焊接厚度不低于10cm的Φ20mm鋼筋頭，用于限制立桿偏移。如果結構懸挑較長、自重大，僅憑懸挑工字鋼不能滿足懸挑結構的支模要求。該工程懸挑結構長2.7m，需要采取相應措施增加工字鋼的承荷能力，以保證懸挑工字鋼體系滿足承受荷載要求。可增加工字鋼受荷能力的方案主要有以下兩種：①在工字鋼懸挑端設置斜拉鋼絲繩拉接于上部結構，以此增強工字鋼的承載能力，此方案如圖3所示。②在工字鋼懸挑端設置斜撐，以此增強工字鋼的承載能力，斜撐可采用工字鋼或槽鋼，其規格型號和支撐位置根據計算確定，此方案如圖4所示。

圖3 鋼絲繩拉結工字鋼示意圖

圖4 斜撐支撐工字鋼示意圖

該項目工字鋼主梁采用斜撐支撐，其平面布置、側面布置如圖5、圖6所示。

圖5 工字鋼平面布置示意圖（單位：mm）

圖6 工字鋼側面布置示意圖（單位：mm）

（3）模板支架體系。懸挑工字鋼體系安裝完經驗收合格后，開始搭設模板支架體系，搭設順序如下：對準限位鋼筋頭立豎桿→搭設掃地桿→搭設水平桿→安裝梁、板底大小橫桿→調整頂托→安裝小楞，鋪設梁、板底模板→綁扎梁板鋼筋→關梁側模→驗收→澆筑懸挑混凝土結構。

（4）懸挑混凝土結構澆筑。懸挑支模架體系經檢查驗收合格后方可澆筑混凝土，澆筑前應檢查各連接部位相互之間是否連接牢固，如斜撐與鋼底座的焊接處、懸挑工字鋼與斜撐的焊接處，以及模板支架體系之間的連接是否穩固可靠。在澆筑過程中必須派人旁站觀察，如發現異常下沉、松動和變形情況應立即停止施工，待查找出原因并及時妥善處理后才可繼續澆筑。混凝土澆筑順序遵循先澆筑非懸挑部位，再向懸挑端澆筑的原則，使支模架懸挑端緩慢受力，防止傾覆，確保懸挑支模體系安全。

（5）懸挑支模體系拆除。懸挑混凝土結構強度必須達到設計要求100%方可拆除懸挑支模體系，同時應避開異常惡劣天氣。并且，拆除支撐體系前應組織安全技術交底。懸挑支模體系拆除時，應在地面設置警示標志和圍欄，并設專人管理和看護。懸挑支模體系拆除遵循“后搭的先拆，先搭的后拆”原則，按照自上而下的順序進行。

4 取得成效

該項目采用懸挑支模體系施工高空大懸挑結構安全可靠，沒有發生安全事故且混凝土成型平順，無開裂、變形現象，成型質量較好。同時，與搭設落地高支模架相比減少了鋼管、扣件等周轉材料的投入，減少了搭設架體和拆除工序的勞動力投入，也縮短了工期。通過與搭設落地高支模架對比估算，此方案節約成本約9萬元，少投入工人約16人，工期節省約10d，綜合效益顯著。

5 結束語

采用懸挑支模體系施工高空大懸挑結構，受力計算分析明確，安拆快捷方便，提高了施工效率、節省了材料、減少了勞動力投入、縮短了工期、節約了成本，施工的安全質量能夠得到保證。實踐證明，高空懸挑支模體系施工技術具有推廣應用價值。