高空大跨懸挑結(jié)構(gòu)高支模體系的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用

梁 曉 鵬

(中國(guó)建筑第四工程局有限公司，廣東 廣州 510665)

高空大跨懸挑結(jié)構(gòu)高支模體系的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用

梁 曉 鵬

(中國(guó)建筑第四工程局有限公司，廣東 廣州 510665)

為滿足高空大跨度懸挑結(jié)構(gòu)模板支架搭設(shè)的需要以及方便現(xiàn)場(chǎng)的施工要求，采用外挑工字鋼搭設(shè)滿堂架支撐體系，并通過(guò)工程實(shí)例，對(duì)高空大跨懸挑結(jié)構(gòu)高支模體系的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用進(jìn)行了論述，以供參考。

高空，大跨懸挑結(jié)構(gòu)，高支模，設(shè)計(jì)計(jì)算，施工

1 工程概況

百度國(guó)際大廈東塔樓工程位于深圳市南山區(qū)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園，本工程地下3層，地上39層，建筑面積為90 733 m2，塔樓高189.3 m，用地面積5 995 m2，框架—核心筒結(jié)構(gòu)，作為百度華南地區(qū)的總部和研發(fā)中心，是一座集運(yùn)營(yíng)和研發(fā)為一體的綜合性研發(fā)辦公樓。為滿足造型的要求，在6層及以上在該處有一塊比較大的懸挑混凝土結(jié)構(gòu)，懸挑結(jié)構(gòu)的尺寸為4 560 mm×3 100 mm，距離首層的高度為29.7 m，梁截面有700 mm×700 mm，300 mm×700 mm，200 mm×400 mm，板厚100 mm。

2 架體支模設(shè)計(jì)

2.1 懸挑工字鋼設(shè)計(jì)

采用水平懸挑工字鋼及工字鋼斜撐，水平懸挑工字鋼布置在第五層，斜撐工字鋼支撐點(diǎn)為第四層，在水平懸挑鋼梁上方再擱置兩條工字鋼支撐700 mm×700 mm大梁，懸挑梁板支撐平面布置圖詳見(jiàn)圖1。懸挑鋼主梁采用18號(hào)工字鋼，水平間距1 m，外懸挑長(zhǎng)度3.5 m，建筑物內(nèi)錨固長(zhǎng)度為2.8 m，懸挑鋼梁末端與預(yù)埋直徑20 mm的圓鋼壓環(huán)焊接錨固，上方空隙采用木方楔緊；距離懸挑工字鋼端部1.4 m處下部設(shè)置斜桿支撐，斜桿采用18號(hào)工字鋼，各斜桿中部用14號(hào)槽鋼焊接連成整體，斜桿與懸挑主梁及第四層埋件焊接。

2.2 支撐架體搭設(shè)設(shè)計(jì)

根據(jù)懸挑結(jié)構(gòu)的形式，為方便施工，架體的搭設(shè)縱橫間距為1 000 mm×900 mm,立桿步距1 400 mm，采用A48×3.0 mm鋼管，方木采用40 mm×90 mm布設(shè)間距為250 mm,模板采用16 mm厚膠合板，對(duì)拉螺栓采用M12。700 mm×700 mm大梁下方的架體通過(guò)水平桿拉結(jié)形成整體。滿堂腳手架搭設(shè)前在懸挑工字鋼上立桿位置焊接150 mm高A20防滑移鋼筋以固定滿堂架立桿。架體外圍掛密目安全網(wǎng)單排防護(hù)，架體四周設(shè)置豎向剪刀撐、中間及頂部設(shè)置水平剪刀撐，立桿底部滿鋪木板防護(hù)。支撐架體搭設(shè)立面圖詳見(jiàn)圖2。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 腳手架主要參數(shù)

A48×3.0 mm鋼管,其截面面積A=4.24 cm2，截面模量W=5.26 cm3，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為205 N/mm2，施工荷載取2.5 kN/m2，架體自重0.143 7 kN/m，架體搭設(shè)高度為8.25 m，模板自重取0.3 kN/m2，基本風(fēng)壓取0.45 kN/m2。

3.2 荷載計(jì)算

3.2.1 靜荷載

1)腳手架自重G1=0.161 7×8.25=1.19 kN。

2)模板自重G2=0.3×0.9×1=0.27 kN。

3)300 mm×700 mm梁側(cè)單根立桿承受的混凝土梁板重量G3=0.9×1×0.1×25.1+0.3×(0.7-0.1)×0.9÷2×25.5=4.32 kN。

3.2.2 活荷載

活荷載為標(biāo)準(zhǔn)Q1=0.9×1×2.5=2.25 kN。

以恒載為控制的荷載，并且結(jié)構(gòu)重要系數(shù)取0.9，故:

N=0.9×[(1.19+0.27+4.32)×1.35+0.7×1.4×2.25]=9 kN。

3.2.3 風(fēng)荷載

Wk=1×1×0.88×0.45=0.4 kN/m2。

Mw=0.92×1.4×Wk×1×h2/10=0.92×

1.4×0.4×1×1.42/10=0.09 kN·m。

3.3 立桿穩(wěn)定性計(jì)算

頂部立桿段：

l01=kμ1(hd+2a)=1.185×1.497×

(1 400+2×200)=3 193.101 mm。

非頂部立桿段：

l02=kμ2h=1.185×2.007×1 400=3 329.613 mm。

取較大值進(jìn)行計(jì)算λ=l02/i=3 329.613/15.9=209.409，查表得，φ=0.165。

f=N/(φA)+Mw/W=9×103/(0.165×424)+

0.09×106/4 490=148.69 N/mm2≤[f]=205 N/mm2。

3.4 懸挑主梁及斜桿計(jì)算

由于700×700的梁支撐有部分?jǐn)R置在懸挑主梁上，在和懸挑主梁相交的兩處(靠近結(jié)構(gòu)邊沿處)的設(shè)計(jì)荷載放大一倍至18 kN，型鋼的自重取0.25 kN/m，其受力分析過(guò)程如圖3～圖6所示。

由圖3～圖6可得，型鋼懸挑梁的最大彎矩為13.73 kN·m，最大剪力為23.72 kN，最大撓度為3.61 mm,各支座反力為R1=-0.46 kN,R2=13.96 kN,R3=42.07 kN。

3.4.1 工字鋼主要參數(shù)

按16號(hào)工字鋼計(jì)算，截面面積26.1 cm2，慣性矩Ix=1 130 cm4，截面抵抗矩Wx=141 cm3，抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為215 N/mm2，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為125 N/mm2，截面回轉(zhuǎn)半徑i=1.89 cm(y方向)。

3.4.2 懸挑主梁計(jì)算

σmax=Mmax/W=13.73×106/141 000=

97.35 N/mm2≤[f]=215 N/mm2。

[88×1602-(88-6)×1402]/(8×11 300 000×6)=

28.04 N/mm2≤[τ]=125 N/mm2。

vmax=3.61 mm≤[v]=lx/250=1 400/250=5.6 mm。

3.4.3 斜撐鋼梁計(jì)算

下?lián)螚U件角度計(jì)算：

β1=arctanL1/L2=arctan(5 200/2 100)=68.01°。

下?lián)螚U件支座力：

R=R3=42.07 kN。

主梁軸向力：

N1=R/tanβ1=42.07/tan68.01°=16.99 kN。

下?lián)螚U件軸向力：

N2=R/sinβ1=42.07/sin68.01°=45.37 kN。

下?lián)螚U長(zhǎng)度：

下?lián)螚U長(zhǎng)細(xì)比：

λ=L÷2÷i=5 608.03÷2÷18.9=148.37。

查GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表C。

φ=0.315。

軸心受壓穩(wěn)定性計(jì)算：

σ1=N2/(φA)=45 370/(0.315×2 610)=

55.18 N/mm2≤f=215 N/mm2。

3.4.4 懸挑主梁整體穩(wěn)定性及壓環(huán)受力驗(yàn)算

懸挑主梁整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：

σ=Mmax/(γW)+N1/A=13.73×106/(1.05×141×103)+

16.99×103/2 610=99.23 N/mm2≤[f]=215 N/mm2。

壓環(huán)受力驗(yàn)算：

σ=R1/(4A)=N/(πd2)=0.46×103/(3.14×202)=

0.36 N/mm2≤0.85×[f]=0.85×65=55.25 N/mm2。

4 工字鋼梁及架體施工

4.1 施工工藝流程

4層樓面斜桿預(yù)埋件→5層鋼梁壓環(huán)預(yù)埋→懸挑鋼梁固定及焊接→斜桿焊接→14號(hào)槽鋼焊接→焊接立桿防滑移鋼筋頭→腳手架搭設(shè)→架體底部鋪模板箭頭→架體外圍安全防護(hù)→驗(yàn)收→混凝土澆搗→架體拆除。

4.2 鋼梁安裝

用塔吊將懸挑型鋼梁吊裝就位，由焊工先用點(diǎn)焊將鋼梁焊在預(yù)埋件標(biāo)注位置，達(dá)到允許要求后再用“∩”形鋼筋與壓環(huán)鋼筋焊接，同時(shí)與懸挑鋼梁焊接(約束懸挑鋼梁軸向力)，焊縫要求滿焊；其后吊裝斜桿，調(diào)整好其與懸挑鋼梁支撐節(jié)點(diǎn)及支座定位后再滿焊固定；最后用槽鋼把所有斜桿焊接形成整體，若是由安裝誤差導(dǎo)致斜桿與槽鋼有間隙，可用角鋼連接焊接在一起。

4.3 架體搭設(shè)

搭設(shè)架體前需要在懸挑工字鋼上立桿位置焊接150 mm高A20防滑移鋼筋頭，立桿及水平桿搭設(shè)完后，架體剪刀撐構(gòu)造布置及其他構(gòu)件設(shè)置嚴(yán)格按照J(rèn)GJ 162-2008建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范，JGJ 130-2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范實(shí)施架體支模架搭設(shè)，如圖2所示。

5 施工安全措施

外圍設(shè)置密目安全網(wǎng)及架體底部鋪木板安全防護(hù)，防止高空落物傷人?；炷翝仓r(shí)嚴(yán)禁在模板面上堆積過(guò)多混凝土，澆筑過(guò)程中嚴(yán)格按照澆筑順序進(jìn)行，在施工中應(yīng)避免人員及施工機(jī)械過(guò)于集中，該區(qū)域700 mm×700 mm大梁應(yīng)采取分層澆筑，避免過(guò)振；施工過(guò)程且派專人看管，觀察架體是否有變形?；炷翝仓笊蠈蛹荏w搭設(shè)的腳手架吊裝及相鄰勁性柱中的鋼骨柱焊接的工具箱避免堆放在該區(qū)域。

支撐體系拆除前，由項(xiàng)目部技術(shù)負(fù)責(zé)人發(fā)出書(shū)面拆除通知，拆除前周圍要設(shè)置警戒圍護(hù)，并派專人看守，嚴(yán)禁非操作人員入內(nèi)。

懸挑鋼梁拆除按照先搭后拆后搭先拆順序依次對(duì)各焊接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行乙炔氣割，化整為零，留兩根懸挑鋼梁后拆，先拆鋼梁擱置在其上，再由塔式起重機(jī)運(yùn)至地面，最后拆除剩下兩根懸挑鋼梁。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格組織和實(shí)施,并且在大懸挑結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中,對(duì)懸挑腳手架的變形情況進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控,整個(gè)設(shè)計(jì)方案滿足施工要求,未發(fā)生任何質(zhì)量和安全事故。該大懸挑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工腳手架的設(shè)計(jì)方案是合理可行的,同時(shí)也為今后類似高層大懸挑結(jié)構(gòu)的支撐體系設(shè)計(jì)與施工提供了借鑒與參考。

[1] 劉風(fēng)云，楊建華，汪 杰，等.超長(zhǎng)懸挑支撐架的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù),2013，42(5)：25-27.

[2] 李云青，鄭 峰，胡盈盈.高空懸挑結(jié)構(gòu)型鋼桁架承重架設(shè)計(jì)與施工[J].施工技術(shù),2011，40(sup)：140-142.

[3] JGJ 130-2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[4] JGJ 162-2008，建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S].

[5] GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] 文秋實(shí).漸變超高大懸挑結(jié)構(gòu)施工的有限元研究[J].山西建筑，2013，39(6)：25-26.

On design and construction application of tall falsework system at overhead large-span cantilever

LIANG Xiao-peng

(ChinaConstructionFourthEngineeringDivisionCo.,Ltd,Guangzhou510665,China)

In order to meet the demands of the model support erection of overhead large-span cantilever and to enhance the construction sites, the paper adopts the overhanging I-shaped steel erection full supporting system, and indicates the design and construction application of the overhead large-span cantilever high-formwork support according to engineering examples, for reference.

overhead, large-span cantilever, high-formwork support, design and calculation, construction

1009-6825(2014)28-0032-03

2014-07-26

梁曉鵬(1988- )，男，助理工程師

TU755.2

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