高位大悬挑阳台支撑体系设计与施工

[摘要]：本文通过工程实例，介绍了高位大悬挑阳台支撑体系的设计和施工方法，以及这种施工方法的效果和优点,做了较为详尽的叙述。

关键词：高位大悬挑阳台支撑体系施工

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1.前言

随着社会经济的发展,建筑师为满足人们的审美要求，不断探索着新的建筑造型，高空悬挑结构越来越多。在不少公共建筑,为彰显建筑效果，常采用高位增加悬挑结构,但同时也增加了施工难度。一般高空悬挑结构支模施工一般有跨度大、高度高、施工荷载大等特点。2.工程概况

和力中心工程位于石家庄市体育大街与谈南路西北角。该工程由石家庄和力长安房地产开发有限公司投资开发，江苏省苏中建设集团股份有限公司施工总承包，河北顺诚工程建设项目管理有限公司监理。写字楼地下一层，地上二十七层，框架结构。本工程写字楼二十至二十三层南侧-/-轴部分挑出阳台，挑出长度3.8米，纵向8.8米，且轴处有剪力墙，以上悬挑设计使得建筑立面有较强层次感，美观大方。

3.方案设计

高位大悬挑混凝土结构施工主要需要解决其模板支撑体系，模板支撑体系的选择主要是要保证其要有足够的承载能力、刚度和稳定性，应能可靠地承受新浇混凝土的自重、侧压力和施工过程中所产生的荷载及风荷载，构造简单，装拆方便，便于钢筋的绑扎、安装和混凝土的浇筑、养护，本例中难点主要是在二十层及以上部位悬挑，距地距离大，悬挑长度近四米。考虑到板厚及梁截面尺寸较小，常规尺寸支撑体系可以满足施工要求，重点需要解决满堂支撑体系的支撑问题，可考虑以下几种方案。

（1）落地式普通钢管扣件式支撑体系方案

采用落地式普通钢管扣件式支撑体系，其搭设高度超过60m，按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 130-2011中5.1.9条款中规定，容许长细比[λ]=250及6.8.2条款中规定满堂脚手架搭设高度不宜超过36m，6.9.1条款中满堂支撑架搭设高度不宜超过30m，故落地式普通钢管扣件式支撑体系不适宜。

（2）普通钢管悬挑下撑上拉架体体系方案

采用普通钢管悬挑下撑上拉架体，基于轴处有剪力墙,架体与内侧模板支撑体系无法拉结，如剪力墙后施工在工序上也不可行。

（3）普通钢管悬挑方案

采用钢管悬挑，悬挑长度长，6m钢管无法保证锚固长度，采用搭接不便验算。且从下一层开始搭设支撑杆，施工高度高，搭设难度大，《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 130-2011未明确钢管悬挑做法，施工缺乏依据。

（4）钢悬挑支架支模体系

采用型钢悬挑支架支模体系，考虑到轴处剪力墙，采用型钢支架后期拆卸不便，如采用钢丝绳斜拉更易进行处理，且钢丝绳以剪力墙顶为支座，对称受力，模板支架按照楼层模板施工方案组织施工，计算时需重点考虑型钢强度、变形验算。优先选用此方案。

具体布置型式为：在悬挑阳台下一层结构平板上南北方向悬挑I20a型热轧普通工字钢，作为阳台模板模板支架立杆支座。悬挑工字钢长度9米，悬挑端考虑4米，内部考虑5米，满足锚固段为非锚固段1.25倍的要求。悬挑梁尾端设置两道U型钢筋铁环，最内侧铁环距离悬挑工端部200mm，铁环采用直径20mm圆钢锚固与结构平板上，铁环与结构平板钢筋焊接，锚固长度不小于35d。锚固铁环与悬挑工字钢间隙用木楔楔紧。采用直径14的钢丝绳斜拉工字钢，一端悬挑在工字梁外侧，另一端锚固在内侧铁环上。悬挑阳台模板支架按照楼层模板施工方案组织施工，模板支架设置斜向支撑，将荷载向建筑物方向传递。

4.方案计算

本工程采用十根工字钢，承受4条主梁，及边框梁，在该处可以看成两根工字钢承受一条梁的荷载，高空支模宽度8.85米，悬挑长度3.8米，可近视看成每榀梁承受885mm宽度。楼板及纵向梁看成均布荷载，边框梁看成集中荷载。最危险阶段为十九层悬挑梁施工阶段，上部施工时十九层结构可分摊部分荷载，故仅对十九层部位悬挑结构施工时I20a工字钢悬挑梁进行验算，同时钢别管支架纵向立杆间距950mm，横向立杆间距885mm，设置扫地杆、合计三道水平拉杆。

4.1计算模型

考虑采用支撑体系中剪力墙刚度大及钢丝绳卸荷作用，直径14的钢芯钢丝绳最小破断拉力达110KN，远远超过所需承载的要求，因此工字钢连接处可按铰支座考虑，型钢计算可按简支计算，前提是需要复核支座处位移值，可先按工字钢悬挑结构计算，然后考虑钢丝绳卸载作用按铰支计算型钢结构。

图1 计算模型

4.2计算过程

4.2.1按悬挑结构计算型钢梁

图2 计算模型

立杆传递给型钢(按满堂支撑体系计算)：F1=6.99KN

工字梁自重：q=27.91kg/m×9.8N/1000=0.27KN/m

简化成均布荷载计算f=9.52KN/m

MX=ql2/2 =9.52×3.82/2=68.7KN.m

σ=MX/rxWnx=68700000/(1.05×236800)=276 N/ mm2> f=205 N/ mm2 ，此计算中未考虑钢丝绳的卸载作用。

4.2.2按简支结构计算型钢梁

（1）承载力计算

本工程考虑采用钢丝绳卸荷作用：工字钢非悬挑而是简支，考虑最不利状态，不考虑端支部固结作用，按铰支座考虑计算。

图3 计算模型

MX=ql2/8 =9.52×3.82/2=17.2KN.m

MX/rxWnx=17200000/(1.05×236800)=69.2 N/ mm2

（2）变形验算

钢丝绳拉力：F= ql/2=9.52×3.8/2=18.1KN(钢丝绳承受的垂直力)。

钢丝绳的拉力T=18.1×（38002+35002）-2/3500=26.7KN

本工程使用直径14的钢芯钢丝绳最小破断拉力F0=110KN，

K=110KN÷26.7KN=4.1保险系数>[K]=4

计算顶端支座处位移按钢丝绳伸长值计算:

型钢悬挑钢梁容许挠度[v]=l/250

δ=（PpL）/（ApEp）=26.7*（38002+35002）-2/(3.14*142/4*2.06e11)=7.27mm

[v]=l/250

故δ=7.27mm

拉环及支撑体系的验算过程略。

5.方案实施

5.1施工准备

对施工部位操作人员进行专项安全技术交底，使操作工人掌握施工要求。现场应提前做好工字钢材料进场，并保证材料合格。在施工第19层平面结构时，在板面相应位置根据设计方案要求布置好预埋拉环，严格控制拉环在混凝土中的锚固长度，以便在剪力墙位置预留孔洞以便工字钢出挑，考虑到工字钢有一定的变形，故需在架体搭设时需控制梁板标高，适当提高端部标高。施工剪力墙部位时，应事件确定好型钢穿墙位置，正确留设木盒。

5.2现场施工

待19层混凝土结构楼面达到一定强度后方可吊装水平工字钢，利用预埋钢筋环固定工字钢，工字钢的外挑长度及标高要一致。固定好水平槽钢后安装钢丝绳，并对称进行固定。在工字钢上搭设钢管支撑架，随挂安全网。支架上部的钢管扫地杆必须纵横向设置，然后再支设上部模板体系。钢筋安装完毕验收合格后进行混凝土施工，施工时严格控制人员数量，混凝土浇筑时宜先浇筑梁，再浇筑板，由近至远。

6.安全注意事项

（1）进行作业的各工种人员必须戴好安全帽，佩带安全带，安全带与建筑结构系牢，以防高空坠落。

（2）悬挑部位临边防护必须到位，下方应支设挑网。工字钢就位后，满堂脚手架搭设前在工字钢上满铺安全水平兜网，作业人员作业时，必须系好安全带，禁止任何人员在下方逗留或走动。

（3）遇六级以上的大风时，应暂停室外高空作业，雨后应先清扫施工现场，略干不滑时再进行工作。

（4）必须控制悬挑部位荷载，不得在满堂脚手架上堆放过多模板、钢筋等材料及施工人员数量。

（5）混凝土浇筑时一次下料不宜过多，需严格控制混凝土堆积高度，应缓慢匀速进行浇筑，禁止混凝土输送泵管对模架体系产生冲击力。浇筑过程中，作业人员尽可能站在悬挑根部位置。浇筑过程需安排专人监控支撑系统的变化。

（6）支模过程中，如有停歇，应将支撑、柱头等钉牢。拆模间歇时，应将已活动的模板、牵杠、支撑等运走或妥善堆放，防止因踏空、扶空而坠落。

（7）在模板垂直运输时，吊点必须符合吊装要求，避免坠落伤人，支拆模板时，必须轻拿轻放，上下、左右有人传递，模板的拆除和修理时，禁止用大锤敲打模板，以降低噪声。

7.实施效果验证

通过严格执行方案，加强过程监控，悬挑结构成型观感好，未发生结构变形。实践证明，采用上述方式型钢钢、钢管等可以周转使用，操作方便，可有效降低施工成本。

参考文献

[1] 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范JGJ130-2011

[2] 建筑施工高处作业安全技术规范JGJ80-91

[3] 钢结构设计规范GB 50017-2003

[4] 建筑施工模板安全技术规范 JGJ162-2008

[5] 钢结构设计规范 GB 50017-2003