高空懸挑高大模板支撐系統的設計與施工

宋君勇

鴻廈建設有限公司 浙江 溫州 325000

隨著人們生活水平的提高，對住宅建筑的風格及得房率的要求也更高，有些建筑設計師在保證建筑方正的前提下增加復雜的屋面構架來體現建筑的多樣性，然而高空懸挑鋼筋混凝土屋面構架的采用給模板支撐系統設計及施工帶來巨大的挑戰[1-7]。

若采用普通落地鋼管扣件式滿堂腳手架，將無法滿足JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》的相關規定，因此本工程采用型鋼懸挑腳手架作為懸挑屋面構架的模板支撐系統。

1 工程概況

萬科·理想之城位于浙江省溫州市龍灣區甌海大道與龍江路交叉口西北角，建設用地面積為65 148 m2，總建筑面積為227 827.45 m2（其中地上建筑面積為176 060.74 m2，地下建筑面積為4 8 8 9 5.9 4 m2，架空層建筑面積為2 870.77 m2）。

該工程主要由16棟高層住宅（15層和17層高層住宅各4棟、26層高層住宅8棟）、1棟3層的幼兒園和4棟1層的配電房組成。

8棟26層的高層住宅建筑頂部四周設有鋼筋混凝土屋面構架，局部凈跨度為18.20 m的屋面構架底部距離室外地下室頂板面為84.40 m。

2 屋面構架高大模板支撐系統設計

2.1 高大模板支撐系統的定義

根據《建設工程高大模板支撐系統施工安全監督管理導則》（建質[2009]254號）的規定：高大模板支撐系統是指建設工程施工現場混凝土構件模板支撐高度超過8 m，或搭設跨度超過18 m，或施工總荷載大于15 kN/m2，或集中線荷載大于20 kN/m的模板支撐系統。

2.2 高空屋面構架概況

本工程8棟26層的高層建筑的北側凹口上方標高83.80 m處的鋼筋混凝土屋面構架寬3.80 m、跨度18.20 m（以1#樓為例，如圖1所示）。

圖1 1#樓北側凹口處屋面結構

屋面構架的懸挑梁截面均為200 mm×600 mm，雙層板（上層板厚8 0 m m，下層板厚1 2 0 m m），內側檐溝深度為4 8 0 m m、寬度為2 8 0 m m，屋面構架頂面標高為8 3.8 0 m，地下室頂板面標高為－1.20 m，懸空高度為84.40 m，高寬比為22.2，遠大于規范要求，無法采用普通鋼管扣件式落地腳手架作為屋面構架的模板支撐系統。

根據實際情況，工程只能采用型鋼懸挑腳手架作為模板支撐系統的豎向承載基礎。

2.3 高空懸挑高大模板支撐系統的設計

2.3.1 懸挑樓層的選擇

每棟26層的高層建筑北側凹口上方在屋面處設有懸挑梁，因此需要在26層樓面和屋面設置懸挑型鋼，高空懸挑高大模板支撐系統高度最大為7.65 m，凹口兩側為4.65 m（26層樓面標高76.15 m，屋面標高79.15 m，屋面構架頂面標高83.80 m）。

2.3.2 懸挑工字鋼的選擇

屋面構架外邊與建筑北側凹口處的外墻軸線（即為懸挑工字鋼外錨點位置）間距為3.30 m，最大鋼筋混凝土懸挑梁截面為200 mm×600 mm，最外排立桿與屋面構架距離設定為500 mm，最外排立桿中心線距工字鋼外端為100 mm，因此工字鋼懸挑長度應為3.90 m。

根據JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》第6.10.2條的規定：“鋼梁截面不應小于160 mm，且內錨長度不應小于懸挑長度的1.25倍”，選擇的懸挑工字鋼規格及使用部位如下：

1）建筑北側凹口處為18#工字鋼（長9.0 m），共16根，26層為懸挑層。

2）建筑北側凹口兩側為18#工字鋼（長3.0 m），共6根，屋面層為懸挑層。

2.3.3 擱置工字鋼的設置

建筑北側凹口中心處為凈寬1.4 m的采光井空洞，該處不便于懸挑工字鋼，立桿底部采用18#工字鋼（長6.0 m）擱置在采光井兩側各3根懸挑工字鋼上，總共6根，首根工字鋼中心離墻面650 mm，工字鋼間距由內向外依次為800、800、800、650 mm。

2.3.4 懸挑工字鋼上的立桿設置

本工程屋面構架的模板支撐立桿、水平桿以及剪刀撐均采用φ48 mm×3.0 mm的無縫鋼管，鋼管之間采用扣件連接。

26層樓面的懸挑工字鋼（長9.0 m）上設置5根立桿，立桿間距由內向外依次為800、800、800、650 mm，最外排立桿中心距懸挑工字鋼外端為100 mm，第1排立桿中心距墻面為650 mm。屋面的懸挑工字鋼（長3.0 m）上設置4根立桿（其中2根立桿在懸挑段，2根在錨固段），立桿間距由內向外依次為800、800、650 mm，最外排立桿中心距懸挑工字鋼外端為100 mm。

屋面構架模板支撐系統的另外3根立桿直接立于屋面結構層上。擱置工字鋼上設置8根立桿，立桿間距均為800 mm（圖2～圖5）。

圖2 1#樓北側凹口處26層的懸挑工字鋼及立桿平面布置

圖3 1#樓北側凹口處屋面的懸挑工字鋼及立桿平面布置

圖4 A-A剖面

圖5 B-B剖面

2.3.5 掃地桿及縱橫水平桿設置

屋面構架的高大模板支撐系統的縱橫掃地桿離26層懸挑工字鋼頂面320 mm，縱橫水平桿步距從掃地桿開始依次為1 600、1 600、1 600、1 608 mm。

2.3.6 懸挑梁安全計算

1）懸挑工字鋼（長9.0 m）安全驗算。新澆筑混凝土自重標準值為24 kN/m3，混凝土梁鋼筋自重標準值為1.5 kN/m3，混凝土板鋼筋自重標準值為1.1 kN/m3，施工荷載標準值為3 kN/m2，支撐腳手架計算單元上集中堆放的物料自重標準值為1 kN，梁底立桿縱橫向間距均為800 mm，板底立桿縱橫向間距均為800 mm。

采用品茗安全計算軟件分別計算梁和板底立桿承受的荷載，得出懸挑工字鋼上立桿承受的荷載由里向外依次為10.940、10.940、14.218、14.218、4.266 kN（圖6），然后再選擇“多排懸挑架主梁驗算”模塊進行相應驗算，得出懸挑主梁的抗彎、抗剪和撓度均滿足要求，下撐桿件（無縫鋼管φ100 mm×3.0 mm）的軸心受壓及對縫焊接均滿足要求。

圖6 18#工字鋼（長9.0 m）懸挑段上的立桿及下撐設置示意

2）懸挑工字鋼（長3.0 m）安全驗算。根據圖2可得懸挑工字鋼（長3.0 m）上立桿承受的荷載由里向外依次為14.218、4.266 kN（圖7），驗算得出懸挑主梁的抗彎、抗剪和撓度均滿足要求。

圖7 18#工字鋼（長3.0 m）懸挑段上的立桿設置示意

3 高空懸挑高大模板支撐系統施工

3.1 下撐桿下端固定鋼板及U形錨固螺栓預埋

3.1.1 下撐桿下端固定鋼板預埋

在25層結構施工時，待梁鋼筋綁扎完成后、鋁模安裝前，在外下撐桿下端固定點處預埋鋼板，外下撐桿下端固定鋼板規格為200 mm×150 mm×10 mm，共16塊〔圖8（a）〕，固定鋼板中心距梁底200 mm；待25層的鋼筋混凝土墻鋼筋綁扎完成后、鋁模安裝前，在內下撐桿下端固點處預埋鋼板，規格為250 mm×150 mm×10 mm，共16塊〔圖8（b）〕，固定鋼板中心距25層結構板面150 mm。

圖8 下撐桿下端預埋鋼板

3.1.2 U形錨固螺栓預埋

在26層結構施工時，待梁板模板搭設完成后，在模板上按照圖2用墨斗彈出懸挑工字鋼（長9.0 m）中心線，并標出U形錨固螺栓位置，待梁板鋼筋綁扎完成后，按照圖2和圖6安裝U形錨固螺栓。

在屋面結構施工時，待梁板模板搭設完成后，在模板上按照圖3用墨斗彈出懸挑工字鋼（長3.0 m）中心線，并標出U形錨固螺栓位置，待梁板鋼筋綁扎完成后，按照圖3和圖7安裝U形錨固螺栓。

3.2 懸挑工字鋼安裝

懸挑工字鋼（長9.0 m）運到現場后，先按照圖4和圖6將下撐桿（無縫鋼管φ100 mm×3.0 mm）與懸挑工字鋼焊接牢固，待26層梁板混凝土澆筑完成且混凝土強度達到設計強度70%以上后，采用塔吊吊裝懸挑工字鋼，懸挑工字鋼就位后按照圖9進行固定，最后將下撐桿與預埋鋼板焊接牢固。

圖9 懸挑工字鋼U形螺栓固定構造

屋面梁板混凝土澆筑完成且混凝土強度達到設計強度70%以上后，采用塔吊吊裝懸挑工字鋼（長3.0 m），懸挑工字鋼就位后按照圖9進行固定。

3.3 水平防護鋼管及擱置梁安裝

懸挑工字鋼（長9.0 m）全部安裝并固定好，且下撐桿與預埋鋼板焊接牢固后，在懸挑段上面垂直懸挑工字鋼搭設水平防護鋼管。

首根防護鋼管離墻面150 mm，其余防護鋼管間距均為200 mm，并在水平防護鋼管上鋪設密目安全網，最后按照圖2安裝擱置工字鋼（長6.0 m）。

3.4 高大模板支撐系統的立桿、縱橫掃地桿和水平桿搭設

26層的懸挑工字鋼上的防護安全網鋪設好后，按照圖2由內向外的順序搭設立桿和縱橫掃地桿，第1排立桿離墻面650 mm，立桿橫向間距分別為800、800、800、650 mm，立桿縱向間距兩側為700 mm、中間均為800 mm，掃地桿中心離懸挑工字鋼上表面為320 mm，再搭設第1步縱橫水平桿，然后搭設該部位的屋面懸挑梁底承重的縱橫水平桿，并安裝相應的梁模板和布置鋼筋，懸挑梁與屋面混凝土同時澆筑。

懸挑梁側模板拆除后，按照圖4采用鋼管和扣件連接懸挑梁兩側的立桿，防止高大模板支撐系統晃動。屋面層的懸挑工字鋼安裝完成后，搭設屋面構架的其余立桿和縱橫水平桿，并搭設屋面構架兩側的水平防護欄桿和掛好最外側安全網。

3.5 高大模板支撐系統的豎向剪刀撐搭設

屋面構架的梁板模板安裝完成后，按照圖3搭設豎向剪刀撐，橫向設置6道，縱向設置2道。

3.6 高大模板支撐系統的施工安全要求

1）高大模板支撐系統施工期間，必須在一層室外設置安全區域，并派專人看管。

2）高大模板支撐系統的搭拆人員必須佩戴安全帽、系安全帶、穿防滑鞋，安全帶的固定端禁止與高大模板支撐系統連接。

3）立桿長度不足的采用對接扣件接長，禁止采用搭接，且相鄰2根立桿的接頭不應設置在同步內，同步內隔1根立桿的2個相隔接頭在高度方向錯開的距離不應小于500 mm。

4）梁底和板底必須設置雙扣件。

5）高大模板支撐系統完成后需要對扣件的擰緊力矩進行全數檢查，螺栓擰緊力矩不應小于40 N·m，且不應大于65 N·m。

6）高空懸挑屋面構架的梁板混凝土澆筑前，必須先澆筑完成該處屋面的鋼筋混凝土墻。

7）屋面構架梁板混凝土澆筑時，采用塔吊吊運混凝土，高空懸挑屋面構架上的施工人員不允許超過5人，并且全部要掛好安全帶。

8）高空懸挑屋面構架的梁板混凝土強度達到設計強度的100%方后，可拆除高大模板支撐系統。

4 結語

針對萬科·理想之城跨度大于18.0 m的高空懸挑鋼筋混凝土屋面構架的施工，項目部采用普通18#工字鋼懸挑作為高空中高大模板支撐系統的豎向承載基礎，在保證安全、經濟的前提下，對高大模板支撐系統進行了詳細的設計，并利用品茗安全計算軟件對支撐系統的各構件進行了受力分析。

在實際施工前對架子班組和木工班組進行詳細的技術交底，對施工員和安全員進行了全程指導、跟蹤檢查，順利完成了高空懸挑鋼筋混凝土屋面構架的施工。施工時支撐系統搭拆快捷，節省了大量的鋼管扣件和人工，在本項目中取得了良好的經濟效益，為類似工程提供了技術支持，并得到廣泛應用。

[1] 朱國梁,丁正義.12 m跨懸挑承重腳手架的施工實踐[J].建筑技術,1998,29(9):619-620.

[2] 陳鈞頤,朱斌,楊捷.幾種高跨結構的模板支撐形式[J].建筑技術,1999(8):29-30.

[3] 黃群.大跨砼結構中扣件式鋼管模板支架設計[D].杭州:浙江大學,2005.

[4] 李邊陽.建筑工程中高支模施工技術分析[J].江西建材,2017(8):95.

[5] 陳小濱.煤礦中心醫院高大模板支撐體系的施工技術及安全控制探討[J].建材與裝飾,2016(7):11-12.

[6] 吳思年.淺談三角支撐懸挑腳手架安全管理[J].浙江建筑安全,2020(199):65-68.

[7] 石德云.高層建筑懸挑腳手架施工安全控制[J].商品與質量,2021(4):213.