高空大悬挑构架支撑体系的设计与施工.doc

高空大悬挑构架支撑体系的设计与施工前 言现代建筑常采用高空大悬挑的手法，来满足使用功能和造型美观的需求。公共建筑和超高层商住楼的大跨度中庭，为达成空旷、通透、视野开阔的建筑效果，有时高度会达成十几层；高层和超高层住宅楼，为了张扬建筑物的个性，屋顶上的构架悬挑出建筑平面以外数米；两幢高层、超高层建筑的塔楼，在半空中通过钢筋混凝土结构再次联成一个整体，突出建筑物的雄姿风韵。 这几类高空大悬挑结构高支模的施工特点是：跨度大、高度高、施工荷载大、施工难度高。为了做到技术先进、经济合理、保证质量、保证安全，因此完善高空大悬挑结构高支模的施工方法是一个新课题，具有非常显著的现实意义。1.工程概况图1金凤凰南湖御景工程总建筑面积95592平方米，钢筋砼框架-剪力墙结构，建筑层数地下二层，地上公寓二十九层，住宅地上三十一层，建筑高度99.60米；公寓标准层层高3.2m，住宅标准层高3.0m；该工程屋面99.60m以上设计有天面构架，天面构架造型新奇，采用钢筋混凝土+型钢的混合结构。在公寓圆弧处的构架为一大悬挑弧形悬空构架（见图1），弧形构架悬空长度较大，构架平面图如下所示。C轴以内构架模板及其支撑系统可直接支承于屋面板上，支模高度4.5m5.4m（屋面板顶至弧形梁顶）。C轴外侧构架弧形梁（外围最大弧长12.46m）距地高度104.92m106.91m，其模板及支撑系统在外侧和底部无任何防护结构，安全规定高，施工难度大。为保证该部位弧形构架施工能安全、顺利地进行，综合考虑结构受力、安全可靠、经济成本等各方面因素，需精心设计模板支撑系统。2.支撑系统方案的初步设计指思思想：先考虑采用18#工字钢纯悬挑体系，如不满足规定再进行调整。初步方案：由于弧形构架梁的悬空高度达成106.91m，阳台外悬挑长度达4.5m，通过多种方案比较，在圆弧天面处采用18#工字钢悬挑体系较合适。工字钢悬挑支撑体系为纯悬挑结构，和普通悬挑+钢丝绳外架不完全相同；悬挑工字钢支承在封口梁上，外悬挑长度小于（封口梁）内压锚长度；工字钢根部压锚采用两道20的圆钢形卡锚固在现浇板内，位置见图2；工字钢布置原则上沿封口梁每1000mm左右均匀布置（可适当避开柱）；悬挑部分工字钢上采用20的焊短钢筋头作为立杆钢管定位。悬挑工字钢安装完毕，搭设满堂钢管支撑作为弧形构架的支撑系统。构架梁模板支撑系统：采用多层胶合板作模板，50100木方作龙骨和搁栅，在悬挑结构体系上，搭设满堂钢管脚手架（12001000）作模板的支撑固定系统。图2平面布置见图2，剖面图见图3。3.对初步方案悬挑结构的验算工字钢为纯受弯构件，圆弧中部工字钢挑出长度为4.4m左右，承受最不利荷载。实际施工满堂架纵横杆间距12001000，大横杆步距为1600mm。为安全体现，验算时按立柱的间距为15001500mm，大横杆步距也为1500mm进行验算。3.1.梁支撑验算选构架外侧梁截面为1500400mm进行计算，见图4。图43.1.1.荷载标准值1）模板及支撑自重标准值 取0.75KN/M3，高度取7.0m，得：0.75KN/M37.0m1.5m1.5m=11.8KN2）、3)、新浇混凝土及钢筋自重25(1.500.40-1.100.32)1.5=9.3KN4)施工人员及设备荷载标准值施工人员及小型设备，取1.0 KN/M2；则1.01.501.50=2.25KN5）振捣混凝土产生的荷载标准值取1.0 KN/M2则1.01.501.50=2.25 KN3.1.2.荷载设计值第1)、2)、3)项为恒载，取荷载分项系数i=1.2；第4)、5)项为活载取荷载分项系数1.4。3.1.3.荷载组合按1)+2)+3)+4)+5)进行组合，得：（11.8+9.3）1.2+4.51.4=29.26KN3.1.4.计算仅计算钢管立柱稳定性，其余大小横杆、剪刀撑、模板背楞等按构造规定设立。立柱稳定性计算，按两端铰接受压构件来简化计算。钢管立柱应采用对接扣件进行连接，接点不能设立在同一截面上，钢管立柱不得采用其他方式连接。满堂架大横杆步距为1500mm。立柱的间距为15001500mm。立柱稳定性验算：NAfN=42.68 /3=9.75 KNA=4.89cm2长细比Li =1500/15.8=95查表得0.626NA=9.75103/0.6264.89102=31.85N/mm2180 N/mm2图5立柱稳定性满足规定。3.2.悬挑工字钢验算（见图5）悬挑脚手架的水平钢梁是一个悬臂梁，悬挑水平钢梁采用双道锚环固定。悬挑水平钢梁采用18号工字钢，其中建筑物外悬挑段长度按最长处4.4m验算。最大弯矩 =9.75（4.270+3.220+2.320）=96 kN.m支座反力 96/4.421.8 kN最大应力=M/1.05W+N/A=96106/(1.05185400.0)+0=493.1N/mm2；水平支撑梁的最大应力计算值 493.1 N/mm2 大于水平支撑梁的抗压强度设计值 215.000 N/mm2，单根工字钢不满足规定！4.对初步方案的调整及验算4.1.对初步方案的调整图6对以上纯悬挑工字钢支撑体系进行调整：在天面下两层（28、29层）采用满堂钢管斜撑体系加固。（见图6）在天面下两层（28、29层）采用满堂钢管斜撑体系加固。纵横杆间距与上部相应，以便将上部荷载有效传递。4.2.对调整后悬挑工字钢的验算4.2.1.工字钢的承载验算先验算工字钢下内两根斜杆的承载：内外斜杆水平杆步距匀按1600考虑长细比Li =1600/15.8=101.3查表得0.580 A=4.89cm2Nmax=A=1800.5804.89102=51052N=51.1KN根据单扣件抗滑承载力8KN，双扣件抗滑承载力12KN考虑。则下方斜撑可承受最大弯矩为：单扣件Mmax=8cos3903.385+8cos3304.270=49.69KN.M双扣件Mmax=12cos3903.385+12cos3304.270=74.54KN.M则双扣件情况下，工字钢最大应力=M/1.05W+N/A= (96-74.5)106 /( 1.05 185400.0 )+0 =110.4N/mm2215.000 N/mm2所以，在28、29层增长满堂斜撑后，承载满足规定！只是需特别说明的是：工字钢下方承压水平杆需采用双扣件。4.2.2.压锚钢筋验算单道压筋（20的圆钢）fmax=3.142102215=67553N=67.553KN可以足够满足规定。5.施工过程中的注意事项5.1.在搭设此悬挑支撑体系时，需待屋面梁板砼强度达成设计强度时进行；拆除时，需待高空大悬挑结构的外装饰、装修工程验收合格后，方可全面拆除排架、工字钢平台和桁架梁，按照后搭的先拆、先安装的后拆顺序进行拆除，并及时将拆除下的材料转运出场外。5.2.在工字钢梁上排架立杆处，焊接25长100mm的钢筋，作为立杆的支点，以保证立杆不位移，工字钢不偏心受力。5.3.钢平台周边的临空面，应先期设立安全防护栏杆，并随着排架的搭设，及时用安全网进行全封闭的安全围护。5.4.模板支撑系统的钢管脚手排架与结构的相邻处，应尽量每步每架设立刚性连墙杆，且与内排架联结成整体，以提高悬挑排架支撑系统的整体稳定性。5.5.在支撑体系外围护杆上端设立避雷针，与整幢建筑物楼层内避雷系统连成整体。5.6.在浇筑梁板混凝土时，按照先里后外、先中间后两边的顺序进行，保证满堂内脚手架比悬挑架先受力，以防倾覆。5.7.采用泵送混凝土时，混凝土不得直接倾倒在悬挑部位边梁内，而应倒在框架边梁的内侧，由人工铲运至悬挑部位以减小泵送混凝土对悬挑部位的冲击。5.8.操作人员不得在悬挑部位集中，要分散开来，由尽量少的人员在悬挑部位进行操作。5.9.在凝土浇筑过程中，派专人看护支撑系统，不少于2人，密切注意支撑系统的变化，观测支撑有无异常响声、变形，发现异常情况立即告知现场施工人员撤离。6综合效果及施工体会本悬挑结构于2023年12月19日顺利浇筑完，浇筑中无异常情况，施工质量很好。从本工程的排架支撑成功实行得到以下几点启示：图71.大悬挑结构属于超常规砼结构，其支撑系统的方案设计至关重要，必须建立在较为精确的计算基础上，不能光靠经验解决。2.在悬空模板支撑架设计中，应从工程实际需要，现场现有条件出发,设计的荷载传递途径应清楚，计算模型的简化应偏于安全。3.此类高空大悬挑结构，若悬挑长度更大，仍可充足运用原有结构条件采用：图8a. 在高空大悬挑结构的下一层，采用“工字钢悬挑+槽钢斜撑结构体系”（见图7）。b.在高空大悬挑结构的下一层，安装钢结构的桁架梁，在桁架梁上安装工字钢或槽钢，形成安全、可靠的工作平台。c. 在高空大悬挑结构的下两层或三层，采用“工字钢悬挑+钢丝绳斜拉结构体系”（见图8）。