大懸挑型鋼模架和外架相結(jié)合技術(shù)設(shè)計與施工

曾 金 聰

(福建建工集團有限責任公司，福建 福州 350000)

近年來隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，形狀怪異且結(jié)構(gòu)復雜的高層建筑越來越多，對城市美觀和視覺效果的追求越來越高，更多的異形建筑結(jié)合地方的建筑特色而被設(shè)計成象征性的建筑。可是建筑設(shè)計上的效果追求對結(jié)構(gòu)設(shè)計和實際施工帶來不少的難題，對于結(jié)構(gòu)在高層(6層以上)懸挑長度超過一定范圍時，型鋼懸挑承重支模架和外架結(jié)合施工技術(shù)可以解決這類問題。

1 工程概況

長汀某廣場一期A組團工程，由10幢16層～33層單體工程及裙樓組成。地上建筑面積為123 458 m2,1層地下室工程，地下室面積為19 071 m2。工程結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，由于該斜屋面和天溝結(jié)構(gòu)懸挑為1.5 m，2.6 m,加上施工外架，該懸挑型鋼梁挑長大于3 m,屬危險性較大的分部分項工程，該大懸挑需要專項設(shè)計和論證，其具體設(shè)計計算以3號樓坡屋面及天溝懸挑混凝土結(jié)構(gòu)模板支撐架及外架搭設(shè)在懸挑鋼梁上作為設(shè)計的依據(jù)進行驗算，其他幢號懸挑結(jié)構(gòu)模板及外架搭設(shè)參照此執(zhí)行。

3號樓2軸～3軸×B軸～E軸板及15軸～16軸×B軸～E軸坡屋面和天溝板和外架施工設(shè)計板厚為100 mm，天溝截面尺寸主要有：750 mm×500 mm，懸挑總長2 600 mm；標準層樓板厚度大于120 mm，坡屋面和天溝A軸～B軸×1軸～16軸板及天溝、坡屋面和天溝E軸～H軸×1軸～16軸板及天溝板和外架施工設(shè)板厚為100 mm，天溝截面尺寸主要有：750 mm×500 mm，懸挑總長1 500 mm。

本工程懸挑施工模板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 懸挑施工模板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

本工程懸挑施工區(qū)域平面圖如圖1所示。

2 方案比較

方案一：鋼管滿堂架落地架，搭設(shè)高度超高，鋼管用量大，不切合施工實際，不予考慮。

方案二：型鋼桁架，考慮從框架梁、柱邊預埋鋼板然后進行焊接懸挑型鋼桁架，要進行鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計和施工，桁架型鋼用鋼量大，施工工期長，安裝就位和拆除難度大，危險性較高，材料無法重復使用，費用較高。

方案三：采用鋼絲繩斜拉懸挑型鋼支模和外架相結(jié)合，施工設(shè)計計算簡便，施工安裝方便，型鋼可以重復使用，費用較低，安全可靠，可以考慮使用。

結(jié)合本工程的特點，綜合對比上述三種方案考慮施工工期以及施工簡便易行、費用較低等特點，經(jīng)過施工設(shè)計計算，選用雙鋼絲繩斜拉型鋼支模和外架結(jié)合能滿足施工要求。

3 大懸挑型鋼支模架和外架相結(jié)合施工技術(shù)設(shè)計

3.1 斜屋面模板支架立桿荷載標準值的計算

模板支架搭設(shè)高度約為4.8 m，立桿的縱距b=1.20 m，立桿的最大橫距l(xiāng)=1.20 m，立桿的步距h=1.50 m。作用于模板支架的荷載包括靜荷載、活荷載和風荷載。

1)永久荷載標準值包括以下內(nèi)容：a.模板支撐架體自重G1K=0.871 kN；b.模板的自重G2K=0.468 kN；c.新澆混凝土自重及鋼筋自重G3K=2.41 kN 。經(jīng)計算得到，永久荷載標準值G=3.749 kN。

2)活荷載為施工荷載標準值與振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載。經(jīng)計算得到，活荷載標準值Q=1.20 kN。

3)不考慮風荷載時,立桿的軸向壓力設(shè)計值計算公式:

N3=1.35G+1.4Q=1.35×3.749+1.4×1.20=6.74 kN。

同理，N4=1.35G+1.4Q=13.636 kN；

N5=1.35G+1.4Q=10.366 kN。

3.2 外腳手架荷載標準值的計算

雙排腳手架，搭設(shè)高度6.5 m，立桿采用單立管。立桿的縱距1.20 m，立桿的橫距0.50 m，內(nèi)排架距離結(jié)構(gòu)2.45 m，立桿的步距1.50 m。采用的鋼管類型為φ48.3×3.6，計算時按φ48×3.0計算。

3.2.1 靜荷載標準值計算

1)外腳手架架體自重G1=0.87 kN；

2)本工程采用竹笆片腳手板，其自重標準值0.1 kN/m2；故腳手板自重G2=0.354 kN；

3)欄桿與擋腳手板自重G3=0.384 kN；

4)安全網(wǎng)等吊掛的安全設(shè)施自重G4=0.078 kN。

經(jīng)計算得到，永久荷載標準值G=1.686 kN。

3.2.2 活荷載標準值計算

活荷載按JGJ 130—2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范第4.2.2章節(jié)中裝修腳手架荷載取值。經(jīng)計算得到，活荷載標準值Q=0.60 kN。

3.2.3 風荷載標準值計算

風荷載標準值應(yīng)按照以下公式計算：wk=μz·μs·wo。

其中,基本風壓wo=0.40 kN/m2；風荷載高度變化系數(shù)μz=1.50；風荷載體型系數(shù)μs=0.214。

經(jīng)計算得到，風荷載標準值wk=0.128 kN/m2。

3.2.4 荷載效應(yīng)組合

考慮風荷載時，底部立桿的最大軸向壓力N=1.2G+0.9×1.4Q=2.779 kN；不考慮風荷載時，底部立桿的最大軸向壓力N=1.2G+1.4Q=2.863 kN，取較大值計算N1=N2=2.863 kN。

3.3 懸挑型鋼梁計算

3.3.1 采用懸挑模型計算

參考JGJ 130—2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范第6.10.4條“每個型鋼懸挑梁外端宜設(shè)置鋼絲繩或鋼拉桿與上一層建筑結(jié)構(gòu)斜拉結(jié)。鋼絲繩、鋼拉桿不參與懸挑鋼梁受力計算，故懸挑型鋼梁應(yīng)按懸挑模型進行計算，懸挑主鋼梁采用通用型號16號工字鋼，其受力計算如圖2所示。

經(jīng)計算得懸挑鋼梁剪力圖見圖3，彎矩圖見圖4，變形圖見圖5。

未設(shè)置鋼絲繩斜拉時位移計算如表2所示。

表2 未設(shè)置鋼絲繩斜拉時位移計算表

故采用懸挑構(gòu)件模型計算時，桿端最大位移值達到78.95 mm，無法滿足要求。

3.3.2 采用兩跨連續(xù)梁模型計算

為了將鋼絲繩參與受力計算且滿足規(guī)范要求，本工程懸挑型鋼模板支撐架采用兩根鋼絲繩固定，一用一備。這樣既可以滿足規(guī)范要求，也可以滿足受力計算，水平鋼梁選擇16號工字鋼。

懸挑鋼梁的計算簡見圖6。

經(jīng)過設(shè)置斜拉鋼絲繩后按連續(xù)梁計算得到剪力圖見圖7，彎矩圖見圖8，變形圖見圖9。

設(shè)置斜拉鋼絲繩時位移計算如表3所示。

表3 設(shè)置斜拉鋼絲繩時位移計算表

外側(cè)鋼絲繩拉結(jié)位置支撐力為18.21 kN；最大彎矩Mmax=12.95 kN·m；桿件最大位移為4.4 mm，滿足施工要求。

3.3.3 抗彎強度計算

主梁的抗彎強度σ=12.95×106/1.05/141 000.0+18.25×1 000/2 610.0=94.46 N/mm2<鋼材抗壓強度設(shè)計值[f]=205.00 N/mm2，滿足設(shè)計要求。

3.3.4 整體穩(wěn)定性計算

經(jīng)過計算得到強度σ=12.95×106/(0.828×141 000.00)=112.02 N/mm2<[f]=205.00 N/mm2,滿足設(shè)計要求。

3.3.5 鋼絲拉繩的內(nèi)力計算

水平鋼梁的軸力RAH和拉鋼繩的軸力RUi按照下面計算。

其中,RUicosθi為鋼絲繩的拉力對水平桿產(chǎn)生的軸壓力。各支點的支撐力RCi=RUisinθi。

按照以上公式計算得到鋼絲繩拉力RUi=7.10 kN。

3.3.6 鋼絲拉繩的強度計算

取鋼絲拉繩的軸力RU的最大值進行計算，RU=24.43 kN。

鋼絲繩的容許拉力按照下式計算：

選擇拉鋼絲繩的破斷拉力要大于8.000×24.43/0.850=229.93 kN。

選擇6×19+1規(guī)格鋼絲繩，鋼絲繩抗拉強度1 400 MPa，直徑φ15.5 mm，滿足要求。

3.3.7 鋼絲拉繩吊環(huán)的強度計算

取鋼絲拉繩的軸力RU的最大值作為吊環(huán)的拉力N,N=RU=24.43 kN。

鋼板處吊環(huán)強度計算公式為:

所需吊環(huán)的最小直徑D=[7 103×4/(3.141 6×65×2)]1/2=15.3 mm。

根據(jù)JGJ 130—2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范第6.1.4章節(jié)中說明，選取吊環(huán)直徑為φ20 mm，滿足要求。

4 懸挑鋼梁支模架和外架的施工構(gòu)造要求

1)型鋼懸挑腳手架的型鋼采用16號工字鋼，標準型懸挑鋼梁總長7 087.5 m，懸挑長度3 150 m，錨固長度3 937.5 m；非標準型懸挑鋼梁可根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)整尺寸，但應(yīng)滿足錨固長度不小于1.25懸挑長度的要求。懸挑腳手架立桿縱向間距1 200 mm，橫向間距500 mm，大橫桿步距1 500 mm。

2)沿支模架外側(cè)周圈由下至上設(shè)置豎向連續(xù)式剪刀撐，中間縱橫向剪刀撐按規(guī)范要求設(shè)置，豎向剪刀撐桿件的底端與鋼梁頂緊；在支撐架的頂部和掃地桿處各設(shè)置一道水平剪刀撐，夾角為45°～60°。坡屋面懸挑2 600 mm模架支撐立面圖如圖10所示。

5 施工技術(shù)措施

模板支撐架立桿必須落在懸挑16號工字鋼上，懸挑長度3 150 mm，錨固長度3 937.5 mm；非標準型懸挑鋼梁可根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)整尺寸，但應(yīng)滿足錨固長度不小于1.25懸挑長度的要求；定位點采用直徑25 mm～30 mm的鋼筋或短管豎直焊接長200 mm；鋼絲繩采用直徑不得小于14 mm(本工程采用6×19+1規(guī)格的鋼絲繩直徑為15.5 mm)，鋼絲繩卡不得少于3個；預埋吊環(huán)應(yīng)使用HPB235級鋼筋制作，其直徑不小于20 mm。掃地桿離地面200 mm，立桿伸出頂層水平桿高度為300 mm，水平剪刀撐在底部掃地桿位置和架體頂部各設(shè)一道，共2道，豎向剪刀撐在四周梁位置且不超過7根立桿設(shè)置，角度為45°～60°，立桿頂部設(shè)置頂托，頂托螺桿伸出鋼管頂部不應(yīng)超過200 mm，模板支架和外架要按規(guī)定設(shè)置連墻件和建筑物進行可靠的剛性連接。

6 結(jié)語

本項目施工技術(shù)設(shè)計方案已通過專項安全專家論證。在搭設(shè)過程中按設(shè)計要求全程監(jiān)測檢查，其強度、穩(wěn)定性、剛度均滿足施工要求。搭設(shè)簡便、安全適用，既保證施工質(zhì)量和安全，又確保施工工期。本項目已順利完成，達到預期的施工效果，為后續(xù)類似工程的施工提供技術(shù)借鑒。