曾 金 聰

(福建建工集團有限責任公司，福建 福州 350000)

近年來隨著城鎮(zhèn)化建設的快速發(fā)展，形狀怪異且結構復雜的高層建筑越來越多，對城市美觀和視覺效果的追求越來越高，更多的異形建筑結合地方的建筑特色而被設計成象征性的建筑?？墒墙ㄖO計上的效果追求對結構設計和實際施工帶來不少的難題，對于結構在高層(6層以上)懸挑長度超過一定范圍時，型鋼懸挑承重支模架和外架結合施工技術可以解決這類問題。

1 工程概況

長汀某廣場一期A組團工程，由10幢16層～33層單體工程及裙樓組成。地上建筑面積為123 458 m2,1層地下室工程，地下室面積為19 071 m2。工程結構現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構，由于該斜屋面和天溝結構懸挑為1.5 m，2.6 m,加上施工外架，該懸挑型鋼梁挑長大于3 m,屬危險性較大的分部分項工程，該大懸挑需要專項設計和論證，其具體設計計算以3號樓坡屋面及天溝懸挑混凝土結構模板支撐架及外架搭設在懸挑鋼梁上作為設計的依據(jù)進行驗算，其他幢號懸挑結構模板及外架搭設參照此執(zhí)行。

3號樓2軸～3軸×B軸～E軸板及15軸～16軸×B軸～E軸坡屋面和天溝板和外架施工設計板厚為100 mm，天溝截面尺寸主要有：750 mm×500 mm，懸挑總長2 600 mm；標準層樓板厚度大于120 mm，坡屋面和天溝A軸～B軸×1軸～16軸板及天溝、坡屋面和天溝E軸～H軸×1軸～16軸板及天溝板和外架施工設板厚為100 mm，天溝截面尺寸主要有：750 mm×500 mm，懸挑總長1 500 mm。

本工程懸挑施工模板主要結構參數(shù)見表1。

表1 懸挑施工模板主要結構參數(shù)

本工程懸挑施工區(qū)域平面圖如圖1所示。

2 方案比較

方案一：鋼管滿堂架落地架，搭設高度超高，鋼管用量大，不切合施工實際，不予考慮。

方案二：型鋼桁架，考慮從框架梁、柱邊預埋鋼板然后進行焊接懸挑型鋼桁架，要進行鋼結構專業(yè)設計和施工，桁架型鋼用鋼量大，施工工期長，安裝就位和拆除難度大，危險性較高，材料無法重復使用，費用較高。

方案三：采用鋼絲繩斜拉懸挑型鋼支模和外架相結合，施工設計計算簡便，施工安裝方便，型鋼可以重復使用，費用較低，安全可靠，可以考慮使用。

結合本工程的特點，綜合對比上述三種方案考慮施工工期以及施工簡便易行、費用較低等特點，經(jīng)過施工設計計算，選用雙鋼絲繩斜拉型鋼支模和外架結合能滿足施工要求。

3 大懸挑型鋼支模架和外架相結合施工技術設計

3.1 斜屋面模板支架立桿荷載標準值的計算

模板支架搭設高度約為4.8 m，立桿的縱距b=1.20 m，立桿的最大橫距l(xiāng)=1.20 m，立桿的步距h=1.50 m。作用于模板支架的荷載包括靜荷載、活荷載和風荷載。

1)永久荷載標準值包括以下內(nèi)容：a.模板支撐架體自重G1K=0.871 kN；b.模板的自重G2K=0.468 kN；c.新澆混凝土自重及鋼筋自重G3K=2.41 kN 。經(jīng)計算得到，永久荷載標準值G=3.749 kN。

2)活荷載為施工荷載標準值與振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載。經(jīng)計算得到，活荷載標準值Q=1.20 kN。

3)不考慮風荷載時,立桿的軸向壓力設計值計算公式:

N3=1.35G+1.4Q=1.35×3.749+1.4×1.20=6.74 kN。

同理，N4=1.35G+1.4Q=13.636 kN；

N5=1.35G+1.4Q=10.366 kN。

3.2 外腳手架荷載標準值的計算

雙排腳手架，搭設高度6.5 m，立桿采用單立管。立桿的縱距1.20 m，立桿的橫距0.50 m，內(nèi)排架距離結構2.45 m，立桿的步距1.50 m。采用的鋼管類型為φ48.3×3.6，計算時按φ48×3.0計算。

3.2.1 靜荷載標準值計算

1)外腳手架架體自重G1=0.87 kN；

2)本工程采用竹笆片腳手板，其自重標準值0.1 kN/m2；故腳手板自重G2=0.354 kN；

3)欄桿與擋腳手板自重G3=0.384 kN；

4)安全網(wǎng)等吊掛的安全設施自重G4=0.078 kN。

經(jīng)計算得到，永久荷載標準值G=1.686 kN。

3.2.2 活荷載標準值計算

活荷載按JGJ 130—2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范第4.2.2章節(jié)中裝修腳手架荷載取值。經(jīng)計算得到，活荷載標準值Q=0.60 kN。

3.2.3 風荷載標準值計算

風荷載標準值應按照以下公式計算：wk=μz·μs·wo。

其中,基本風壓wo=0.40 kN/m2；風荷載高度變化系數(shù)μz=1.50；風荷載體型系數(shù)μs=0.214。

經(jīng)計算得到，風荷載標準值wk=0.128 kN/m2。

3.2.4 荷載效應組合

考慮風荷載時，底部立桿的最大軸向壓力N=1.2G+0.9×1.4Q=2.779 kN；不考慮風荷載時，底部立桿的最大軸向壓力N=1.2G+1.4Q=2.863 kN，取較大值計算N1=N2=2.863 kN。

3.3 懸挑型鋼梁計算

3.3.1 采用懸挑模型計算

參考JGJ 130—2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范第6.10.4條“每個型鋼懸挑梁外端宜設置鋼絲繩或鋼拉桿與上一層建筑結構斜拉結。鋼絲繩、鋼拉桿不參與懸挑鋼梁受力計算，故懸挑型鋼梁應按懸挑模型進行計算，懸挑主鋼梁采用通用型號16號工字鋼，其受力計算如圖2所示。

經(jīng)計算得懸挑鋼梁剪力圖見圖3，彎矩圖見圖4，變形圖見圖5。

未設置鋼絲繩斜拉時位移計算如表2所示。

表2 未設置鋼絲繩斜拉時位移計算表

故采用懸挑構件模型計算時，桿端最大位移值達到78.95 mm，無法滿足要求。

3.3.2 采用兩跨連續(xù)梁模型計算

為了將鋼絲繩參與受力計算且滿足規(guī)范要求，本工程懸挑型鋼模板支撐架采用兩根鋼絲繩固定，一用一備。這樣既可以滿足規(guī)范要求，也可以滿足受力計算，水平鋼梁選擇16號工字鋼。

懸挑鋼梁的計算簡見圖6。

經(jīng)過設置斜拉鋼絲繩后按連續(xù)梁計算得到剪力圖見圖7，彎矩圖見圖8，變形圖見圖9。

設置斜拉鋼絲繩時位移計算如表3所示。

表3 設置斜拉鋼絲繩時位移計算表

外側鋼絲繩拉結位置支撐力為18.21 kN；最大彎矩Mmax=12.95 kN·m；桿件最大位移為4.4 mm，滿足施工要求。

3.3.3 抗彎強度計算

主梁的抗彎強度σ=12.95×106/1.05/141 000.0+18.25×1 000/2 610.0=94.46 N/mm2<鋼材抗壓強度設計值[f]=205.00 N/mm2，滿足設計要求。

3.3.4 整體穩(wěn)定性計算

經(jīng)過計算得到強度σ=12.95×106/(0.828×141 000.00)=112.02 N/mm2<[f]=205.00 N/mm2,滿足設計要求。

3.3.5 鋼絲拉繩的內(nèi)力計算

水平鋼梁的軸力RAH和拉鋼繩的軸力RUi按照下面計算。

其中,RUicosθi為鋼絲繩的拉力對水平桿產(chǎn)生的軸壓力。各支點的支撐力RCi=RUisinθi。

按照以上公式計算得到鋼絲繩拉力RUi=7.10 kN。

3.3.6 鋼絲拉繩的強度計算

取鋼絲拉繩的軸力RU的最大值進行計算，RU=24.43 kN。

鋼絲繩的容許拉力按照下式計算：

選擇拉鋼絲繩的破斷拉力要大于8.000×24.43/0.850=229.93 kN。

選擇6×19+1規(guī)格鋼絲繩，鋼絲繩抗拉強度1 400 MPa，直徑φ15.5 mm，滿足要求。

3.3.7 鋼絲拉繩吊環(huán)的強度計算

取鋼絲拉繩的軸力RU的最大值作為吊環(huán)的拉力N,N=RU=24.43 kN。

鋼板處吊環(huán)強度計算公式為:

所需吊環(huán)的最小直徑D=[7 103×4/(3.141 6×65×2)]1/2=15.3 mm。

根據(jù)JGJ 130—2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范第6.1.4章節(jié)中說明，選取吊環(huán)直徑為φ20 mm，滿足要求。

4 懸挑鋼梁支模架和外架的施工構造要求

1)型鋼懸挑腳手架的型鋼采用16號工字鋼，標準型懸挑鋼梁總長7 087.5 m，懸挑長度3 150 m，錨固長度3 937.5 m；非標準型懸挑鋼梁可根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)整尺寸，但應滿足錨固長度不小于1.25懸挑長度的要求。懸挑腳手架立桿縱向間距1 200 mm，橫向間距500 mm，大橫桿步距1 500 mm。

2)沿支模架外側周圈由下至上設置豎向連續(xù)式剪刀撐，中間縱橫向剪刀撐按規(guī)范要求設置，豎向剪刀撐桿件的底端與鋼梁頂緊；在支撐架的頂部和掃地桿處各設置一道水平剪刀撐，夾角為45°～60°。坡屋面懸挑2 600 mm模架支撐立面圖如圖10所示。

5 施工技術措施

模板支撐架立桿必須落在懸挑16號工字鋼上，懸挑長度3 150 mm，錨固長度3 937.5 mm；非標準型懸挑鋼梁可根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)整尺寸，但應滿足錨固長度不小于1.25懸挑長度的要求；定位點采用直徑25 mm～30 mm的鋼筋或短管豎直焊接長200 mm；鋼絲繩采用直徑不得小于14 mm(本工程采用6×19+1規(guī)格的鋼絲繩直徑為15.5 mm)，鋼絲繩卡不得少于3個；預埋吊環(huán)應使用HPB235級鋼筋制作，其直徑不小于20 mm。掃地桿離地面200 mm，立桿伸出頂層水平桿高度為300 mm，水平剪刀撐在底部掃地桿位置和架體頂部各設一道，共2道，豎向剪刀撐在四周梁位置且不超過7根立桿設置，角度為45°～60°，立桿頂部設置頂托，頂托螺桿伸出鋼管頂部不應超過200 mm，模板支架和外架要按規(guī)定設置連墻件和建筑物進行可靠的剛性連接。

6 結語

本項目施工技術設計方案已通過專項安全專家論證。在搭設過程中按設計要求全程監(jiān)測檢查，其強度、穩(wěn)定性、剛度均滿足施工要求。搭設簡便、安全適用，既保證施工質(zhì)量和安全，又確保施工工期。本項目已順利完成，達到預期的施工效果，為后續(xù)類似工程的施工提供技術借鑒。