蘇 秋 姜 欣 張友杰 郭 春 周承航 吉 劍

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

型鋼外懸挑防護腳手架因其安全可靠、周轉快、節(jié)省成本、節(jié)約工期等特點被廣泛應用在高層建筑施工中。采用型鋼外懸挑腳手架作為高層懸挑結構施工的支撐結構和外防護腳手架則比較少見，將型鋼外懸挑腳手架應用于逐層向上懸挑的高層混凝土結構的施工對型鋼和已澆筑結構的持力要求更高。對于高層逐層向上懸挑混凝土結構的施工，采用逐層搭設型鋼外懸挑腳手架作為結構的支撐和外防護腳手架可以解決施工問題，但不經濟、搭拆煩瑣、影響施工進度[1-4]。

本項目采用了型鋼和斜立桿扣件式鋼管支模架組合的支模體系，有效解決了上述問題。但由于型鋼懸挑長度大（3～5 m）、持力荷載大，需要在型鋼挑梁下方設置斜支撐措施，并對懸挑型鋼主梁和連梁的強度、抗剪、撓度和支座反力進行驗算，還要對斜鋼管支模架進行驗算，驗算立桿的長細比、穩(wěn)定性，扣件的抗滑移及架體抗傾覆，斜鋼管支模架的混凝土支撐梁的強度、撓度及支座反力，面板的強度、撓度及支座反力等。

1 工程概況

A03C-02地塊新建辦公樓工程（圖1）位于上海市浦東新區(qū)世博園區(qū)A地塊。工程地下4層，地上17層，層高4.50～6.35 m不等，屋面結構標高78.15 m。工程外立面先收后張，9層至屋面層南側的混凝土結構均有不同程度懸挑，9層至15層單層懸挑距離約1 m，15層至屋面層單層最大懸挑距離為2.3 m，且每層懸挑距離最大位置均集中在轉角處。

圖1 外立面效果圖

2 工程重、難點

1）本工程造型復雜，外立面先收后張，9層至屋面層為多層連續(xù)大跨度異形懸挑混凝土結構，不利于支撐架體及外圍護腳手架的垂直搭設。

2）9層至屋面層的異形懸挑混凝土結構轉角位置角度較小，不利于腳手架懸挑型鋼的排布。

3）不同樓層不同位置的懸挑距離不一致，且每層懸挑距離最大位置均集中在轉角處，單層最大懸挑距離為2.3 m，結構外挑尺寸大，結構施工困難。

4）懸挑混凝土梁的最大截面為700 mm×1 100 mm，且懸挑結構同時存在封邊梁與幕墻梁，致使懸挑結構局部荷載過大，相應地對支模架承載能力要求高。

5）封邊梁為懸挑結構，且是上一層懸挑工字鋼的主要受力支撐點，需充分考慮結構安全受力。

6）項目施工進度安排比較緊張，幕墻龍骨施工需要利用外圍護腳手架，致使外圍護腳手架需與結構距離450 mm，不利于安全防護。

3 支模架設計

3.1 總體設計思路

9層至屋面層懸挑結構標高在37.35～78.15 m之間，若采用落地式滿堂支撐架的支撐體系，由于南立面為先收后張的異形曲面結構，導致不同部位的支撐架立桿會坐落于1—7層中不同樓層結構的板面上，致使支撐架的整體穩(wěn)定性差，不滿足安全驗算要求。若采用懸挑桁架式支撐，則需耗費大量型鋼和勞動力，從而會產生大額的施工措施費用，經濟性較差。

本工程從9層至屋面層多層連續(xù)懸挑，9—15層單層懸挑距離約1 m，16、17層最大懸挑距離為2.3 m，屋面層懸挑距離為1 m。針對此特點，本工程總體施工部署為：9—15層采用斜立桿扣件式鋼管支模架；15層至屋面層采用型鋼懸挑支模架與斜立桿扣件式鋼管支模架組合的支模體系。本文著重介紹16層至屋面層的組合支模設計與施工。

3.2 9—15層懸挑結構的支模架設計

9—15層單層懸挑距離約1 m，采用如圖2所示的斜立桿扣件式鋼管支模架，結構計算滿足安全要求，施工簡便，僅需針對多層連續(xù)懸挑結構，將外圍護架體的懸挑工字鋼加長，并在超過3 m的工字鋼下方設置斜撐即可。

圖2 梁底斜立桿剖面示意

3.3 16層至屋面層懸挑結構的組合支模設計

3.3.1 16層平面組合支模

16層最大懸挑距離為1.5 m，封口梁尺寸為300 mm×800 mm。通過安全計算，可將懸挑區(qū)分為3個施工段。對于懸挑距離小于1 m的混凝土結構采用斜立桿扣件式鋼管支模架即可滿足受力要求；當混凝土結構懸的挑距離超過1 m時，若采用斜立桿扣件式鋼管支模架，由于立桿傾斜角度過大，不能滿足受力計算，需采用型鋼懸挑支模架形式。

型鋼懸挑主梁采用28a#工字鋼，懸挑長度2.6～3.1 m，工字鋼縱向間距為1.5 m，懸挑方式為連梁懸挑，連梁采用3根16a#工字鋼，縱向間距為300 mm（視懸挑結構梁下立桿間距而定）；型鋼懸挑主梁下方增設斜向鋼支撐，鋼斜撐采用22a#工字鋼，支撐件上下固定點水平距離為3 300 mm，垂直距離為4 500 mm；錨固方式采用φ18 mm的U形錨固螺栓。

3.3.2 17屋面層空間立面組合支模

17層結構最大懸挑距離為2.3 m，屋面層結構懸挑距離為1 m。由于屋面懸挑梁的最大截面為700 mm×1 100 mm，且懸挑結構同時存在封邊梁與幕墻梁，致使懸挑結構局部荷載過大，同時屋面層支模架的受力點主要為17層的懸挑封邊梁，為保障支模架的安全可靠，故在17層和屋面層采用空間立面組合支模體系。

空間立面組合支模體系主要由3部分組成：第1部分為斜支模體系，斜鋼管底端固定在17層結構板面，頂端與懸挑梁梁底支撐桿通過構件固定，斜支模架體沿梁方向間距為900 mm，傾斜角度控制在15°以內；第2部分為型鋼懸挑支模體系，懸挑主梁采用28a#工字鋼，位于16層頂板。工字鋼懸挑3～5 m不等，間距為1.5 m，懸挑方式為連梁懸挑，連梁采用16a#工字鋼，縱向間距為1 500、300 mm（視懸挑結構梁下立桿間距而定），連梁上布置承重立桿，作為屋面層懸挑結構主要承重桿件，間距為900 mm。

為了確保工字鋼主梁不因荷載過大發(fā)生撓曲變形，主梁下方適當位置需要設置鋼支撐。支撐方式為下撐，采用22a#工字鋼，支撐工字鋼底端采用封邊梁預埋焊板，通過焊接方式固定在15層結構上。頂端通過焊接方式與28a#工字鋼主梁固定，焊點位置距懸挑邊2 m且不大于工字鋼主梁懸挑距離的1/3為宜。

懸挑主梁錨固方式采用φ18 mm的U形錨固螺栓。斜支模體系與型鋼懸挑支模體系間隔布置，確保架體整體受力安全可靠；第3部分為型鋼懸挑腳手架外圍護體系，懸挑腳手架工字鋼布置形式同型鋼懸挑支模體系所述，懸挑腳手架步距為1.8 m，橫距為0.8 m，縱距為1.5 m。懸挑腳手架架體距結構邊400 mm，以保證結構施工及外幕墻龍骨安裝必要操作空間需要。

為增加空間立面組合支模體系整體穩(wěn)定性，需采取必要的防傾覆措施。主要有：

1）28a#工字鋼懸挑主梁末端及中部適當位置埋設φ18 mm的U形壓環(huán)，并通過螺栓與壓板使工字鋼與U形壓環(huán)可靠連接，工字鋼末端壓環(huán)數量不少于4只，中部壓環(huán)數量不少于1只，壓環(huán)間距不大于200 mm為宜。

2）懸挑工字鋼主梁在樓層內除采用U形壓環(huán)進行固定外，還需增設1道水平桿構造，使支撐架非懸挑部分內架與懸挑部分架體形成一個整體，加強架體的整體穩(wěn)定性。具體做法為在工字鋼上口按照內排架立桿間距設置相同道數的水平掃地桿，掃地桿標高與工字鋼上口標高相同，即除圓鋼外再用掃地桿將工字鋼固定在樓板上。

4 安全計算

組合支模架體的計算分為2個部分，第1部分為斜鋼管支模架的計算，第2部分為型鋼懸挑3～5 m的支模架的計算。

4.1 斜鋼管支模架的計算

斜鋼管支模架的混凝土梁支撐方式為梁一側有板，梁底小梁平行梁跨方向。面板驗算按簡支梁計算，強度、撓度及支座反力均滿足要求。

小梁計算按二等跨連續(xù)梁計算，得小梁最大荷載為7.575 kN/m，梁底支撐小梁所受最大支座反力依次為1.885、2.841 kN，小梁和主梁的強度、撓度及支座反力均滿足要求。立桿的長細比、穩(wěn)定性，扣件的抗滑移及架體抗傾覆驗算均滿足要求。

4.2 型鋼懸挑3～5 m的支模架的計算

懸挑方式為連梁懸挑，各排立桿傳遞至連梁上集中荷載設計最大值為14.3 kN，均布荷載0.246 kN/m，連梁的計算模型為二等跨連續(xù)梁，連梁的強度驗算、抗剪驗算、撓度驗算和支座反力驗算均滿足要求。

各排連梁傳遞至主梁的集中荷載設計最大值為34.424 kN，均布荷載0.521 kN/m，主梁的強度驗算、抗剪驗算、撓度驗算和支座反力驗算均滿足要求。

下撐桿件采用22a#工字鋼，下撐桿件角度為53.746°，下撐桿件最大軸向力為135.811 kN，長度為5 580.323 mm，經驗算軸心受壓穩(wěn)定性結果滿足要求。

懸挑主梁相關力學性能滿足要求。

5 組合支模體系施工

組合支模體系施工工藝流程主要分為6個部分：預埋埋件、型鋼組合架預拼裝、型鋼組合架安裝、型鋼組合架與結構固定、組合模架搭設、組合模架拆除。

5.1 預埋埋件

型鋼懸挑支模架與斜立桿扣件式鋼管支模架組合的支模體系施工的關鍵在于型鋼懸挑主梁平面布置的準確合理，而型鋼懸挑主梁平面布置的關鍵在于預埋U形壓環(huán)和工字鋼斜撐的準確無誤。因此預埋U形壓環(huán)和斜撐底部埋板的放線定位工作尤為重要。

首先，需要通過BIM技術對整體支模體系進行建模，確定懸挑工字鋼主梁及預埋壓環(huán)、斜撐底部埋板的準確位置，繪制預埋壓環(huán)、埋板定位圖紙。

其次，在預埋層結構層模板施工完成后，利用經緯儀在模板上測放出壓環(huán)、埋板具體位置并完成安裝。值得注意的是埋板與壓環(huán)的埋設并不在同一結構樓層。

最后，在混凝土澆筑之前對壓環(huán)、埋板的位置做最后的復核，確保安裝準確。

5.2 型鋼組合架預拼裝

由于型鋼主梁與工字鋼斜撐質量較大，高空拼裝操作困難，施工質量與安全難以控制，故采用型鋼主梁與工字鋼斜撐地上預拼裝，整體吊裝的形式完成安裝。

首先在平整場地上放置胎架，按預先計算好的工字鋼長度、角度及焊接位置將斜撐桿件與懸挑工字鋼焊接，并在工字鋼上寫明編號，同時焊接3個吊耳，以便后續(xù)的吊裝和焊接。

5.3 型鋼組合架安裝

工字鋼利用塔吊進行垂直運輸，本工程塔吊為STT293，最大吊重3.0 t，尖端吊重1.8 t。

5.3.1 工況分析

28a#工字鋼線質量為43.4 kg/m，懸挑工字鋼最長為9 m，質量為390.6 kg，22a#工字鋼線質量為33 kg/m，工字鋼斜撐最長為5 m，質量為165 kg，拼裝完成后總質量為611.7 kg，滿足塔吊吊裝。

5.3.2 型鋼組合架吊裝與安裝

型鋼組合架采用單點吊裝，雙點調節(jié)的方式進行安裝。

首先運用鋼結構深化建模軟件Tekla Structures在組合架制作前分析構件重心位置，制作吊裝吊耳用以實現塔吊吊裝。在型鋼主梁與工字鋼斜撐末端制作調節(jié)吊耳，用以通過倒鏈裝置調節(jié)構件在空中位置，使主梁、工字鋼斜撐分別準確地就位于預埋壓環(huán)、預埋埋板上。吊耳位置如圖3所示。

圖3 型鋼支撐吊耳示意

5.4 型鋼組合架與結構固定

型鋼組合架就位后，懸挑主梁通過螺栓與預埋U形環(huán)進行固定。單只環(huán)螺栓數量不少于2個，螺栓擰緊后，絲扣外露部分不少于3扣；工字鋼斜撐底端通過焊接形式與結構預埋板焊接，焊接采用現場手工焊的形式，焊縫高度為8 mm。型鋼組合架與混凝土結構固定牢固后，在懸挑工字鋼主梁上按測量定位的控制線焊接連梁，并在連梁上焊接10 cm高的鋼筋，縱向間距為立桿間距900 mm，將鋼管套入鋼筋頭，防止跑位。

5.5 組合模架搭設

結構懸挑部分腳手架在連梁上搭設，將架體立桿穩(wěn)固套接在10 cm鋼筋上，必要時立桿底部可與鋼連梁點焊。非懸挑部分與懸挑部分承重支模架水平桿拉通，以保證腳手架的整體性和穩(wěn)定性，立桿搭設時應垂直穩(wěn)立，采用斜撐、拋撐頂撐，底部采用橫撐相互連接。

5.6 組合模架拆除

鋼管腳手架的拆除應遵循先搭后拆，后搭先拆，先拆非承重部分、后拆承重部分的總體原則。型鋼組合架拆除作業(yè)前需拆除預埋壓環(huán)、工字鋼橫梁等其他臨時措施。首先將塔吊掛鉤拴住吊耳1，其次使用倒鏈分別將吊耳2及吊耳3拴住并固定，割除斜撐底部，最后將懸挑整體起吊，完成拆除作業(yè)。

6 結語

高層的逐層向上外挑混凝土結構的施工，施工難度大，安全要求高。施工中采用工字鋼作為懸挑結構的支撐結構，再利用斜立桿扣件式鋼管支模架，二者的結合使用，確保了案例工程9層至屋面層的懸挑混凝土結構均一次澆筑成形，保證了結構施工安全和外防護施工安全，保證了施工質量。

該支模體系在多層連續(xù)懸挑混凝土結構施工上，較傳統的懸挑混凝土結構支模體系具有經濟節(jié)約、施工便利、安全可靠的優(yōu)勢，為多層連續(xù)懸挑混凝土結構的設計與施工提供了一種借鑒。