80 m高空大懸挑斜折形混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

陜西建工第九建設(shè)集團有限公司 榆林 719000

1 工程概況

神木新村產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心工程位于陜西省神木縣，總建筑面積137 263 m2，地下2 層，地上16 層，建筑高度79.55 m，地下室為車庫、設(shè)備用房等，地上以辦公用房為主，涵蓋會議、接待、健身等多需求用房的綜合大樓。工程效果圖及分區(qū)情況見圖1、圖2。

圖1 工程效果圖

圖2 工程分區(qū)示意

該工程A、B、C區(qū)從結(jié)構(gòu)標高69.5 m處（第13層）起對稱設(shè)有：先外擴45°斜向上后向內(nèi)45°收、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)折處懸挑水平跨度5.791 m的斜折形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造型。其斜撐為6 00 mm×600 mm鋼筋混凝土柱、間距9 m，水平連梁共5 道、截面尺寸為300 mm×600 mm，斜板厚度100 mm，混凝土強度等級均為C35，如圖3所示。

本工程懸挑部分施工整體部署為：先完成主樓部分的主體結(jié)構(gòu)，預(yù)留結(jié)構(gòu)錨筋，后施工懸挑部分并與主體結(jié)構(gòu)封閉交圈。

圖3 斜折形鋼筋混凝土懸挑結(jié)構(gòu)

2 支模思路及難點分析

2.1 支模思路

利用桁架桿件下?lián)?、斜拉鋼絲繩上拉與工字鋼挑梁及系桿形成高空懸挑模板支撐平臺，在起懸挑層的下3 層（-3層）混凝土樓板完成之后立即布設(shè)懸挑工字鋼，其一端固定于已完成結(jié)構(gòu)面，懸挑端采用斜拉鋼絲繩與-2層結(jié)構(gòu)邊梁相錨，在工字鋼上搭設(shè)桁架桿件支撐架（下?lián)渭芑蚧A(chǔ)架），一直搭設(shè)到-1層結(jié)構(gòu)板面，作為懸挑部分模板架體的支撐[1-3]。

在-1層結(jié)構(gòu)板面按一定間距布設(shè)懸挑工字鋼，將懸挑工字鋼一端固定于已完成結(jié)構(gòu)面，在懸挑端和中部采用斜拉鋼絲繩于上層結(jié)構(gòu)邊梁，形成能夠支撐上部懸挑結(jié)構(gòu)的封閉的操作平臺。

具體來說：

為滿足施工要求，從55.9 m高度和65.3 m高度2 次懸挑16#工字鋼，在懸挑工字鋼的端部600 mm處和中部焊接抗滑移樁以便錨固斜拉鋼絲繩，荷載由下部斜撐和上部斜拉鋼絲繩承擔。水平懸挑工字鋼上搭設(shè)滿堂腳手架作為屋面模板支撐體系，屋面懸挑結(jié)構(gòu)高度為77.55 m，模板支撐搭設(shè)高度為12.25 m，懸挑結(jié)構(gòu)水平投影面積為2 120 m2。

為保證下部支撐架的整體穩(wěn)定性，支撐架采取抱柱與內(nèi)部滿堂架連成整體，采用鋼管和直角扣件與型鋼進行連接來保證型鋼平臺的整體穩(wěn)定性。平臺搭設(shè)并加固完畢后，在上面搭設(shè)模板支撐，并澆筑上部懸挑混凝土結(jié)構(gòu)。

2.2 難點分析

1）基礎(chǔ)架和支撐架的穩(wěn)定性；

2）支撐架的變形監(jiān)測控制；

3）架體搭設(shè)與拆除中的安全風險。

3 搭設(shè)控制要點

3.1 懸模結(jié)構(gòu)局部布置

懸模結(jié)構(gòu)局部布置見圖4。

圖4 懸模平面和立面示意

3.2 荷載計算

3.2.1 荷載取值

懸挑混凝土結(jié)構(gòu)自重及施工荷載等作用力通過模板支撐架體傳遞到懸挑型鋼，選取最不利荷載工況作為計算單元，即荷載由斜拉鋼絲繩和下部基礎(chǔ)架承受，型鋼只需進行豎向荷載下?lián)隙闰炈悖瑫r進行鋼絲繩直徑選定、立桿承載力及穩(wěn)定性驗算。荷載標準值包括：模板自重（包括竹膠板及次龍骨）0.35 kN/m2；鋼筋自重1.1 kN/m3；施工人員及設(shè)備均布荷載1.0 kN/m2；振搗混凝土時產(chǎn)生的豎向荷載2.0 kN/m2；新澆混凝土自重24 kN/m3；φ48 mm×2.8 mm腳手架立桿承受的每米結(jié)構(gòu)自重標準值0.146 kN（取值與滿堂架的步距、立桿的橫距和縱距有關(guān)）；懸挑型鋼的自重根據(jù)型號選擇。

3.2.2 計算內(nèi)容

工字鋼的選型及驗算、斜拉鋼絲繩的選型及驗算、錨固點承載力驗算、模板支撐承載力及穩(wěn)定性驗算。

3.3 施工工藝

鋼筋定位預(yù)埋→工字鋼預(yù)加工→懸挑工字鋼安裝→鋼絲繩拉結(jié)→基礎(chǔ)架搭設(shè)→鋼筋定位預(yù)埋→工字鋼安裝→鋼絲繩拉結(jié)→懸挑型鋼平臺加固系桿安裝→模板支撐搭設(shè)

3.4 操作要點

1）鋼筋定位預(yù)埋：懸挑部位下-3層處樓面混凝土澆筑時，預(yù)先在樓面邊預(yù)埋φ18 mm圓鋼3 道，以固定懸挑工字鋼。在-2層預(yù)埋φ18 mm HRB400鋼筋1 道（錨固長度＞500 mm），以錨固鋼絲繩，預(yù)埋鋼筋間距為1 000 mm。

2）工字鋼預(yù)加工：將工字鋼按照設(shè)計長度進行加工，并在斜拉鋼絲繩與工字鋼拉結(jié)點處下部焊接φ25 mm長50 mm的鋼筋頭，防止鋼絲繩受力向內(nèi)滑移。

3）懸挑工字鋼安裝：先將工字鋼固定于結(jié)構(gòu)層，3 道φ18 mm鋼筋分別用木楔楔緊，確保工字鋼水平及豎直方向均不發(fā)生位移。

4）斜拉鋼絲繩安裝：斜拉鋼絲繩與上部預(yù)埋于混凝土邊梁的預(yù)埋環(huán)通過相應(yīng)的繩卡進行錨固，下部鋼絲繩繞工字鋼一圈通過繩卡進行錨固。

5）基礎(chǔ)架搭設(shè)：由里向外、由下向上一步一步進行基礎(chǔ)搭設(shè)，每部基礎(chǔ)架搭設(shè)的同時必須與內(nèi)部滿堂架和結(jié)構(gòu)邊柱進行可靠地連接。

6）懸挑結(jié)構(gòu)下層鋼筋定位預(yù)埋：樓面混凝土澆筑時，預(yù)先在樓面邊預(yù)埋φ18 mm圓鋼3 道，以固定懸挑工字鋼。在懸挑工字鋼的上一層預(yù)埋φ18 mm鋼筋1 道（錨固長度＞500 mm），以錨固鋼絲繩，預(yù)埋鋼筋間距為1 000 mm。

7）懸挑工字鋼安裝：先將工字鋼固定于結(jié)構(gòu)層，3 道φ18 mm圓鋼分別用木楔楔緊，確保工字鋼水平及豎直方向均不發(fā)生位移，同時進行平臺加固系桿的安裝，水平加固系桿采用鋼管和直角扣件與工字鋼翼緣進行可靠連接，以增強懸挑平臺的穩(wěn)定性。

8）模板支撐搭設(shè)：懸挑型鋼平臺及加固系桿完成后，即可進行模板支撐的搭設(shè)。先在懸挑水平工字鋼上滿鋪腳手板作為操作平臺，支撐架搭設(shè)時，按照先近端后遠端的順序搭設(shè)支撐立桿，每道立桿均固定在短鋼筋處，以確保不發(fā)生位移。模板支架搭設(shè)時需與內(nèi)部滿堂架整體拉結(jié)，拉結(jié)時橫桿采用搭接連接，且連接扣件不得少于3 個，滿堂架最外側(cè)兩排立桿高于作業(yè)層2.0 m，滿堂架外側(cè)滿掛密目網(wǎng)和白色大眼網(wǎng)，在滿堂架第一步及最后一步均滿掛安全平網(wǎng)。

3.5 細部構(gòu)造

伸縮縫處細部構(gòu)造：為保證伸縮縫處型鋼平臺的承載力，在伸縮縫處提前預(yù)埋型鋼和圓鋼錨環(huán)，為鋪設(shè)懸挑型鋼平臺提供條件，確保伸縮縫處型鋼平臺的承載力滿足要求，如圖5所示。

斜拉鋼絲繩與工字鋼錨固節(jié)點：在工字鋼的底部焊接φ28 mm的短鋼筋頭，防止鋼絲繩向內(nèi)側(cè)滑，鋼絲繩采用與繩相應(yīng)的繩卡進行錨固，如圖6所示。

斜拉鋼絲繩與混凝土結(jié)構(gòu)邊梁連接節(jié)點：預(yù)先在混凝土結(jié)構(gòu)邊澆筑之前預(yù)埋PVC管，待結(jié)構(gòu)邊梁施工結(jié)束并脫去梁側(cè)模后，鋼絲繩繞梁通過繩卡進行錨固，如圖7所示。

圖5 伸縮縫處細部構(gòu)造

圖6 抗滑移鋼絲繩

圖7 斜拉鋼絲繩拉結(jié)點

基礎(chǔ)架斜撐桿下部連接接點：基礎(chǔ)架斜撐桿的支座采用小號型鋼通過焊接與懸挑工字鋼連成整體，如圖8所示。

圖8 斜撐桿底部錨固

4 支撐體系搭設(shè)控制要點

1）錨固鋼筋在混凝土梁板中的錨固應(yīng)滿足要求，并且與工字鋼用木楔楔緊，防止工字鋼產(chǎn)生水平和豎向位移。

2）斜拉點抗滑移鋼筋與工字鋼焊縫必須飽滿。

3）斜拉鋼絲繩的錨固應(yīng)規(guī)范并預(yù)留安全環(huán)，便于對懸挑型鋼平臺進行監(jiān)測。

4）懸挑架體與內(nèi)部滿堂架通過水平桿牢固連接成整體，并與結(jié)構(gòu)邊柱進行抱柱連接，增強支撐架體穩(wěn)定性。

5）懸挑結(jié)構(gòu)混凝土澆筑時采用由內(nèi)向外分層澆筑的施工順序，使懸模體系逐步均勻加載。

6）基礎(chǔ)架斜撐桿與水平桿的連接采用雙扣件，斜撐桿的接長為先對接扣件，后用長2 m的鋼管進行搭接，搭接扣件不少于4 個，保證斜撐桿的受力穩(wěn)定。

7）基礎(chǔ)架自由端的控制：提前在結(jié)構(gòu)外邊梁上預(yù)埋連接件，通過水平桿將基礎(chǔ)架與預(yù)埋件連接起來，提高架體穩(wěn)定性和承載力。

8）在工字鋼端部和中部錨固2 道鋼絲繩，嚴格監(jiān)測懸挑工字鋼撓度。

9）懸挑支模平臺搭設(shè)時，在懸挑工字鋼上滿鋪竹腳手板并滿鋪防火石棉布。

10）防護外架利用密目網(wǎng)和白色大眼網(wǎng)雙重防護，工人操作應(yīng)正確佩戴安全帶，防止安全事故發(fā)生。

5 效果驗證

1）根據(jù)施工方案在支模架體受力最大的部位布設(shè)監(jiān)測點，利用水準儀在樓內(nèi)設(shè)置后視點，在澆筑混凝土前記錄原始數(shù)據(jù)，澆筑混凝土過程中進行觀測，確保支模架體的安全。

2）預(yù)加載試驗及變形監(jiān)測結(jié)果：在懸模平臺搭設(shè)完畢后，利用現(xiàn)場的鋼筋進行預(yù)加載試驗，便于調(diào)整工字鋼的上撓值。

3）通過對靜載試驗記錄表進行分析，可以看出：工字鋼加載后下?lián)现底畲筮_到28 mm，綜合各種因素，取值22 mm作為調(diào)整工字鋼預(yù)先上調(diào)的數(shù)值。

4）施工過程中進行即時監(jiān)測，結(jié)果顯示：在混凝土澆筑過程中工字鋼撓度值最大14 mm，滿足相關(guān)要求。

6 結(jié)語

通過建立新型懸模結(jié)構(gòu)力學模型和整體穩(wěn)定性分析，利用手工計算和品茗安全計算軟件以及現(xiàn)場堆載試驗，驗證了該體系的安全可靠性。與傳統(tǒng)的落地式腳手架相比，采用下部鋼管斜撐上部鋼絲繩斜拉支撐平臺方式，具有節(jié)約資源、降低成本、縮短工期、保障安全等技術(shù)經(jīng)濟特點，為高效、安全地完成高空大懸挑結(jié)構(gòu)施工提供了一條全新的思路，推廣應(yīng)用前景廣闊，社會與經(jīng)濟效益顯著[4]。