基于悬挂结构的高空悬挑混凝土板支模技术.pdf

第 23 卷 第 1 期2024 年 1 月中国建筑金属结构CHINA CONSTRUCTION METAL STRUCTUREVol23 No1Jan20241090 引言悬挂结构1-2相较于普通结构，其受力特点和传力路径较为特殊。基于这一特性，悬挑于悬挂结构外的混凝土板支模技术需考虑的因素也多于普通结构3。谭尚夫等4认为屋檐悬挑结构本身自重大，对于支模架体系的搭设要求高，并且是高空作业，涉及严格的安全性和稳定性要求。唐作凤5根据结构特点，提出了 H 型钢梁与工字钢组合的悬挑钢平台，能为主体悬挑构件提供支撑平台。张广周等6结合实际工程研究的基础上，发现悬挑结构的受力性能较普通结构更加复杂，变形性能与力学性能的复杂程度都是普通结构所无法比拟，开展悬挑支模架的设计和施工研究具有重要意义。徐云茂等7探讨了现浇大跨度预应力桁架结构，针对施工过程中的特点与难点总结出了一套现浇预应力桁架结构支模技术。本文在此基础上，总结了杭州某高层公建项目基于悬挂结构的高空悬挑混凝土板支模施工经验，提出了悬挑吊拉支撑和桁架式支模技术，为类似的项目施工提供参考。1 工程概况本项目结构形式较为新颖，为多层悬挂结构体系，顶部悬挑钢桁架外框周围悬挂多根 120 钢棒，由钢棒连接钢梁组成钢框架结构，即 5 12 层核心筒范围之外的钢框架结构全部悬挂于顶部钢桁架。为了外立面造型新颖性，在高度 50m 处悬挂结构外围增设悬挑板，悬挑板厚度 300mm，拐角最大悬挑距离为 4.1m，为超限结构，悬挑板位置如图 1 所示。因主体结构较为特殊，必须在保证主结构稳定性的前提下完成悬挑板支模浇筑，施工难度非常大。2 重难点分析2.1 施工难度大悬挑混凝土板厚 300mm，拐角最大悬挑长度 4.1m，为超限结构，且所处位置在高空，下部无可支撑楼板，且支模平台待悬挑混凝土板达到强度后还需拆除，施工难度大。2.2 模板支撑及支模方案考虑因素多悬挂结构的核心筒外钢框架采取吊杆与顶部桁架固定拉结固定，稳定性受吊杆影响比较敏感。模板支撑体系及支模方案需结合悬挂结构特性，满足安全性、经济性、便捷性、可操作性。3 方案比选3.1 方案一 悬挑斜支撑+满堂支模方案在悬挑板下部 11 层选用钢构件设置外挑平台，上部搭设满堂支模支撑悬挑板支模施工，下部增加斜撑及腹杆组合成钢桁架斜支撑，作为受力构件承受来自满堂支模立杆的荷载，方案一如图 2 所示。图 2 悬挑斜支撑+满堂支模构造示意该方案较为常规，但本项目结构形式为多点悬挂式结构，斜支撑及外挑平台荷载全部由吊杆传递至悬挑桁架，其稳定作者简介：张茂国（1982-），男，高级工程师，研究方向：钢结构技术；通信作者：段坤朋（1990-），男，硕士研究生，高级工程师，研究方向：钢结构施工技术。基于悬挂结构的高空悬挑混凝土板支模技术 张茂国，朱维一，吕骅昕，段坤朋，徐山山（浙江中天恒筑钢构有限公司，浙江 杭州 310008）摘 要：为了解决基于悬挂结构的高空悬挑混凝土板支模施工难度大，不可控因素过多等问题，本文介绍某公建项目基于悬挂结构的高空悬挑混凝土板支模施工，分析了安全性、经济性、便捷性、可操作性等问题，提出了悬挑吊拉支撑和桁架式支模技术，得出该技术简单易行，经济合理，可循环利用，安全可靠的结论，可为类似的高空悬挑混凝土板支模施工提供参考。关键词：悬挑结构；支模技术；有限元分析；方案对比中图分类号：TU755.2 文献标识码：ADOI：10.20080/ki.ISSN1671-3362.2024.01.035图 1 结构示意图110中国建筑金属结构2024 年性受吊杆影响较大，不易控制。且盘扣满堂支架采用的支撑杆件的数量很多，由于是高空作业，对这种散支散拆支模体系来说，不可控因素过多，难以保证在搭设和拆除期间不出现高空坠落的情况，在实际操作过程中风险性过大，保证安全操作难度很高。3.2 方案二 悬挑吊拉支撑+桁架式支模方案设置悬挑吊拉钢平台，一侧与主结构钢梁连接固定，另一侧利用刚性拉杆与上部悬挑桁架固定，形成稳定传力体系。此外，通过额外增设钢丝绳上拉作为第二道保险措施，提高悬挑钢平台的稳定性和安全性。采用桁架式支模技术，利用可拆卸的桁架式支模架作为支撑，木模板设置于桁架表面，形成一套上下层空间通透支模体系，可快速拆装，安全可靠，方案二如图 3 所示。图 3 悬挑吊拉支撑构造示意 该方案优势在于：（1）增加了悬挑钢平台及悬挑楼板荷载的传递路径，大部分荷载由刚性系杆传递至顶部悬挑桁架，减轻了吊杆影响，提高了模板支撑体系的稳定性及安全性。（2）桁架式支模技术采用组合端板和型钢连接件组成的快拆连接组件，受力直接，自重轻，可实现快装拆卸，可重复利用。桁架式支模技术是利用已有钢梁作为支撑点，无需另加竖向脚手架，成型后的楼板挠度小，平整度高，成型质量好。方案一悬挑斜支撑+满堂支模与方案二悬挑吊拉支撑+桁架式支模对比分析如表 1 所示。表 1 高空悬挑结构支模方案对比分析对比项方案一方案二经济性措施费 20 万元措施费 12 万元工期37d30d安全性较差较好可操作性较差较好经对比，方案二在可操作性、经济性、安全性、便捷性等方面具有优势，受主体结构的影响较小。综合考虑以上因素，选择方案二实施。4 悬挑吊拉钢平台设计与验算4.1 悬挑吊拉钢平台设计采用 H 型钢作为悬挑钢平台主梁，悬挑最大长度为 4.1m，一侧端部与主结构钢梁连接固定，另一侧端部采用吊杆将上部桁架和悬挑钢平台拉结固定形成三角稳定体系。钢平台外圈通过设置一圈次梁进行封闭，以保证钢平台的整体稳定性。如图 4所示，GL1 截面尺寸：HN400mm200mm8mm13mm，GL2截面尺寸：HN250mm125mm6mm9mm12mm，材质均为 Q235B。图 4 悬挑吊拉支撑平面示意搭设临时增加钢平台主梁与主结构连接部位、次梁与钢平台主梁连接部位均采用铰接形式，采用螺栓固定，继而实现高空作业不动火，也便于后期拆卸，节点如图 5 所示。图 5 钢平台主次梁节点示意钢平台端部设置了吊杆，截面为 1216.0 圆钢，材质Q235B。吊杆与上部桁架和下部钢平台固定节点如图 6 所示，保险起见额外增加一根 18 钢丝绳上拉作为保险措施。图 6 吊杆节点示意4.2 钢平台计算4.2.1 模型建立采用盈建科进行计算分析，首先建立原结构模型，在此基础上，建立悬挑钢平台模型，采用梁单元模拟，钢平台端部与主结构梁连接部位、吊杆与上部桁架及钢平台主梁部位均为铰接，材质为 Q235B，计算模型如图 7 所示。图 7 计算模型4.2.2 荷载取值悬挑钢平台上作用恒荷载主要考虑混凝土板（300mm 厚）自重、桁架式支模架自重计算得恒载：7.3kN/m2。考虑施工时会上人及机械施工活荷载按 1.5kN/m2取值。计算工况为：1.3 恒荷载+1.5 施工活荷载。4.2.3 计算结果经验算，悬挑钢平台端部最大变形如图8所示，仅为9.77mm，挠度值为 9.77/4100=1/419，满足规范要求的 1/400 要求。悬挑钢平台最大应力比如图 9 所示为 0.70，也满足强度和稳定要求。111第 1 期中国建筑金属结构0.9770.8680.7600.6510.5430.4340.3260.2170.1090.000(x101)1.000.900.700.500.00 图 8 结构最大变形（cm）图 9 构件应力比5 桁架式支模技术在悬挑施工平台的钢梁之间采用桁架式支模技术，两端利用已安装的钢平台主梁作为支撑，将传统木模板设置于钢桁架表面，形成一套上下层空间通透的新型支模架，如图 10 所示。图 10 桁架式支模技术示意图该技术的特点和优势：（1）采用钢管桁架作为承载楼板施工荷载的受力体系，材料性能充分发挥；（2）采用组合端板和型钢连接件组成快拆连接组件，连接桁架支架与钢梁，受力直接；（3）桁架工厂预制，质量可控，桁架及连接件可重复利用，节省管材，施工安全；（4）桁架自重轻；连接组件仅用螺栓连接，且利用自重拆卸，安拆便捷；（5）工人作业时无需特殊工具，简单培训交底即可上手操作；（6）桁架式支模技术利用已有钢梁作为支撑点，无需另加竖向脚手架，不影响下部施工，可实现穿插作业；（7）桁架本身刚度大，成型后的楼板挠度小，平整度高，成型质量好，且木模拆除后，二次装修方便。桁架式支模架端部设置有连接件，位于施工平台钢梁腹板上端，连接件通过螺栓在地面与平台钢梁组装成整体，待平台钢梁安装完毕后，通过螺栓将连接件与桁架支模架端部固定，构造如图 11 所示。图 11 桁架支模架端部连接件构造示意图6 施工过程6.1 钢平台安装采用塔吊将悬挑钢平台主梁至 12F 楼层标高，一侧采用螺栓与主结构钢梁连接固定，另一侧端部采用吊杆将上部桁架和悬挑钢平台拉结固定。钢平台悬挑主梁外圈安装环梁，形成平面稳定体系，施工过程如图 12 14 所示。图 12 悬挑钢梁内侧固定图 13 悬挑钢梁外侧固定及环梁安装图 14 安装刚性系杆悬挑钢平台成型6.2 桁架式支模技术施工施工流程：施工准备钢桁架安装铺设方木铺设模板钢筋绑扎成型浇筑前检查混凝土板浇筑待混凝土达到强度后检查验收桁架式支模架拆除。施工准备：（1）需预备好桁架支模架构件堆放及组装场地，核对进场的构件数量及型号。（2）根据桁架支模架深化图，通过在构件上增加标识，将不同尺寸的桁架加以区分，方便现场识别安装。（3）在地面应做好桁架式支模技术试压工作，检验支架的强度、挠度和变形是否符合所浇筑楼板的施工要求。钢桁架安装：钢桁架两端同时起吊，吊至支模平台主钢梁上翼缘端部的连接件处，调整好标高后将钢桁架与连接板固定，待所有钢桁架固定完成后，复测标高，通过螺栓调整桁架梁两端的高度直到放下木方模板后与钢梁上表面平齐。铺设方木及模板：模板选用 14mm 厚胶合木模板，龙骨选用 46mm92mm 木方。当板跨 1 200mm 时，将木方平行于板跨方向搁置，间距不大于 300mm。模板的铺设必须同一顺序、同一方向对缝平铺，并保证接缝处下方有龙骨，且拼缝严密，表面无错台现象，保证钢梁上翼缘与模板标高一致。钢筋绑扎成型：清扫模板上刨花、碎木、电线管头等杂物，用粉笔在模板上画好主筋、分布筋间距，然后用墨线弹好钢筋间距控制线。按弹好的间距，先摆放受力主筋，后摆放分布筋，绑扎用八字扣，钢筋交叉处均要绑扎。板底分布筋适当位置在纵横筋结点处采用砂浆垫块的办法来控制保护层厚度。混凝土板浇筑：将搅拌好的细石混凝土铺抹至模板上（水泥浆结合层要随刷随铺），用长刮杠顺着标筋刮平，然后用滚筒（常用的为直径 20cm，长度 60cm 的混凝土或铁制滚筒，厚度较厚时应用平板振动器）往返、纵横滚压，如有凹处用同配合比混凝土填平，直到面层出现泌水现象，撒一层干拌水泥砂（1 1=水泥砂）拌合料，要撒匀（砂要过 3mm 筛），再用 2m 长刮杠刮平（操作时均要从房间内往外退着走）。施工过程如图 15 18 所示。图 15 钢桁架安装 图 16 铺设方木、模板 图 17 钢筋绑扎 图 18 混凝土板浇筑112中国建筑金属结构2024 年6.3 临时结构拆除当悬挑板达到设计强度后，悬挑吊拉钢平台及桁架式支模架方可拆除。先拆混凝土板底的木方和木模板，后拆除桁架梁及挂座系统，最后拆除悬挑钢平台。桁架式支模架拆除步骤：需利用下层现浇楼地面搭设活动脚手架，提供拆卸工作面，方便拆卸螺栓及桁架梁。拆除时，先拆除其顶部的木方及木模板，再拆除桁架梁。悬挑钢平台拆除步骤如图 19 22 所示：（1）拆除封边钢梁；（2）借助原结构钢梁，采用手拉葫芦固定悬挑钢梁；（3）拆除悬挑钢梁与原节点螺栓，并割开焊缝，调整手拉葫芦，使钢梁变为自然下垂状态；（4）换钩，采用塔吊吊住钢梁，松开手拉葫芦；（5）拆除吊杆，采用塔吊将钢梁吊装至地面。7 结论针对基于悬挂结构的高空悬挑混凝土板支模，本文通过对施工方案比选，基于可操作性、可操作性、经济性、便捷性综合分析，提出悬挑吊拉支撑和桁架式支模技术，经工程实测，该技术简单易行，经济合理，可循环利用，安全可靠，为类似的高空悬挑混凝土板支模施工提供启示与借鉴。参考文献1 童 根 树,苏 健.巨 型 悬 挂 结 构 的 稳 定 性 研 究 J.工 程 力学,2013,30(05):75-82.2 陈建兴,包联进,胡振青,等.金桥国培中心悬挂结构设计 J.建筑结构,2022,52(10):42-47+103.3 卫峰.长挑檐悬挑支模体系施工技术分析 J.建筑技术开发,2022,49(23):70-72.4 谭尚夫.高空大悬挑混凝土结构支模架体设计与施工 J.中国住宅设施,2020(08):58-59.5 唐作凤.高空现浇悬挑结构模架及钢平台设计与施工 J.建筑施工,2021,43(08):1542-1544.6 张广周,操岳林,申辉.大跨度型钢悬挑支模架设计与施工 J.城市建筑空间,2022,29(S2):569-570.7 徐云茂,马国珍.大跨度现浇后张法预应力桁架式框架结构施工技术 J.中国建筑金属结构,2021,20(01):102-103.图 19 手拉葫芦固定 图 20 钢梁自然下垂图 21 换钩，塔吊吊住 图 22 吊至地面小。另外，当含水率超过 44%后，设计荷载条件下的桩基位移量大于设计控制阈值，即此时需对桩基进行底端局部加固处理。表5 给出了不同土体含水率与单桩桩径下的桩基承载力水平，由表 5可见，随着桩径增加，含水率对极限荷载的影响逐渐减小，这主要由于桩周结构与土体接触面积增大导致桩周侧向支撑力增加。结合表 4、表 5 可见，海相淤泥质地层土体含水率对不同桩径钻孔灌注桩的承载力与最大位移均有影响，土体含水率增大引起的地层特性劣化是桩基承载与变形控制能力退化的主要因素，因此在该类地层进行桩基设计与施工时，淤泥质地层土体含水量依然是关键考虑因素。4 结论本文采用现场测试、理论计算与有限元分析结合的方法，研究了沿海地区海相淤泥质地层钻孔灌注桩桩径变化、土体含水率以及穿越地层深度对其最大位移水平、极限荷载能力以及负摩阻力分布特征的影响，主要研究成果如下：（1）沿海地区海相淤质地层含水率及土体特性对钻孔灌注桩单桩变形量、变形速率以及承载能力影响显著，其影响效果随含水率增大而增大，但影响程度逐渐降低，即海相淤质地层对桩基承载特性及变形规律影响具有一定限度。（2）当海相淤质地层钻孔灌注桩竖向荷载达到设计荷载的 80%时，其累积竖向位移可达到规范限制值，即其承载安全虽然满足，但变形控制能力十分有限。（3）桩周摩阻力沿桩长基本呈均匀分布，在淤质土层界面略有提升。随含水率增加，桩周平均摩阻力、极限稳定位移量以及承载力逐渐减小。（4）随着桩径增加，淤质土特性对桩基承载力影响增加，当桩径超过 1 300mm 后，土体特性的影响效果逐渐减小。参考文献1 杨超,戴国亮,龚维明,等.望江地区典型淤泥质粉质黏土蠕变特性试验研究 C.中国土木工程学会全国土力学及岩土工程学术大会.2015,25(127):54-59.2 郑晓栩.厦门地区花岗岩残积土降雨滑坡模拟试验及土体破坏细观演变规律研究 D.厦门大学,2014.3 张佳佳.切坡和降雨对广西花岗岩残积土滑坡的影响研究 D.广西大学,2015.4 詹小军,李洪艺,林登辉,等.降雨条件下残积土的优先渗流机理分析 J.广西大学学报:自然科学版,2018,43(01):261-268.5 周平.软土地区铁路桥梁桥下堆载安全敏感性分析 J.世界桥梁,2023,51(02):97-103.6 文磊,孔纲强,张振东,等.海相淤泥质土中后注浆微型钢管桩浆液扩散及承载特性研究 J.工程力学,2019,36(04):214-220+230.7 张璋,蔡建.排桩+钢筋混凝土内支撑基坑支护体系施工技术分析 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