汕頭市潮陽第四建筑總公司 廣東汕頭 515000

摘要：本文結(jié)合某高層建筑工程項目的施工實例，詳細(xì)介紹了高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐體系的方案選擇及模板支撐體系的計算，并就該工程的高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐方案、實踐提出了幾點思考。

關(guān)鍵詞：大懸挑結(jié)構(gòu)；模板支撐；計算；思考

0 引言

隨著我國城市建設(shè)中高層建筑的日益增多，高空大懸挑結(jié)構(gòu)支撐體系以其操作方便、搭設(shè)靈活、施工時間較短、造價較低等優(yōu)點得到越來越多的應(yīng)用。但是由于高空大懸挑結(jié)構(gòu)支撐體系施工跨度大、高度高、難度大、施工工藝要求高等特點，如果設(shè)計不合理，則會造成安全事故隱患，威脅到人們的生命財產(chǎn)安全。目前部分工程直接借用施工腳手架進(jìn)行懸挑模板搭設(shè)，正是由于這類特殊位置及相關(guān)節(jié)點處理的不合理，給工程實施留下了眾多事故隱患。

1 工程概況

某高層建筑占地面積20893.8㎡，總建筑面積達(dá)102705.10㎡。由1#A區(qū)、1#B區(qū)、2#、3#、4#樓組成，地下1-2層，地上7-20層，最高建筑高度102.3m，標(biāo)準(zhǔn)層高為4.5m，底部1～4層層高基本為6.0m。本工程2#樓20～22軸、B軸部位，7層有一部分懸挑結(jié)構(gòu)，在7層懸挑結(jié)構(gòu)對應(yīng)的6層部位沒有懸挑結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計如下：20～22軸懸挑長度為1m、B～D軸為1.7m，懸挑結(jié)構(gòu)高度32.45m，6層層高為4.5m，5層層高為4.5m。

2 方案的比選

由于2#樓懸挑結(jié)構(gòu)是從7層開始，該懸挑結(jié)構(gòu)的模板支撐方案較為復(fù)雜（詳見圖1），根據(jù)經(jīng)驗有以下2種方式：

圖1 2#樓建筑平面設(shè)計圖

（1）搭設(shè)落地架至施工層。此方案為常規(guī)方案，但是工作量大，將耗費大量的材料與勞動力，最關(guān)鍵的是7層樓面標(biāo)高為32.45m，搭設(shè)落地架不安全、不經(jīng)濟(jì)。

（2）采用在下一層布置型鋼懸挑搭設(shè)模板支架。此方案操作較為簡便，節(jié)省材料和勞動力，安全系數(shù)高。

經(jīng)過綜合比較分析，采用第（2）種方案最為經(jīng)濟(jì)適用。

2.1 本工程高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐計算的難點

難點1：懸挑型鋼布置不同于一般懸挑腳手架布置，需根據(jù)模板支撐計算結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化布置，同時相應(yīng)的荷載也比外圍護(hù)腳手架高。

難點2：角部懸挑模型無法通過當(dāng)前使用較多的2款安全計算軟件進(jìn)行計算。

難點3：本層層高4.5m，且下層層高也相對較高，達(dá)到4.5m，用于支模和懸挑型鋼支撐的下?lián)螚U件長細(xì)比較大。

難點4：本工程外圍柱截面相對較大，給懸挑型鋼布置帶來了較大困難，尤其在陽角部位。

2.2 高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐計算

因本工程陽角部位斜向布置的主梁與聯(lián)梁交點間距超過2m，目前主流安全計算軟件（PKPM、品茗）無法計算。本工程采用幾個計算軟件組合進(jìn)行驗算。

結(jié)合難點分析，本工程的懸挑模板設(shè)計主要有以下關(guān)鍵點：型鋼布置；陽角部位計算；下?lián)螚U件計算。

（1）首先通過模板支撐計算，得出梁板模板支撐立桿間距，根據(jù)立桿間距布置懸挑型鋼。

模板支撐計算時，因懸挑結(jié)構(gòu)存在封口梁及懸挑梁，立桿軸向力較大。采用梁底立桿最大軸向力進(jìn)行驗算。

立桿穩(wěn)定性計算中，立桿長細(xì)比容許值[λ]：《模板規(guī)范》取150，《腳手架規(guī)范》取210。

因《腳手架規(guī)范》中立桿計算長度中存在系數(shù)μ1、μ2，長細(xì)比容許值為210，而模板規(guī)范中，則不需考慮系數(shù)μ的影響，故兩個規(guī)范計算公式不一樣，相應(yīng)的判斷要求也不一樣，經(jīng)計算比較，兩個規(guī)范判定標(biāo)準(zhǔn)基本相同，說明兩個規(guī)范體系基本是一致的。（圖1）

圖2 模板支撐平面圖

本工程采用主梁懸挑，主梁間距800mm；因柱截面尺寸較大為1m×1m，柱兩側(cè)以及陽角部位采用聯(lián)梁懸挑。（圖3）

圖3 工字鋼平面布置圖

（2）陽角部位計算

①聯(lián)梁驗算

根據(jù)模板支撐計算結(jié)果，B-D軸主梁上共擱置3根聯(lián)梁，通過對模板支撐架的驗算得出B-D軸外排聯(lián)梁受力最大，只需對此聯(lián)梁、懸挑主梁和支撐驗算，若能通過，則其他桿件也能滿足要求。

將模板支撐架立桿的最大軸心壓力導(dǎo)入理正結(jié)構(gòu)系列計算軟件計算得出該根聯(lián)梁采用16號工字鋼滿足要求。計算模型如圖4。

圖4 外排連續(xù)梁計算簡圖

②主梁驗算

通過理正計算軟件對B-D軸內(nèi)、中、外3排聯(lián)梁的分別進(jìn)行計算：（表1）

表1 主梁驗算

經(jīng)計算，發(fā)現(xiàn)第二個支座即①號主梁（見平面布置圖）受力最大。對該主梁進(jìn)行驗算：

該主梁先采用16號工字鋼進(jìn)行驗算；主梁長度4.5m；主梁建筑物外懸挑長度1.8m；主梁建筑物內(nèi)錨固長度2.4m；錨固點采用Φ16U型錨固螺栓；下?lián)螚U件參與計算。

共布置3排荷載

內(nèi)排：15.6kN；中排：19.96kN；外排：26.7kN（荷載值均為設(shè)計荷載，由理正軟件計算所得）（圖5，圖6）

圖5 立面圖

圖6 荷載圖

經(jīng)計算，16#工字鋼強度、抗剪、撓度驗算均滿足要求。

（3）下?lián)螚U件計算

下?lián)螚U件先采用12號槽鋼進(jìn)行驗算，層高為4.5m。

12號槽鋼回轉(zhuǎn)半徑：ix=4.95cm、iy=1.57cm，考慮最不利因素i取iy=1.57cm。

經(jīng)計算：12號槽鋼下?lián)尾粷M足要求。

采用12號槽鋼雙拼進(jìn)行驗算，下?lián)螚U長細(xì)比計算：

回轉(zhuǎn)半徑：ix=4.78cm、iy=4.72cm，考慮最不利因素i取iy=4.72cm。

經(jīng)計算采用12號槽鋼雙拼下?lián)?，軸心受壓穩(wěn)定性滿足要求。

下?lián)螚U件計算時，安全計算軟件回轉(zhuǎn)半徑取值時未區(qū)分下?lián)螚U件強弱軸，這是不正確的。

本文所采用的長細(xì)比是突破《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，在臨時工程中，是否可行需要探討，但實踐表明，采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003表C得到的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計算，在實際工程中是安全的。（圖7）

圖7 模板支撐位置

2.3 高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐的搭設(shè)

本工程該區(qū)域模板支撐施工時，公司技術(shù)人員在搭設(shè)過程中全程進(jìn)行了跟蹤指導(dǎo)，陽角部位斜向主梁鋪設(shè)時，通過CAD進(jìn)行精確定位，從而確保位置的準(zhǔn)確性，對于在陽角及柱兩側(cè)區(qū)域設(shè)置聯(lián)梁的，嚴(yán)格監(jiān)控聯(lián)梁的水平度，在下?lián)螚U件焊接中，嚴(yán)控焊縫質(zhì)量，見圖8。

圖8 懸挑梁布置大樣圖

3 相關(guān)思考

針對本工程的高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐方案設(shè)計、實踐，在以下幾個方面還值得思考。

3.1 設(shè)計方面

（1）陽角部位主梁懸挑布置

本工程由于陽角部位大截面柱的存在，懸挑主梁放置時根部有兩種常規(guī)處理方式：一是主梁穿過柱，二是柱根部預(yù)埋錨板，主梁與錨板焊接連接。因本工程柱豎向鋼筋間距過密，主梁穿柱時，鋼筋會被截斷，會對工程產(chǎn)生安全隱患，所以采用預(yù)埋錨板焊接連接方式。

（2）支撐桿件的選取

當(dāng)前很多工程的支撐桿件采用槽鋼作為支撐，然而由于槽鋼的截面特性決定其強弱軸回轉(zhuǎn)半徑相差非常大，對于支撐長度大，荷載相對較高時，采用槽鋼顯然是不合理和不經(jīng)濟(jì)的，如12號槽鋼強軸弱軸的回轉(zhuǎn)半徑之比4.95/1.57=3.15，加之部分軟件沒有考慮這種特性，僅按強軸的回轉(zhuǎn)半徑考慮給支撐帶來了較大安全隱患。

3.2 計算方面

本工程懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐，采用了當(dāng)前使用較多的2款安全計算軟件（PKPM、品茗）進(jìn)行了計算分析，從中發(fā)現(xiàn)，2款軟件都有一定的局限性。

（1）在陽角部位的計算，PKPM目前還未有此功能，而在品茗中，聯(lián)梁的分析，無法支撐超過4根懸挑梁的計算，且懸挑梁與連梁的交點間距不能過大，超過2.0m就無法計算，而在實際工程中，這種情況是較為常見的。

（2）在下?lián)螚U件的計算過程中，品茗對槽鋼的分析未對弱軸的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，對下?lián)螚U件與預(yù)埋節(jié)點板的焊縫計算未按照實際受力狀況進(jìn)行分析，即焊縫承擔(dān)豎向抗剪和水平向抗壓的作用。

（3）兩個軟件均未能對下?lián)螚U件的預(yù)埋件進(jìn)行分析。

（4）根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》GB50017-2003，對于受壓的支撐桿件，構(gòu)件的長細(xì)比宜控制在200以內(nèi)，這個是對永久結(jié)構(gòu)而言的，而對于模板支撐這種臨時結(jié)構(gòu)是否可以放松，目前PKPM軟件中是根據(jù)長細(xì)比的計算來求解穩(wěn)定系數(shù)的，并沒有考慮長細(xì)比的影響，是否合適？這些都需要規(guī)范及軟件繼續(xù)進(jìn)行完善的，當(dāng)然本文所采用的長細(xì)比是突破《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，在臨時工程中，是否可行需要探討，但實踐表明，采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003表C得到的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計算，在實際工程中是安全的，這需要在今后的規(guī)范中能夠規(guī)范，同時最好能采用強弱軸慣性矩一致的構(gòu)件。

3.3 實踐方面

（1）因本工程陽角部位有一大截面柱，懸挑主梁布置時，采用柱腳預(yù)埋鋼板，然后主梁與預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接，因角部主梁呈斜角布置，焊接時需對主梁進(jìn)行切割?，F(xiàn)場施工時，由于施工人員操作水平，焊接質(zhì)量得不到有效保證，容易產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，若采用錨栓連接，可大幅度提高安全度，且方便施工。

（2）一直以來，下?lián)螚U件均采用12號槽鋼，但本工程下?lián)螚U件采用12號槽鋼驗算不滿足要求，為避免重復(fù)采購，編制方案時采用雙拼12號槽鋼作為下?lián)螚U件?，F(xiàn)場施工時發(fā)現(xiàn)槽鋼槽口焊接處理不好，宜采用更為可靠的方鋼管作為下?lián)螚U件。

4 結(jié)語

綜上所述，高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐體系的設(shè)計十分重要，其設(shè)計是否合理影響到后期工程的施工質(zhì)量及安全，并關(guān)系著人們的生命財產(chǎn)安全。但是由于目前并無相關(guān)設(shè)計規(guī)范，因此，設(shè)計人員在工程設(shè)計時要認(rèn)真地進(jìn)行計算，保證計算的精確，為工程設(shè)計提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，同時還要嚴(yán)格對工程中的各個部分進(jìn)行合理的設(shè)計，保證工程的施工安全及質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勝，孫磊，李翠翠.高空大懸挑結(jié)構(gòu)新型斜拉懸模體系設(shè)計與施工[J].施工技術(shù).2014（05）

[2]呂鐵飛，吳浩，蔣賢龍.高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐架的設(shè)計與施工[J].建筑施工.2014（07）