高空悬挑混凝土连廊模架设计与施工技术.doc

高空悬挑混凝土连廊模架设计与施工技术
中铁四局机关南区新建住宅楼项目经理部 甘芮锴 李仁松
前言
随着国民经济不断飞速发展，科学技术也在日新日异地向前推进。房屋建筑随着时代前进的步伐在不断前进和发展的同时，也给我们建筑施工技术提出了一些新的课题，需要我们进行探索和解决。在施工中，我们将会遇见越来越多需要在高空中进行悬挑混凝土结构施工的建筑。在10m以上的高空，面对悬挑长度超过2m的混凝土悬挑结构，如何合理安全的支设起模板支撑系统将成为我们在施工过程中面临的首要问题。在对高空悬挑混凝土结构进行模架安装施工时，我们会采用以下的几种常见的施工方法：①、利用原有的外脚手架，对其进行加固处理后作为悬挑混凝土结构模板的支撑系统使用。②、将钢管抛撑搭设而成的桁架作为模板安装的支撑基础。③、利用悬挑槽钢搭设钢梁来充当模板支撑系统的支撑基础。
无论选用哪种方法进行高空悬挑混凝土模架施工，都应首先考虑确保建筑物构件的安全和施工人员的安全，这是建筑施工技术的第一要务。针对高空悬挑混凝土结构的施工除了要考虑模板支撑系统的强度、刚度及稳定性，更为重要的是考虑支撑基础的承载能力。再就是从经济和施工方便的角度，在选定的施工方案中，应具有施工速度快，性能稳定，操作方便，用料节省等特点，具有广泛的推广使用价值。现以在建项目中铁四局机关南区新建住宅楼工程中的悬挑消防连廊的施工作为案例来讨论总结。在案例中我们结合方法②和方法③中的优缺点，在使用槽钢钢梁作为支撑基础的同时，在槽钢悬挑端部采用钢管抛撑。抛撑和钢梁一同形成了一个稳定的桁架结构，克服了悬挑钢梁端部变形过大的缺点，同时由于槽钢自身的强度大于钢管，该体系所能承受的最大荷载将远远大于方法②中的体系所能承受的最大荷载。

工程概况
1、中铁四局机关南区新建住宅楼工程由54#楼、55#楼A座、B座及56#楼组成。总建筑面积约62647.93m2,短肢剪力墙结构。其中在建的54#楼、55#楼A座及56#楼分别在楼层标高+25.60、+34.30、+43.00设计有悬挑消防连廊。连廊伸出外墙2.2m，长20.1m。

图一：连廊结构平面图
2、+34.30、+43.00处连廊施工过程中，模板支撑系统将直接安设在外挑钢梁上。支模高度为19.57m，模板支撑系统为高大模板系统
3、+25.60处连廊离地面为26.78m，通过施工的安全、经济和施工方便各个角度考虑。决定在+23.16处，选用6m长［20a槽钢，设置外挑钢梁。

编制依据
1、《中铁四局机关南区新建住宅楼工程施工图纸》
2、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》（JGJ130-2001）
3、《建筑结构设计规范大全》
4、《直缝电焊管》（GB/T13793）
5、《碳素结构钢》（GB/T700）
6、《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）

高支撑架模板设计
1、设计参数
（1）6轴到20轴区域模板支架搭设高度为19.57米，横向间距最大为1.5米；纵距为1.1米；步距1.2米；
（2） 梁基本尺寸为：梁XTL截面 200mm×400~500mm，梁BZL截面200mm×400mm。板厚为8cm
2、构造措施
（1）立杆采用对接方式，相邻立杆的接头位置应错开布置在不同的布距内，错开距离≥500㎜，且与相近的横杆的距离不宜大于步距的三分之一。
（2）横杆采用对接方式，上下横杆的接长位置应错开布置在不同的立杆纵距内，错开距离≥500㎜且避开跨中，且与相近的立杆的距离不宜大于纵距的三分之一
（3）剪刀撑设置在内外排立杆处。剪刀撑应联系3-4根立杆，斜杆与水平面的夹角为45°～60°。
（4）连墙件可按二步三跨设置，采用单杆适长的横向平杆紧贴结构中预埋的钢管使用双扣件连接。
（5）支撑设置通长扫地杆用直角扣件与立杆相固定。
（6）所有扣件均使用双扣件的形式连接。
3、结构布置
（1）整个支撑架搭设高度为19.57m。
（2）采用的钢管类型为ф48×3.5。
（3）沿支架四周外立面满设剪刀撑，中间在13轴处设置一道剪刀撑。详见图：
图2：剪刀撑平面布置图

模板支撑架立杆布置：

图3：模板支撑架立杆平面图
板模板支撑节点详图

图4：板模板支撑架立面图
梁模板支撑节点详图

图5：BZL模板支撑大样

图6：XTL模板支撑大样
以上模板支撑体系经PKPM施工设计软件对其进行支撑体系进行空间有限元分析，其体系是安全可靠的，在这里就不再对其计算过程进行赘述。根据计算结果可以得知，由于整个支撑系统立杆布置和上部荷载的分布并不均匀，所以每根立杆的传递的竖向荷载也不相同。经过分析大致可以分为2类立杆：①、靠XTL梁梁边的立杆；②、不靠XTL梁梁边的立杆。从安全的角度考虑，取上述2类立杆中传递竖向荷载的最大值来进行下面钢梁设计的验算。

钢梁设计
1、设计参数
（1）+25.60处连廊离地面为26.78m，通过施工的安全、经济和施工方便各个方面的考虑。决定在+23.16处，选用6m长［20a槽钢，设置14道钢梁。
（2） 根据高大模板计算中所进行的受力分析，可以得知：由于模板支撑架立杆的间距并不平均，所以每根立杆所传递的竖向作用力也不一致，从施工安全考虑，选取最不利的荷载来进行计算：
①、图3中，不靠XTL梁梁边的立杆由外向内，立杆传递的竖向荷载设计值依次为：
P1=3.97KN，P2=12.37KN,P3=9.32KN，P4=6.88KN
②、图3中，不靠XTL梁梁边的立杆由外向内，立杆传递的竖向荷载设计值依次为：
P1=4.223KN，P2=11.14KN,P3=10.48KN,P4=7.02KN
2、构造措施
（1）主梁锚固端预埋三道拉环，其纵向间距1.0m。拉环必须压在楼板下层钢筋下面，并确保两侧30㎝以上搭接长度。此外，在预埋拉环处，楼板配筋须增设4Ф14加强筋。拉环构造见图所示。

图7：拉环大样

（2）槽钢具体布置见下图：

图8：槽钢平面布置图
（3）从8层引上钢管抛撑（8层施工时埋设好预埋件，每根槽钢上连接2根钢管抛撑），与9层的槽钢连接，组成骨架体系。从而将原本的悬挑体系变为由槽钢和钢管组成的桁架体系。主梁的受力计算也由悬挑梁受力改变为普通2跨连续梁受力计算。从而减少了钢梁所产生的扰度，增强了钢梁的整体稳定性。

图9：8层抛撑设置
3、 钢梁验算
次梁验算
根据图8中反映的槽钢布置情况可以得知，6～8轴处的次梁上的槽钢受荷载最大，取其进行研究。
（1）、计算简图：

图9：次梁计算简图
（2）、荷载计算：
P2=12.37KN, P1=11.14KN
(3)、内力计算

图10次梁弯矩分配图
最大弯矩Mmax=17.82KN.m
截面应力=M/W=17820000/17800000=1.2N/mm2m
截面应力=M/W=20200000/17800000=1.3N/mm2i=3.14cm
稳定性验算：
λ=L/i=4000/31.4=127<[λ]=150
强度验算：
由长细比λ=L/i=4000/31.4=127.4，查表可得=0.364
N/(A)=156N/mm<215 N/mm, 满足要求！

高空悬挑混凝土连廊模架的施工要求
1、材料及主要机具：
（1）采用胶合板和50×100的木方。
（2）支撑系统：各种规格的钢管、扣件、蝴蝶卡、横杆、可调底座、顶托。
（3）锤子、打眼电钻、活动扳手、手锯、压刨、钢卷尺、线坠、撬棒、吊装索具、白线等。
2、材料技术要求：
（1）扣件机械性能应符合GB978-67《可锻铸铁分类及技术条件》的规定；
（2）铸铁不得有裂纹、气孔及其他缺陷，并将外部毛刺清除。
（3）扣件与钢管的贴面必须严格整形，保证与钢管扣紧时接触良好；
（4）扣件夹紧钢管时，开口处的最小距离应不小于5㎜；
（5）脚手板确保材质符合规定，不允许变形和缺陷。
（6）配件质量检验要符合相关要求。
（7）扣件表面应进行防锈处理；
3、支架搭设要求
（1）脚手架一次搭设不应超过相邻连墙件以上二步，必须配合相邻结构进度施工。
（2）纵向水平杆应设置在立杆内侧且长度不小于3跨，采用对接方式。
（3）主节点处必须设置一根横向水平杆，采用直角扣件扣接。非主节点处应根据支承脚手板需要间距设置，不应大于纵距1/2。
（4）扫地杆搭设采用直角扣件固定。当立杆基础不在同一高度上必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨后，再与立杆固定。
（5）采用刚性连接连墙件，必须采用既可承受拉力又可承受压力的构造形式。连墙杆应当水平设置，当不具备水平设置条件时，可以下斜连接。
（6）剪刀撑必须在外侧立面的两端各设置一道剪刀撑。并从底至顶连续设置，中间间距不大于12米。

混凝土浇筑施工过程中的注意事项
1、在浇筑板梁混凝土时，应按照先里后外，先中间后两边的顺序进行施工。确保满堂架内架比外架先受力，防止倾覆。
2、采用泵送混凝土时，混凝土不得直接倾倒在悬挑部位的梁板上，，应将混凝土浇筑在非悬挑部分，再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。
3、操作人员不得集中在悬挑部位，要分散施工。由尽量少的人员在悬挑部位操作。
4、在混凝土浇筑过程中，应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。

安全注意事项
1、进入施工现场人员必须戴好安全帽，高空作业人员必须佩带安全带。
2、经医生检查认为不适宜高空作业的人员，不得进行高空作业。
3、工作前应先检查使用的工具是否牢固，扳手等工具必须用绳链系挂在身上，钉子必须放在工具袋内，以免掉落伤人。工作时要思想集中，防止钉子扎脚和空中滑落。
4、安装与拆除模板，应防止在同一垂直面上交叉作业。
5、高空、复杂结构模板的安装与拆除，事先应有确保安全的措施。
6、遇六级以上的大风时，应暂停室外的高空作业。雨后应先清扫施工现场，待现场略干不滑时再进行作业。
7、抬运模板时要互相配合，协同工作。传递模板，工具应用运输工具或绳子系牢后升降，不得乱抛。模板装拆时，上下应有人接应。
8、不得在脚手架上堆放大量的模板等材料。
9、支撑、牵杠等不得搭在门窗框和脚手架上。通道中间的斜撑、拉杆等应设在1.8m高以上。
10、支模过程中，如需中途停歇，应将支撑、搭头、柱头等钉牢。拆模间歇时，应将已活动的模板、牵杠、支撑等运走或妥善堆放，防止因踏空、扶空而坠落。
11、模板上有预留洞者，应在安装后将洞口盖好，混凝土板上的预留洞，应在模板拆除后即将洞口盖好。
12、拆除模板一般用长撬棒，人不许站在正在拆除的模板上，在拆除楼板模板时，要注意整块模板掉下，尤其是用定型模板做平台模板时更要注意，拆模人员要站在门窗洞口外拉支撑，防止模板突然全部掉落伤人。
13、高空作业要搭设脚手架或操作台，上、下要使用梯子，不许站立在墙上工作；不准站在大梁底模上行走。操作人员严禁穿硬底鞋作业。
14、装拆模板时，作业人员要站立在安全地点进行操作。操作人员要主动避让吊物，增强自我保护和相互保护的安全意识。
15、拆模必须一次性拆清，不得留下无撑模板。拆下模板要及时清理，堆放整齐。
16、拆除平台底模时，不得一次将顶撑全部拆除，应分批拆下顶撑，然后按顺序拆下搁栅、底模，以免发生模板在自重荷载下一次性大面积脱落。
17、在模板垂直运输时，吊点必须符合扎重要求，以防坠伤人。模板顶撑排列必须符合施工荷载要求。拆模时，临时脚手架必须牢固，不得用拆下的模板作脚手板。脚手板搁置必须牢固平整，不得有空心板，以防踏空坠落。砼板上的预留孔，应作好防护措施的技术交底，以免操作人员从孔中坠落。

文明施工注意事项
1.保持现场的场容场貌，材料分批分类分场堆码整齐。在模板安装完毕，浇筑砼前，楼层内的垃圾应清理干净。
2.在模板拆除完后，废料、垃圾均应及时清理，运至垃圾堆放处堆码好。
3.不得任意损坏施工场地内的任何机具、设备和施工标语牌等。
4.模板下口漏浆及时用水冲洗并收集到一堆，以便今后的清理工作。

总结
综上所述高空悬挑混凝土结构模架设计与施工技术，应在保证结构安全及施工安全的前提下，尽量满足施工的经济要求。现局新区主体结构已施工完毕，从混凝土试验数据、外观等实际情况来看，这无疑是成功的，是可以作为一个案例来论证高空悬挑结构模架是如何建立的。希望我们所做的关于高空悬挑结构模架体系的技术总结，可以起到抛砖引玉的作用，为以后工程施工起到一定的借鉴。并希望各界同仁们能提出宝贵意见共同讨论使其完善。