藍(lán) 媚，張保志，葉 茂

（1、清遠(yuǎn)市建設(shè)工程綜合服務(wù)站清遠(yuǎn)市人才儲(chǔ)備中心 廣東清遠(yuǎn)511500；2、廣州大學(xué) 廣州510006）

0 引言

隨著我國城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，建筑平立面造型趨于多元化，像中央電視臺(tái)總部大樓、廣州科技中心、上海世博會(huì)中國館、重慶大劇院、吉林廣電中心等［1］應(yīng)運(yùn)而生，包括大跨度懸挑屋面板等。大跨度懸挑屋面板高支模具有跨度大、高度高、荷載大及施工難度大等特點(diǎn)。近年來因模板支撐體系荷載取值與實(shí)際施工荷載差異較大、選取的計(jì)算模型與實(shí)際不符、不按規(guī)范要求施工、以經(jīng)驗(yàn)操作代替規(guī)范施工造成的模板支撐架局部或整體失穩(wěn)事故時(shí)有發(fā)生［2-4］，如2017年江西豐城發(fā)電廠“11·24”冷卻塔施工平臺(tái)坍塌，造成73 死、2 傷特大安全事故；2017 年廣州從化熱電廠“3·25”屋面板下施工平臺(tái)失穩(wěn)坍塌，造成9 死、2 傷較大安全事故；2020年龍川縣麻布崗鎮(zhèn)“5·23”模板支撐坍塌，造成8 死、1 傷較大安全事故。本文以某教學(xué)辦公樓挑檐施工為工程背景，研究挑檐模板支撐體系設(shè)計(jì)與施工方法，為類似工程提供參考借鑒。

1 工程概況

某教學(xué)辦公樓安全等級(jí)為二級(jí)，丙類，抗震設(shè)防6度，地震分組第一組，Ⅱ類，框架結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓0.35 kN/m2，地面粗糙度B 類。本工程地上6 層，地下0 層，建筑高度27.3 m，屋面層周圈外側(cè)有外挑檐，懸挑挑檐標(biāo)高23.25 m，外挑寬度1.2 m，等效厚度0.15 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。

2 模板支撐體系的設(shè)計(jì)

扣件式鋼管腳手架模板支撐體系設(shè)計(jì)常有落地式和懸挑式2種［5］，考慮到施工部位離地面較高，從結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、安拆便利性及經(jīng)濟(jì)性方面考慮，選用懸挑式模板支撐體系設(shè)計(jì)。

工程各棟屋面挑檐區(qū)域下層樓板安裝16#懸挑工字鋼，以懸挑工字鋼基礎(chǔ)平臺(tái)作為支?；A(chǔ)，其支模高度3.7 m。工字鋼懸挑段最大長度1 200 mm，總長3 000 mm，底部設(shè)φ 48×3.5 mm 下?lián)武摴埽⒃谄湎聦恿喊逦恢脤?duì)應(yīng)處預(yù)埋200 mm×200 mm×8 mm 的鋼墊板。下?lián)武摴苌?、下支點(diǎn)分別與懸挑工字鋼梁、預(yù)埋鋼板焊接，挑檐立桿、斜撐與相應(yīng)樓層內(nèi)支撐立桿采用水平桿件拉結(jié)貫通，支撐系統(tǒng)總體搭設(shè)如圖1所示。

圖1 支撐系統(tǒng)剖面Fig.1 Support System Section

工程一般部位設(shè)計(jì)驗(yàn)算采用“一洲施工安全設(shè)施計(jì)算軟件”［6，7］和“理正結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱軟件”［8，9］，轉(zhuǎn)角部位內(nèi)力驗(yàn)算采用“SAP2000有限元分析軟件”［10］。

2.1 一般部位設(shè)計(jì)驗(yàn)算

2.1.1 懸挑工字鋼設(shè)計(jì)驗(yàn)算

采用“一洲施工安全設(shè)施計(jì)算軟件”進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程從略，立桿軸向力為11 141 N，懸挑工字鋼梁H

=160 mm，b=88 mm，tw=6.0 mm，t=9.9 mm，q=0.21 kN/m，Wx=140 900 mm3，IX=11 270 000 mm4，S=80 800 mm3，E=206 000 N/mm2，f=215.00 N/mm2，fv=125.00 N/mm2，fy=235 N/mm2（各符號(hào)意義參見文獻(xiàn)11），工字鋼與梁板的錨固節(jié)點(diǎn)按鉸接計(jì)算，計(jì)算簡圖如圖2所示。

圖2 懸挑梁計(jì)算簡圖Fig.2 Calculation Diagram of Cantilevered Cornice

①抗彎強(qiáng)度：Mmax=2.2 kN·m，σ=Mmax/γxWx=14.87 N/mm2＜215.00 N/mm2，滿足要求。②抗剪強(qiáng)度：Vmax=11.05 kN，τ=VS/Ixtw=13.2 N/mm2＜125.00 N/mm2，滿足要求。③整體穩(wěn)定：L1=1.20 m，t=9.9 mm，b=88 mm，iy=18.90 mm，λy=L1/iy=63.49，φb=0.98，φb'=0.782，Mmax/φb'Wx=20 N/mm2

＜215.00 N/mm2，滿足要求。

2.1.2 連接強(qiáng)度驗(yàn)算

2.1.3 斜撐驗(yàn)算

2.2 轉(zhuǎn)角部位內(nèi)力驗(yàn)算

為避免懸挑型鋼梁穿過角柱，影響角柱結(jié)構(gòu)質(zhì)量，在角柱左右兩側(cè)下1.5 m 處分別預(yù)埋200 mm×200 mm×8 mm 的鋼墊板，角點(diǎn)區(qū)域設(shè)2 道斜撐，斜撐上、下支點(diǎn)分別與工字鋼梁及預(yù)埋鋼板焊接。由于轉(zhuǎn)角部位懸挑挑檐模板支撐體系受力復(fù)雜，利用SAP2000 有限元分析軟件建立三維模型并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬分析，分析結(jié)果表明：斜撐長細(xì)比l0=1 900 mm，λx=λy=120.25＜150，滿足要求；型鋼梁及斜撐最大應(yīng)力分別為175 MPa及59 MPa，滿足要求。轉(zhuǎn)角部位最大應(yīng)力及其位置如表1及圖3所示。

表1 轉(zhuǎn)角部位最大應(yīng)力Tab.1 Maximum Stress of Corner

圖3 轉(zhuǎn)角部位最大應(yīng)力位置Fig.3 Maximum Stress Location of Corner

3 模板支撐體系的施工

3.1 施工技術(shù)參數(shù)

模板支撐采用滿堂式支撐架，板面模板采用1 830 mm×915 mm×15 mm（厚）膠合板，模板底采用45 mm×95 mm松枋木作為第一道龍骨（次楞），間距300 mm；采用φ 48×3.0 mm 雙鋼管作為第二道龍骨（主楞），間距700 mm；支撐系統(tǒng)采用φ 48×3.0 mm 鋼管，鋼材為Q235，支架頂部支撐采用可調(diào)頂托。

工程擬在各棟屋面挑檐區(qū)域下層樓板安裝16#工字鋼，工字鋼懸挑于下層梁板上，間距1 200 mm。以懸挑工字鋼基礎(chǔ)平臺(tái)作為支?；A(chǔ)，立桿縱向間距1 200 mm，橫向間距700 mm，步距1.50 m。工字鋼外挑段最大長度1 200 mm，錨固段長度1 800 mm，總長3 000 mm，飄板支撐內(nèi)立桿離墻0.3 m，外立桿離墻1 m。型鋼懸挑梁固定端采用2 道20 號(hào)圓鋼與建筑結(jié)構(gòu)梁板錨固，工字鋼上采用模板進(jìn)行封閉，防止落物傷人。工字鋼的下層框架梁處通過滿焊4φ 16鋼筋錨固200 mm×200 mm×8 mm 鋼墊板，采用φ 48×3.5 mm鋼管作為懸挑工字鋼梁支撐桿，支撐桿上、下支點(diǎn)分別與懸挑工字鋼梁、預(yù)埋鋼板焊接。

3.2 施工方法及工藝

在安裝懸挑工字鋼前，支撐梁板混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到100%。在施工安排上擬采用如下流程：先施工工字鋼懸挑平臺(tái)?下部工字鋼支撐安裝?安裝滿堂紅支頂體系，將梁鋼管支頂位置放線在工字鋼平臺(tái)?梁板豎向支頂安裝（含縱向水平拉桿及剪刀撐）?架設(shè)梁底木枋龍骨于鋼管腳手架頂托上?梁底模板安裝?架設(shè)板底木枋龍骨于鋼管腳手架頂托上?樓板模板、木楔安裝?模板支頂驗(yàn)收?梁鋼筋綁扎?樓板鋼筋綁扎?梁板混凝土澆筑?混凝土養(yǎng)護(hù)?達(dá)到規(guī)范要求的拆模強(qiáng)度?拆模令經(jīng)監(jiān)理單位審批、同意拆模、拆下頂托?松下鋼管腳手架可調(diào)頂托?拆除梁、板模板及木楔，清理模板?拆除水平拉桿、剪刀撐及鋼管支頂?拆除工字鋼。

3.3 懸挑工字鋼錨固措施

預(yù)埋直徑20 mm 的錨固環(huán)，在拉環(huán)處加設(shè)2 根長1 500 mm、直徑18 mm 的二級(jí)鋼筋；當(dāng)降板厚度少于120 mm 時(shí)，在拉環(huán)處增設(shè)1 道加強(qiáng)筋，即設(shè)4 根直徑18 mm 的二級(jí)鋼筋。當(dāng)錨固環(huán)處樓板無面筋時(shí)，加設(shè)4 根直徑8 mm 間距200 mm×200 mm、長度1 000 mm的鋼筋網(wǎng)。工字鋼兩側(cè)采用木塊頂緊，具體錨固大樣如圖4a所示。

一般位置搭設(shè)懸挑工字鋼梁的錨固，預(yù)埋U 型直徑20 mm 的螺栓，在U 型螺栓底加設(shè)長1 500 mm、直徑18 mm 的三級(jí)鋼筋。工字鋼兩側(cè)采用木塊頂緊，工字鋼上設(shè)220 mm×50 mm×10 mm 鋼板，雙螺母擰緊，具體錨固大樣如圖4b所示。

圖4 工字鋼錨固大樣Fig.4 Anchoring Details of I-Beam

3.4 整體穩(wěn)定性措施

⑴水平拉桿在遇結(jié)構(gòu)混凝土柱時(shí)，每步水平桿須“抱柱”提高高支模的整體抗傾覆能力。

⑵在立桿頂托下0.20 m 處縱橫設(shè)置水平拉桿，用φ 48鋼管拉結(jié)，以后縱橫水平拉桿每1 500 mm高設(shè)置1 道，支頂最頂步距兩水平拉桿中間加設(shè)1 道水平拉桿；水平拉桿端頭伸出扣件邊緣長度不應(yīng)少于100 mm，水平拉桿端頭有混凝土梁、柱的應(yīng)與混凝土梁、柱頂緊。挑檐立桿、斜撐與相應(yīng)樓層內(nèi)支撐立桿采用水平桿件拉結(jié)貫通形成整體，拉結(jié)立桿不少于3根。

⑶在外側(cè)周圈應(yīng)設(shè)由下至上的豎向連續(xù)剪刀撐。沿挑檐縱向每隔6 m設(shè)置由下至上的豎向連續(xù)式剪刀撐，并在剪刀撐部位的頂部、掃地桿處設(shè)置水平剪刀撐。剪刀撐桿件的底端應(yīng)與地面頂緊，夾角宜為45°～60°。

⑷鋼梁上焊高100 mm、直徑25 mm 短鋼筋作立桿底座套管；所有豎向桿件用整根通長鋼管搭設(shè)［12］。

4 結(jié)語

通過利用“一洲施工安全設(shè)施計(jì)算軟件”、“理正結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱軟件”及“SAP2000 有限元分析軟件”對(duì)某教學(xué)辦公樓挑檐懸挑模板支撐體系進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)合工程施工經(jīng)驗(yàn)，可得到以下結(jié)論：

⑴轉(zhuǎn)角區(qū)域工字鋼長度最長，危險(xiǎn)性最大且三維受力體系最為復(fù)雜。通過利用“SAP2000 有限元分析軟件”對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬分析，其各構(gòu)件受力得到了較為精確的計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果得出懸挑鋼梁底部加設(shè)斜撐能夠改變懸挑鋼梁受力體系，較大程度減小其撓度，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，保障懸挑模板支撐體系的施工安全性。

⑵相比傳統(tǒng)的從地面搭設(shè)高支模架體，這種模板支撐體系即整體穩(wěn)定性高、搭設(shè)與拆除方便，又節(jié)約材料，提升施工進(jìn)度，減少施工成本。在施工過程中該挑檐懸挑模板支撐體系穩(wěn)定，主要受力構(gòu)件變形較小，達(dá)到了預(yù)期質(zhì)量安全目標(biāo)，進(jìn)一步證明了本計(jì)算方法的可靠性，可為今后同類型工程的設(shè)計(jì)與施工提供參考借鑒。