高空懸挑高大模板支撐系統(tǒng)的設(shè)計與施工

宋君勇

鴻廈建設(shè)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(fēng)格及得房率的要求也更高，有些建筑設(shè)計師在保證建筑方正的前提下增加復(fù)雜的屋面構(gòu)架來體現(xiàn)建筑的多樣性，然而高空懸挑鋼筋混凝土屋面構(gòu)架的采用給模板支撐系統(tǒng)設(shè)計及施工帶來巨大的挑戰(zhàn)[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(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，因此本工程采用型鋼懸挑腳手架作為懸挑屋面構(gòu)架的模板支撐系統(tǒng)。

1 工程概況

萬科·理想之城位于浙江省溫州市龍灣區(qū)甌海大道與龍江路交叉口西北角，建設(shè)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(shè)有鋼筋混凝土屋面構(gòu)架，局部凈跨度為18.20 m的屋面構(gòu)架底部距離室外地下室頂板面為84.40 m。

2 屋面構(gòu)架高大模板支撐系統(tǒng)設(shè)計

2.1 高大模板支撐系統(tǒng)的定義

根據(jù)《建設(shè)工程高大模板支撐系統(tǒng)施工安全監(jiān)督管理導(dǎo)則》（建質(zhì)[2009]254號）的規(guī)定：高大模板支撐系統(tǒng)是指建設(shè)工程施工現(xiàn)場混凝土構(gòu)件模板支撐高度超過8 m，或搭設(shè)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(tǒng)。

2.2 高空屋面構(gòu)架概況

本工程8棟26層的高層建筑的北側(cè)凹口上方標(biāo)高83.80 m處的鋼筋混凝土屋面構(gòu)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(cè)凹口處屋面結(jié)構(gòu)

屋面構(gòu)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(nèi)側(cè)檐溝深度為4 8 0 m m、寬度為2 8 0 m m，屋面構(gòu)架頂面標(biāo)高為8 3.8 0 m，地下室頂板面標(biāo)高為－1.20 m，懸空高度為84.40 m，高寬比為22.2，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，無法采用普通鋼管扣件式落地腳手架作為屋面構(gòu)架的模板支撐系統(tǒng)。

根據(jù)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(tǒng)的豎向承載基礎(chǔ)。

2.3 高空懸挑高大模板支撐系統(tǒng)的設(shè)計

2.3.1 懸挑樓層的選擇

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

2.3.2 懸挑工字鋼的選擇

屋面構(gòu)架外邊與建筑北側(cè)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(gòu)架距離設(shè)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(yīng)為3.90 m。

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6.10.2條的規(guī)定：“鋼梁截面不應(yīng)小于160 mm，且內(nèi)錨長度不應(yīng)小于懸挑長度的1.25倍”，選擇的懸挑工字鋼規(guī)格及使用部位如下：

1）建筑北側(cè)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(cè)凹口兩側(cè)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(shè)置

建筑北側(cè)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(cè)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(nèi)向外依次為800、800、800、650 mm。

2.3.4 懸挑工字鋼上的立桿設(shè)置

本工程屋面構(gòu)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(shè)置5根立桿，立桿間距由內(nèi)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(shè)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(nèi)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(gòu)架模板支撐系統(tǒng)的另外3根立桿直接立于屋面結(jié)構(gòu)層上。擱置工字鋼上設(shè)置8根立桿，立桿間距均為800 mm（圖2～圖5）。

圖2 1#樓北側(cè)凹口處26層的懸挑工字鋼及立桿平面布置

圖3 1#樓北側(cè)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(shè)置

屋面構(gòu)架的高大模板支撐系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)值為24 kN/m3，混凝土梁鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值為1.5 kN/m3，混凝土板鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值為1.1 kN/m3，施工荷載標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)驗算，得出懸挑主梁的抗彎、抗剪和撓度均滿足要求，下?lián)螚U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?lián)卧O(shè)置示意

2）懸挑工字鋼（長3.0 m）安全驗算。根據(jù)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(shè)置示意

3 高空懸挑高大模板支撐系統(tǒng)施工

3.1 下?lián)螚U下端固定鋼板及U形錨固螺栓預(yù)埋

3.1.1 下?lián)螚U下端固定鋼板預(yù)埋

在25層結(jié)構(gòu)施工時，待梁鋼筋綁扎完成后、鋁模安裝前，在外下?lián)螚U下端固定點處預(yù)埋鋼板，外下?lián)螚U下端固定鋼板規(guī)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(nèi)下?lián)螚U下端固點處預(yù)埋鋼板，規(guī)格為250 mm×150 mm×10 mm，共16塊〔圖8（b）〕，固定鋼板中心距25層結(jié)構(gòu)板面150 mm。

圖8 下?lián)螚U下端預(yù)埋鋼板

3.1.2 U形錨固螺栓預(yù)埋

在26層結(jié)構(gòu)施工時，待梁板模板搭設(shè)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(biāo)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(jié)構(gòu)施工時，待梁板模板搭設(shè)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(biāo)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(xiàn)場后，先按照圖4和圖6將下?lián)螚U（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(shè)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?lián)螚U與預(yù)埋鋼板焊接牢固。

圖9 懸挑工字鋼U形螺栓固定構(gòu)造

屋面梁板混凝土澆筑完成且混凝土強度達到設(shè)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?lián)螚U與預(yù)埋鋼板焊接牢固后，在懸挑段上面垂直懸挑工字鋼搭設(shè)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(shè)密目安全網(wǎng)，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(tǒng)的立桿、縱橫掃地桿和水平桿搭設(shè)

26層的懸挑工字鋼上的防護安全網(wǎng)鋪設(shè)好后，按照圖2由內(nèi)向外的順序搭設(shè)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(cè)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(shè)第1步縱橫水平桿，然后搭設(shè)該部位的屋面懸挑梁底承重的縱橫水平桿，并安裝相應(yīng)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(cè)模板拆除后，按照圖4采用鋼管和扣件連接懸挑梁兩側(cè)的立桿，防止高大模板支撐系統(tǒng)晃動。屋面層的懸挑工字鋼安裝完成后，搭設(shè)屋面構(gòu)架的其余立桿和縱橫水平桿，并搭設(shè)屋面構(gòu)架兩側(cè)的水平防護欄桿和掛好最外側(cè)安全網(wǎng)。

3.5 高大模板支撐系統(tǒng)的豎向剪刀撐搭設(shè)

屋面構(gòu)架的梁板模板安裝完成后，按照圖3搭設(shè)豎向剪刀撐，橫向設(shè)置6道，縱向設(shè)置2道。

3.6 高大模板支撐系統(tǒng)的施工安全要求

1）高大模板支撐系統(tǒng)施工期間，必須在一層室外設(shè)置安全區(qū)域，并派專人看管。

2）高大模板支撐系統(tǒng)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(tǒng)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(yīng)設(shè)置在同步內(nèi)，同步內(nèi)隔1根立桿的2個相隔接頭在高度方向錯開的距離不應(yīng)小于500 mm。

4）梁底和板底必須設(shè)置雙扣件。

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

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

4 結(jié)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(gòu)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(tǒng)的豎向承載基礎(chǔ)，在保證安全、經(jīng)濟的前提下，對高大模板支撐系統(tǒng)進行了詳細(xì)的設(shè)計，并利用品茗安全計算軟件對支撐系統(tǒng)的各構(gòu)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(xì)的技術(shù)交底，對施工員和安全員進行了全程指導(dǎo)、跟蹤檢查，順利完成了高空懸挑鋼筋混凝土屋面構(gòu)架的施工。施工時支撐系統(tǒng)搭拆快捷，節(jié)省了大量的鋼管扣件和人工，在本項目中取得了良好的經(jīng)濟效益，為類似工程提供了技術(shù)支持，并得到廣泛應(yīng)用。

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