為了解決在斜屋面挑檐天溝的混凝土施工，使用懸挑工字鋼與承插式盤扣架組成支撐體系，根據(jù)斜屋面的位置以及具體參數(shù)確定支撐系統(tǒng)的搭設方式。經(jīng)過計算確定出承擔載荷較大的部位，在澆筑混凝土之前對計算中承擔載荷較大的位置進行加固，并且在澆筑的過程中采用左右對稱澆筑的方式保證澆筑過程中的安全，確保施工過程中的安全。

支撐架; 挑檐天溝; 施工工藝

TU731.2B

［定稿日期］2023-06-23

［作者簡介］李顏兵（1995—），男，碩士，助理工程師，從事建筑安全與技術(shù)工作。

0 引言

在建筑工程項目中，模板支撐系統(tǒng)在工程項目中地位越來越重要。模板支撐系統(tǒng)不僅能保障施工人員的生命安全，并且需要承擔混凝土所帶來的載荷。模板支撐系統(tǒng)中最難管控的是施工人員在搭設架體時存在疏漏，導致支模體系的安全系數(shù)大大降低。所以在前期計算與施工過程中要對架體的搭設要進行嚴格的監(jiān)督。王永祥等［1］將FAHP法應用于超高超重支模架施工風險的識別中，并基于此提出具體的防范措施。張濤［2］利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡方法對實際工程項目進行風險評價比較，為高支模工程技術(shù)規(guī)范的應用研究和實際施工中風險預測提供指導與借鑒。胡凱［3］通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)得到施工過程中水平桿與豎桿的應力變化規(guī)律，將理論計算與監(jiān)測數(shù)據(jù)、有限元分析數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果顯示高支模架考慮節(jié)點半剛性連接方式更符合實情工況。陳孟等［4］通過對輪扣式節(jié)點和扣件式節(jié)點進行轉(zhuǎn)角剛度性能試驗對比分析，挖掘輪扣式節(jié)點優(yōu)缺點，并對其進行改進，提高產(chǎn)品性能，確保施工安全，為更好地推廣應用新型輪扣式鋼管支模架提供技術(shù)支持。雷寧秋［5］結(jié)合有限元分析結(jié)果與三維BIM數(shù)據(jù)模型，提出兩種不同的優(yōu)化設計方案。

建筑施工工作環(huán)境復雜，露天高空作業(yè)繁多，尤其混凝土澆筑過程中，高大模板支撐系統(tǒng)架體高大，受力復雜，危險系數(shù)較大，屬于高危工作的行列。根據(jù)設計單位的設計，綜合樓12層采用斜屋面挑檐天溝的設計，這種在竣工后不僅美觀，并且排水性能明顯提高。但是在施工階段將會面臨很多困難，天溝的懸挑長度長，并且在澆筑過程中混凝土的荷載將會非常大，對模板支撐體系將是極大的考驗。本次施工還有如下幾個難點

（1）本工程屋面懸挑天溝，外檐口高度已超過24 m，且寬度達到2.0～2.1 m，天溝挑檐自重達到1.2 t/m，屋面挑檐結(jié)構(gòu)如圖1所示。若采用落地式支模架，受場地、經(jīng)濟效果和安全性等因素約束。

（2）建筑陽臺多，結(jié)構(gòu)外形不規(guī)則，外立面不規(guī)則，陰陽角及線條較多，懸挑主梁布置難度大，且樓面設計為裝配箱結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)懸挑只能錨固于肋梁和框架梁上，結(jié)構(gòu)懸挑部位多，受力復雜，使得架節(jié)點處理較難。細部構(gòu)造處理裝配箱、勒梁、框架梁和錨環(huán)的結(jié)構(gòu)連接是本分項工程的控制重點。

（3）懸挑工字鋼上采用盤扣支架，模數(shù)固定，保證工字鋼預埋的精準度也是本分項工程的控制重點。

1 工程概況

本項目為公辦職業(yè)學校，總建筑面積約161 601 m2，其中：地上建筑面積約119 490 m2，地下建筑面積42 111 m2，主要包括：教學樓和實訓樓、報告廳（2樓）、綜合樓、風雨操場（體育館）、學生食堂及宿舍以及門衛(wèi)室。

本次研究的是綜合樓屋面挑檐天溝混凝土模板懸挑支撐體系（表1、圖1、圖2）。

2 計算

懸挑鋼筋混凝土天溝+挑檐寬度均為2.0～2.1 m（框架梁邊至檐口外邊）。綜合樓屋面坡角度為10.03°。天溝板厚和側(cè)壁厚均為100 mm，混凝土強度等級為C30，結(jié)構(gòu)使用年限為50年。為保證屋面挑檐和天溝的安全施工，計劃在屋面層采用懸挑工字鋼梁進行挑檐天溝的模板支撐，在拆除挑檐支撐架后利用工字鋼梁搭設該部位外腳手架。懸挑工字鋼梁采用16#工字鋼平鋪在屋面板上設置。綜合樓具體參數(shù)設置如表2所示。

2.1 荷載計算

結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0，靜荷載分項系數(shù)取1.2，活荷載分項系數(shù)取1.4。

（1）挑檐天溝自重（圖3）。

天溝梁及側(cè)板荷載：

N1=（1.1/cos18.73×0.13+0.2×0.85+0.1×0.1）×1.05×25=4.33 kN

N2=（0.3/cos18.73×0.13+0.5×0.1+0.2×0.75+0.1×0.5+0.1×0.2）×1.05×25/2=4.08 kN

N3=（0.1×0.2+0.5×0.1+0.1×0.2）×25×1.05/2=1.18 kN

（2）挑檐天溝下支撐體系重量。

（1.8+1.8+3×2+2.5+3+2.5×3）×4.5+30=131.7 kg/1.05/2=62.7 kg/m2，加其他模板扣件木方，按照90 kg/m2

折算成工字鋼線荷載：0.9 kN/m。

（3）工字鋼梁自重：0.205 kN/m。

（4）施工荷載：2 kN/m2×1.05 m=2.1 kN/m。

合計靜線荷載值：q=0.9+0.205=1.105 kN/m，施工荷載2.1 kN/m。

施工總線荷載設計值=1.05×1.2+2.1×1.4=4.2 kN/m。

懸挑梁上設置4根立桿，其中3根為受力支撐桿件。

2.2 主梁計算

主梁荷載標準值：

q′=gk=0.205kN/m

第1排：F′1=F1′/nz=6.73/1=6.73 kN

第2排：F′2=F2′/nz=6/1=6 kN

第3排：F′3=F3′/nz=2.3/1=2.3 kN

荷載設計值見圖4。

q=1.3×gk=1.3×0.205=0.267 kN/m

第1排：F1=F1/nz=8.35/1=8.35 kN

第2排：F2=F2/nz=7.42/1=7.42 kN

第3排：F3=F3/nz=2.89/1=2.89 kN

2.2.1 彎曲強度驗算

圖5為挑檐天溝工字鋼彎矩示意圖，從圖中可以看出在工字鋼上彎矩變化從錨固點1至工字鋼最外端彎矩的變化為先增大后減小，在錨固點3至錨固點4的位置彎矩升至最大。進行驗算符合要求。

σmax=Mmax/W=0.876×106/141000=6.215 N/ mm2≤［f］=215 N/mm2

2.2.2 抗剪驗算

圖6為綜合樓挑檐天溝工字鋼剪力圖，從圖中可以看出產(chǎn)生最大壓強的位置在斜撐點3附近最大剪切應力值為7.762 N/ mm2，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是這個位置離挑檐天溝支撐桿的位置較近導致

τmax=Qmax/（8Izδ）［bh02-（b-δ）h2］=7.762×1000/［88×1602-（88-6）×140.22］（8×11300000×6）=9.173 N/mm2

τmax=9.173 N/mm2≤［τ］=125 N/mm2

2.2.3 撓度驗算

圖7為綜合樓挑檐天溝工字鋼變形圖，根據(jù)品茗仿真軟件結(jié)算結(jié)果可以看出在兩個錨固點之間產(chǎn)生的變形結(jié)果是最大的，錨固點2與斜撐點3之間幾乎沒有變形結(jié)果，錨固點3與錨固點4之間產(chǎn)生的形變略小，在現(xiàn)場施工時應格外注意錨固點1與錨固點2之間產(chǎn)生的形變結(jié)果。

νmax=0.087 mm≤［ν］=l/400=3550/400=8.875 mm

2.2.4 支座反力計算

設計值：R1=0.368 kN，R2=1.448 kN，R3=11.693 kN，R4=6.687kN

3 施工

3.1 工字鋼錨固螺栓預埋及鋼管拉桿預埋

懸挑梁間距應按照支模內(nèi)架體立桿縱距相同設置，相關(guān)的錨固螺栓、預埋件等應提前預制，現(xiàn)場測量放線進行預埋，并統(tǒng)一標高復核，混凝土澆筑時安排專人進行看護。U型螺栓錨固為：HPB300，20 mm圓鋼，雙螺母；具體做法見圖8。

選料及配料：工字鋼主梁采用16#工字鋼，斜撐采用4根48×3.6 mm鋼管，拉桿采用48 mm鋼管。變形、銹蝕嚴重的鋼管不得使用；立桿之間必須按步距滿設雙向水平桿，確保兩方向足夠的設計剛度；確保每個扣件和鋼管的質(zhì)量滿足要求，安裝時錨固件與工字鋼側(cè)面、底面和頂面須用木枋塞嚴。

（1）在鋪設好的模板上放置壓環(huán)鋼筋。同一軸線要拉線成排成行，錨固螺栓和梁鋼筋綁扎，在每個錨環(huán)中間增加20 mm的螺紋加強鋼筋兩根。

（2）考慮到裝配箱結(jié)構(gòu)勒梁無法實施錨環(huán)施工，根據(jù)錨固點位置將此處勒梁截面及配筋加強，具體實施方式及布置如圖9所示。

3.2工字鋼的平面布置

（1）工字鋼材料尺寸應符合相關(guān)規(guī)范要求，根據(jù)平面布置圖結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，轉(zhuǎn)角處間距不大于1.5 m，固定端長度不應小于懸挑長度的1.25倍。

（2）根據(jù)市場工字鋼尺寸合理選用，主梁選用16#工字鋼長度為9 m和6 m，聯(lián)梁采用16#工字鋼，長度為4.5 m、6 m，按布置圖進行布置。

3.3轉(zhuǎn)角處加強處理及構(gòu)造

（1）陽角主梁采用16#工字鋼，下部設置60 mm×60 mm×3 mm方鋼管支撐。支撐上部與工字鋼焊接，支撐下部與主體結(jié)構(gòu)柱上的錨板用焊接方式連接（圖10、圖11）。

陽角處工字鋼采用穿柱埋設，架體拆除后截斷埋入柱內(nèi)以外部分，工字鋼表面刷2道防銹漆后再進行裝飾面施工。

3.4 懸挑工字鋼上支撐架體搭設

懸挑工字鋼布置結(jié)合挑檐支撐架、外防護架進行設計。為保證天溝挑檐施工安全支模架搭設時最外排立桿高度高于操作面1.5 m，作為防護欄桿使用。先樹立桿，在扎縱橫向水平桿、斜桿。

最外側(cè)為外防護架架，內(nèi)側(cè)立桿需距離屋面挑檐250 mm，預留出操作空間。模板支撐體系腳手架和外防護架需同時搭設，并進行可靠連接。根據(jù)本項目已評審通過的模板支撐專項施工方案及懸挑鋼平臺使用要求對屋面挑檐內(nèi)支撐架進行搭設，架體底部須焊接25 mm鋼筋頭，長度150 mm，防止內(nèi)架立桿側(cè)滑。

下?lián)螚U體系連接做法：下?lián)渭捎霉ぷ咒摰撞客ㄩL設置鋼管，下?lián)螚U件上端與置于屋頂層梁上預埋的連墻鋼管水平桿鎖扣，同時與設置在工字鋼下部的水平通長鋼管鎖扣，下部與下層架體水平桿鎖扣，也可以有效防止工字鋼發(fā)生側(cè)翻。支撐下部用12 mm厚覆面膠合板做硬質(zhì)防護（圖12）。

3.5 挑檐天溝模板支撐加固

采用12 mm厚木模板，盤扣式腳手架支撐加固，立桿沿梁方向縱距按工字鋼布置間距1.2 m，步距1.5 m。橫向間距邊梁起600 mm、900 mm、600 mm、600 mm的間距依次起立桿，同時要求內(nèi)外錨固點間的立桿放置在工字鋼上施加反力，增加懸挑工字鋼的整體穩(wěn)定性（圖13）。

3.6 斜屋面混凝土澆筑

本項目斜屋面坡度超過20°，混凝土澆筑采用塔吊輔助澆筑，澆筑順序必須嚴格控制，不得集中堆放，應分次分層澆筑。混凝土澆筑先澆柱，待柱子達到強度的75%后，再以屋脊為分界線兩側(cè)同時進行，開始點從工字鋼根部位置先逐漸向屋脊靠近，先將工字鋼根部區(qū)域混凝土澆筑完畢后再澆筑懸挑部位。

混凝土澆筑過程中，派專人檢查懸挑鋼梁及底部支撐構(gòu)件的受力情況，發(fā)現(xiàn)下沉、松動、變形和水平位移情況應及時解決，澆筑順序如圖14、圖15所示。

4 結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，城鎮(zhèn)化的速度增加的同時，保證建設項目的安全將作為安全管理人員的工作重點。綜合樓使用的挑檐天溝支架技術(shù)對屋面進行支撐，現(xiàn)已完成了支撐任務。挑檐天溝的設計方式不僅美觀還可以有效地排水并且更換屋頂?shù)耐咂臃奖恪?/p>

參考文獻

［1］ 王永祥，張濤，王靜怡，等.基于FAHP法的超高超重支模架施工風險識別及防范研究［J］.建筑施工，2020，42（7）：1326-1329+1347.

［2］ 張濤. 超高超重支模架技術(shù)經(jīng)濟比較及施工風險評價［D］.南昌：華東交通大學，2020.

［3］ 胡凱. 大跨度折線拱結(jié)構(gòu)的高支模架受力分析與應用［D］.湘潭：湘潭大學，2020.

［4］ 陳孟，閆相明，趙瑞，等.新型輪扣式與扣件式鋼管支模架節(jié)點性能對比研究［J］.施工技術(shù)，2019，48（8）：60-65.

［5］ 雷寧秋. 扣件式鋼管高支模架體系整體穩(wěn)定性分析［D］.湘潭：湘潭大學，2018.