百米高空大悬挑混凝土结构高支模施工工艺研究

摘要：文章通过对不同悬挑结构的特点和支模类型进行对比分析，得出适合一般高空大悬挑结构的支模形式，并通过实际工程威海百度城为例，确定百米高空悬挑架――型钢三角架钢结构平台+钢管排架支撑系统为支模方式，进而研究其施工工艺和施工方法。

关键词：百米高空;大悬挑;混凝土结构;高支模施工工艺;建筑工程 文献标识码：A

中图分类号：TU755 文章编号：1009-2374（2016）04-0109-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.04.055

随着人们对建筑功能和建筑外观日益复杂化的要求，高层建筑中的悬挑结构、门式连体结构、高空连廊、高大的室内共享空间结构等悬空结构形式在现代建筑中的应用越来越广泛，而这类结构在施工中如何选择模板支撑体系一直是工程界的一个难题。高层建筑中的悬挑结构，由于其自身特点决定其悬挑跨度不可能很大，又由于其施工高度较高，施工难度较大，如何根据悬挑结构的特点选择合适的模板支撑体系一直是一个重要的课题。

1 悬挑结构高支模方案选型的研究方法

悬挑结构高支模方案的选择有两种方法：理论分析和工程调研。

理论分析主要是采用因素分析法，即先考虑某一种因素对支模方案选型的影响，而忽略其他的影响因素，如考虑悬挑高度的影响时，可以根据悬挑的高度估算梁的截面，然后确定作用在梁截面上线荷载的大小，将此荷载作用在各种类型的支模系统上，从承载力的大小、经济适用性、施工安全等方面确定这些支模系统是否适合此悬挑高度下梁的支模。工程调研主要是通过收集同类结构模板支撑方案的工程资料或到施工现场调研各种悬挑结构的自身特点和采用的高支模方式，分析悬挑结构的悬挑高度、跨度等因素和支模方案配对的关系，这种方法更能说明悬挑结构高支模方案选型的一般规律。

1.1 悬挑结构的特点和支模方式

悬挑结构即为单边嵌固结构，其悬挑跨度不可能很大，通过对工程中类似案例的调研，分析不同的结构类型、结构特点所采用的支模方式，可以发现目前施工中悬挑结构支模方式的特点。

1.2 悬挑结构特点和支模方式的调查

从以上工程案例可以看出，使用悬空结构模板支撑平台体系的悬挑的高度都比较高，一般都超过40m，比模板设计规范中规定的高支模高度高出很多，结构的悬挑跨度一般不会很大，集中在3～5m。将悬挑结构的形式与高支模方案通过对比分析可以发现，悬挑结构的支模方式如采用不落地式支模方案，结构的悬挑高度对支模方式的选型几乎没有影响，甚至可以忽略，但是悬挑跨度对支模方式的选择起到决定性的作用，由此可以得出结论，对于跨度小于6m的悬挑结构，可以使用型钢三角架加斜撑的支模方式;跨度小于10m的可以选用斜拉型钢挑架，跨度较大时需布置多道斜拉杆。但是无论何种高支模方式都不建议使用单边支撑。

2 工程概况

本工程位于威海市青岛中路与海峰路交叉口，是高层商业用楼。占地面积为6.7万m2，总建筑面积为20万m2，地下2层，地上46层，总高度到达146.1m。图1为效果图：

本工程从31层悬挑开始至39层悬挑结束，3#～4#楼之间19轴～20轴交A轴～B轴区域是高空装修构架，采用型钢砼桁架结构，悬空高度90.1m，至110.1m结束，悬挑桁架共计8层。此桁架结构从19轴向20轴方向悬挑6.35m。南北方向7.4m，单层悬挑桁架面积约50m2。高空悬挑桁架采用型钢砼结构，悬挑边梁350×450，端梁300×400，中间梁均为250×400，桁架斜梁300×450，框架柱为450×450，边梁、端梁、斜撑、框架柱均采用H型钢夹心。布置如图3：

3 支模体系对比

3.1 采用落地式高空满堂支架方案

考虑现场因素落地脚手架需搭设在4层屋面顶部，4层及以下楼层均需加固处理，在其上搭设高度约百米的满堂扣件式钢管模板支撑架，架体确保稳定并与主楼进行有效拉结，使其满足连体结构施工的要求。该方案较为稳妥，但是支撑材料用量极大，搭拆工期过长，加固费用较高，施工成本较大，工人百米高支模经验不足，安全操作技术难度大，且4层及以下楼层无法穿插二次结构，对装修施工造成影响。此方案对本工程并不适用。

3.2 采用两端支撑桁架

若采用两端支撑桁架，相对于满堂脚手架体系，受力体系明确，施工过程中高空作业少，一次性投资少，且整个桁架体系可以重复使用，提高了经济性;桁架受力明显减小，跨中挠度也明显降低。从工艺方面能省不少问题，并且可定制现场吊装即可，但支撑桁架支撑点需搭设在两栋楼中，由于工期及现场实际情况，两栋楼无法同时施工，即此方案虽然科学，但并不适合本工程。

3.3 采用百米高空悬挑架

百米高空悬挑架即采用“型钢三角架钢结构平台+钢管排架支撑系统”来代替传统的施工工艺，主要采用型钢制作，分别由两道水平弦杆、斜撑、牛腿组成的型钢三角架为主要钢结构支撑悬挑梁。在三角架的上水平弦杆上部的垂直方向铺设次型钢梁，由次型钢梁与型钢三角架共同组成支撑平台，平台上部搭设钢管排架支撑系统。该方案安全可靠，大大缩短了支模架的安装工期，材料可以周转适用，有利于降低施工成本，故最终选定该支撑体系进行工程的施工。

4 百米高空悬挑架支撑系统设计和参数选择

4.1 型钢三角架钢结构平台设计

型钢三角架钢结构平台计算模型的建立以及受力体系的合理性和计算的准确性，直接关系到三角架尺寸的大小和组成构件的选择，并最终决定三角架钢结构平台是否能够承载自身荷载和上部施工荷载。运用3D3S钢结构计算软件，对型钢三角架的受力体系进行分析和验算;根据现场实际情况和施工结构图平面布置以及型钢三角架的设计和计算，在19轴～20轴东西方向之间，沿南北方向共布置型钢三角架11榀，分别锚入30层、29层平台内、三角架底部搁置28层19轴剪力墙中预埋牛腿上。型钢三角架长度6.85m，支撑外挑1.1m，水平悬挑弦杆采用25a号工字钢，锚入长度4m，采用剪力墙、25#圆钢固定，斜撑及竖上杆采用16号工字钢，三角架底部预埋25a号工字钢作为牛腿，牛腿浇筑在剪力墙中并锚过剪力墙1.5m。在三角架的垂直方向，上水平弦杆上部布置15根16号热轧工字钢，与三角架梁进行焊接连接。各杆件之间采用螺栓连接。通过设计计算，型钢三角架的材料选择、焊缝设计、牛腿设计、支座梁的设计修改等全部满足规范要求，钢桁架梁经样品制作加载试验后，满足施工条件。

4.2 钢管排架支撑系统的设计

钢管排架按两层搭设，搭设两层高度约5m，采用4道水平立杆，每道水平杆间距不超过1.5m，水平端头顶在剪力墙上（先浇筑剪力墙的砼），立杆间距为1m、1.1m，第一道距剪力墙边0.35m。立杆插在焊在工字钢的钢筋上，梁底采用50×100方木立方在梁底间距150mm。次楞方木中心间距200mm。

5 百米高空悬挑架支撑系统实施

5.1 百米高空悬挑架支撑系统施工流程

型钢三角架吊装型钢三角架安装固定桁架验收次梁铺设满铺脚板满铺操作模板中间验收支撑系统脚手架搭设支撑系统验收支设模板模板验收整体模板支撑系统验收（检测支撑型钢三角架挠度）达不到要求部位整改验收（反复检查验收直到符合方案及规范要求）钢筋绑扎钢筋验收最终整体验收通过混凝土浇筑达到强度拆除。

5.2 现场制作、安装全过程控制

为确保构件焊接质量，顺利通过甲方、监理、公司的联合验收，选择较强的工人进行施工，同时加强现场质量检查，除必须检查焊缝外，重点检查如下六个方面：（1）先精确放样，并准确下料，安排专业人员进行样品桁架的焊接，并做荷载试验;（2）确保所有参加的施焊人员均持证上岗，技术水平达到中级技工等级以上，并对所焊部位进行实名标识;（3）制作型钢三角架焊接时的搁置支座，注意对称焊接，减少三角架的内应力;（4）型钢三角架与砼结构不平时，底部采用钢板垫承;（5）为保证牛腿抗剪受力合理，在悬挑牛腿梁25a工字钢的腹板两侧处增设75×10的加劲肋，高度同腹板;（6）对所有构件尺寸、焊缝质量、桁架梁的焊接变形值进行项目部、分公司、公司三级质量检查，并对所有焊缝进行无损检测，检查验收均要一次性通过。每项工序验收等必须通过监理单位组织的专项联合验收。

5.3 现场吊装、安装全过程控制

为确保三角架平台的安全、质量达到设计要求，在三角架、次型钢梁安装过程中，着重从质量、安全等多方面进行跟踪、监督，并提供技术指导。（1）预埋牛腿梁、预留洞口施工时，必须进行标高和轴线测量，混凝土浇筑过程中，安排专人进行监护，确保预埋件在混凝土成型后，不得移位;（2）三角架吊装前，对楼层的水平面、牛腿梁进行标高和轴线复核，对存在偏差的，进行记录，以便在安装时，对桁架的标高进行调整，控制上表面平整度不大于4mm，单个三角架的垂直度不大于1mm;（3）三角架梁全部安装完成后，开始安装次型钢梁，次型钢梁与钢桁架梁采用焊接连接，确保次型钢梁与钢桁架梁形成一个稳定的钢桁架平台;（4）在次型钢梁之间交叉满铺脚手板采用钢丝固定，脚手板接缝处采用模板加强钉牢，形成一个安全、可靠的钢桁架平台支撑体系;（5）型钢三角形平台安装完成后，技术部开始钢桁架平台的变形监测，初始变形数据一般在0.3～0.5之间。

5.4 确保高支模排架支撑系统的整体稳定性

为提供支撑体系的侧向稳定性，避免在施工过程中支撑体系不断加载引起的垂直度偏差较大而致使支撑体系失稳的事故发生，着重组织了水平拉杆、竖向向剪刀撑检查。（1）高大模板脚手钢管排架搭设中，保证所有立杆的底部必须套入次型钢梁上焊接的栓钉内，对所有的扫地杆、水平杆、剪刀撑的设置进行严格的控制，发生偏差时及时调整，保证纵扫地杆、水平杆在纵横方向均按方案的要求进行布置，保证在每条混凝土结构梁下均设置有竖直方向的剪刀撑，剪刀撑与洞口周边板块的排架支撑系统拉结可靠;（2）随着模板支撑的不断加载，技术部跟踪进行钢桁架平台的平面变形监测，检查变形值与加载试验过程中各期变形值基本一致，排架系统搭设完成后，钢桁架梁的最大挠度变形未超过0.5mm;（3）控制主框架梁的起拱高度为跨度的1%～2%，并不大于20mm。

6 结语

实践是检验真理的唯一标准，实际工程案例的顺利实施，验证了百米高空大悬挑混凝土结构高支模方案――型钢三角架钢结构平台+钢管排架支撑系统，在保证工期的前提下，节约了工程成本，保证了工程质量，本技术有着可观的社会和经济效益。

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