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高处大悬挑结构支撑体系施工技术的应用

摘要：在对复杂公共建筑进行施工时，会遇到各种各样的悬挑结构及技术难题，在对这一结构进行处理及分析时，可以采用扣架式钢管形成的桁架支撑体系，这种体系可以有效解决楼层较高，落地式支撑架难以搭设的问题，将其应用在技术方案中并结合项目实际情况具有一定的现实意义，采用扣架式钢管形成的桁架支撑体系是在楼层内部为轮扣式支撑体系基础上结合扣件式钢管加以改良的一种支撑体系，因此本文重点对已在施工现场成功应用的施工技术，在方案编制及施工过程展开论述及总结，希望能对相应情况的建筑工程方案的编制及施工带来一定的帮助。
关键词：悬挑结构；轮扣式支撑架；扣件式支撑架；模板支撑体系
引言：
1. 工程概况
浦口高新区人工智能产业园项目为采用预制装配式新型技术建设的房屋建筑，总建筑面积93555.4㎡，其中研发办公楼B建筑面积19650.25㎡，总高度建筑高度为59.25m，地上14层，地下2层，该栋楼4层与5层东侧向外悬挑，悬挑板宽度为3.2m，长度为9.34m，离地高度约为21m，悬挑结构板厚度120mm，板端次梁截面为250x750mm，次梁两端为主梁，主梁截面为400x750mm。该工程楼层内部支撑架采用轮扣式钢管支撑架，悬挑结构部位下方使用落地式双排脚手架辅助悬挑支撑架搭设。
2. 模板支撑系统设计
2.1设计重难点分析
综合现场实际情况且根据本工程施工图纸，总结出如下三个设计难点：
1. 根据苏建质安〔2019〕378号要求，若采用落地式支撑架搭设，搭设高度超过限值8m，则整个支撑体系属于超过一定规模的危险性较大的分项工程。
2. 悬挑结构下方为落地式双排脚手架，且与外架重合，外侧防护网为钢板网，增加了搭设困难。
3. 内侧支撑架采用轮扣式，悬挑部位采用扣件式，内外侧连接困难。
2.2支撑系统设计
悬挑部位用扣件式钢管脚手架进行搭设：立杆上部顶端使用可调托座，可调托座插入立杆长度不得少于200mm，立杆伸出顶层水平杆的自由端高度为500mm。扫地杆距离地面300mm。外侧悬挑结构必须使用整个完整的钢管进行搭设，其中横管必须与内侧进行连接，悬挑部分，悬挑长度不宜超过4.8m，搭设时满足JGJ300-2013第6.1.4第5点：杆件应形成桁架。悬挑部分顶层及悬挑斜面应设置剪刀撑或满布斜杆。悬挑部分沿悬挑方向的每排平衡段，搭设时满足JGJ300-2013第6.1.4第4点，满足框架式或者桁架式的构造要求外，还应增设剪刀撑或者斜杆使沿悬挑方向的每排杆件形成桁架，平衡段的顶层与底层应设置，水平剪刀撑或者满布水平斜杆，悬挑支撑结构具体参数如下表所示：
悬挑支撑结构总高度H(m)
4.2
悬挑支撑结构纵向长度L(m)
20
支撑架步距h(m)
0.9
立杆横距lb(m)
0.8
立杆纵距la(m)
0.9
悬挑部分步数及跨数n
4
悬挑部分长度Bt(m)
3.2
悬挑部分高度Ht(m)
3.6
落地部分宽度B(m)
20
水平杆截面类型(mm)
Ф48×3
立杆截面类型(mm)
Ф48×3
立杆钢材等级
Q235
直接施工悬挑支撑架比较困难，需使用外架进行辅助搭设，外架立杆间距900x1500mm，步距1800mm，连墙件2步3跨布置，外架搭设高度15.4m，外侧按照规范要求布置剪刀撑，两道抛撑，其他部分按照规范要求施工外架平台不允许堆载，如下图所示：

图一 悬挑部分剖面图

图二 平衡段搭设范围
3. 支撑体系复核验算
3.1 荷载取值
楼板厚 120 mm，因梁较密且规格大小不一，考虑到实际支设与方案间可能存在的偏差，被支撑结构自重标准值取4kN/m2，施工荷载标准值取2.5kN/m2，此区域位于城市郊区，风荷载标准值取0.27kN/m2。
3.2 悬挑部分竖向荷载验算
经计算悬挑部分竖向荷载限值pt,max取值为22kN/m2，n为悬挑部分的步数和跨数，则取la为计算单元，悬挑部分靠近平衡部分的最大自重线荷载标准值为：
Q =1.959kN/m，远离平衡部分的悬挑部分最小自重线荷载值为0，根据弯矩等效原则，则等效均布线荷载标准值q为0.653kN/m，等效悬挑部分架体自重标准值G=0.726kN/m
2，悬挑部分竖向荷载设计值Pt=9.53kN/m2，小于悬挑部分竖向荷载限值22kN/m2的要求。
3.3落地部分立杆稳定性验算
由悬挑部分引起的附加轴力Nt=12.351kN，靠近悬挑端最不利架体自重标准值G2=0.63kN，N=24.562kN，则f＝203.979N/mm2≤[f]＝205N/mm2，满足要求。
3.4支撑结构抗倾覆验算
由风荷载产生的倾覆力矩：Mov1=59.678kN·m，由悬挑部分产生的倾覆力矩：Mov2=975.744kN•m，由支撑架构自重产生的抗倾覆力矩：Mr=3150kN·m≥(Mov1+Mov2)=(59.678+975.744)=1035.422kN·m，满足要求。
4. 施工过程技术分析
4.1总体方案
首先，本工程采用的模板为14厚木质胶合板模板，内架支撑体系采用轮扣式钢管满堂支撑架体系，剪刀撑、扶墙杆件和梁底支撑立杆则采用扣件式钢管配合搭设。其次，施工的重点、难点是搭设悬挑支撑部位，施工悬挑构件模板支撑体系前先搭设落地式扣件钢管脚手架或者使用原外架，再搭设楼层内轮扣支撑架，最后才能搭设悬挑模板支撑体系。悬挑模板支撑体系采用先搭设下部主受力斜杆、水平再竖向的施工方法。最后，模板用1220*1440*14mm厚木胶板，次梁采用40*90mm木方，螺旋顶撑U托φ30×600mm，模板四周搭设安全围挡，围挡外围护采用全封闭密目式安全网。
4.2搭设流程及模板定位
在下一层板面上弹出梁板定位线→搭设外脚手架→搭设楼层内轮扣内支撑架→搭设悬挑模架→调整梁板模标高尺寸→铺设木模板→清理并刷隔离油→检查模板铺设平整度、是否牢固可靠。
首先用全站仪引测下一层梁柱轴线，并以该轴线为起出发点，弹出每个内线、边线以及外侧控制线，5线施工完成后，才能继续施工，否则不利于模板的安装和校正；对于模板标高测量，利用水准仪并结合控制水准点，将建筑物水平标高，仪引测出板面标高（建筑标高）加500mm控制点。
4.3搭设支撑架
结合悬挑混凝土构件模板的设计要求，沿悬挑方向的每排杆件都应搭设形成桁架体系，悬挑部位的支撑架顶部及悬挑下部斜面都应设置连续剪刀撑，连接成一个受力整体；随即搭设水平拉杆，拉杆必须是一个较长杆件使其能与内侧支撑架多个立杆相连，然后剪刀撑；悬挑部位立杆的纵距为0.9m，立杆横距为0.8m，步距为0.9m，杆件搭设误差均应在误差范围之内，上部使用可调托座，自由端高度应控制在500mm范围以内，主梁采用双钢管，所有主梁钢管应在同一标高。
4.3混凝土浇筑及模板拆除
混凝土施工时布料机或固定泵管不得布设在悬挑结构上，5级大风以上时不得浇筑。先将楼层内砼全部浇筑完成后才能施工悬挑结构部位梁、板结构混凝土，混凝土不可直接浇筑在悬挑结构上，应先浇筑在主梁上方，由人工移到悬挑部位，避免浇筑混凝土过程产生的冲击荷载影响。浇筑混凝土时，必须安排专业架子工及木工对模板及其支架进行监测和维护，发现有异常或者危险情况时，立即通知上部人员停止浇筑，所有人员撤离，然后卸载、加固，经相关人员再次验收、确认无危险后方可继续浇筑。
此部分悬挑结构混凝土强度必须达到100%设计强度且具有检测单位出具的100%拆模强度报告后，方可拆除整个支撑系统。模板拆除前，还应填写模板拆除申请，经相关人员审核批准。
总结：
在实际施工过程中，会遇到各种各样的悬挑结构及技术难题，项目技术管理人员应当结合本项目悬挑结构的实际情况，采取既经济又有效的支撑方案，对施工重点、难点进行合理的把握，在保证施工过程安全的同时，尽可能为项目带来更大的收益。
参考文献：
[1]中国建筑科学研究院.GB 50009-2012 建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2]中国建筑科学研究院.JGJ 130-2011 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2013.
[3]中国建筑科学研究院.JGJ300-2013 建筑施工临时支撑结构技术规范 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2013.

-全文完-