高層建筑高大懸挑模板支模結(jié)構(gòu)計(jì)算

汕頭市潮陽(yáng)第四建筑總公司 廣東汕頭 515000

摘要：本文結(jié)合某高層建筑工程項(xiàng)目的施工實(shí)例，詳細(xì)介紹了高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐體系的方案選擇及模板支撐體系的計(jì)算，并就該工程的高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐方案、實(shí)踐提出了幾點(diǎn)思考。

關(guān)鍵詞：大懸挑結(jié)構(gòu)；模板支撐；計(jì)算；思考

0 引言

隨著我國(guó)城市建設(shè)中高層建筑的日益增多，高空大懸挑結(jié)構(gòu)支撐體系以其操作方便、搭設(shè)靈活、施工時(shí)間較短、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。但是由于高空大懸挑結(jié)構(gòu)支撐體系施工跨度大、高度高、難度大、施工工藝要求高等特點(diǎn)，如果設(shè)計(jì)不合理，則會(huì)造成安全事故隱患，威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前部分工程直接借用施工腳手架進(jìn)行懸挑模板搭設(shè)，正是由于這類特殊位置及相關(guān)節(jié)點(diǎn)處理的不合理，給工程實(shí)施留下了眾多事故隱患。

1 工程概況

某高層建筑占地面積20893.8㎡，總建筑面積達(dá)102705.10㎡。由1#A區(qū)、1#B區(qū)、2#、3#、4#樓組成，地下1-2層，地上7-20層，最高建筑高度102.3m，標(biāo)準(zhǔn)層高為4.5m，底部1～4層層高基本為6.0m。本工程2#樓20～22軸、B軸部位，7層有一部分懸挑結(jié)構(gòu)，在7層懸挑結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的6層部位沒(méi)有懸挑結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)如下：20～22軸懸挑長(zhǎng)度為1m、B～D軸為1.7m，懸挑結(jié)構(gòu)高度32.45m，6層層高為4.5m，5層層高為4.5m。

2 方案的比選

由于2#樓懸挑結(jié)構(gòu)是從7層開(kāi)始，該懸挑結(jié)構(gòu)的模板支撐方案較為復(fù)雜（詳見(jiàn)圖1），根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有以下2種方式：

圖1 2#樓建筑平面設(shè)計(jì)圖

（1）搭設(shè)落地架至施工層。此方案為常規(guī)方案，但是工作量大，將耗費(fèi)大量的材料與勞動(dòng)力，最關(guān)鍵的是7層樓面標(biāo)高為32.45m，搭設(shè)落地架不安全、不經(jīng)濟(jì)。

（2）采用在下一層布置型鋼懸挑搭設(shè)模板支架。此方案操作較為簡(jiǎn)便，節(jié)省材料和勞動(dòng)力，安全系數(shù)高。

經(jīng)過(guò)綜合比較分析，采用第（2）種方案最為經(jīng)濟(jì)適用。

2.1 本工程高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐計(jì)算的難點(diǎn)

難點(diǎn)1：懸挑型鋼布置不同于一般懸挑腳手架布置，需根據(jù)模板支撐計(jì)算結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化布置，同時(shí)相應(yīng)的荷載也比外圍護(hù)腳手架高。

難點(diǎn)2：角部懸挑模型無(wú)法通過(guò)當(dāng)前使用較多的2款安全計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算。

難點(diǎn)3：本層層高4.5m，且下層層高也相對(duì)較高，達(dá)到4.5m，用于支模和懸挑型鋼支撐的下?lián)螚U件長(zhǎng)細(xì)比較大。

難點(diǎn)4：本工程外圍柱截面相對(duì)較大，給懸挑型鋼布置帶來(lái)了較大困難，尤其在陽(yáng)角部位。

2.2 高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐計(jì)算

因本工程陽(yáng)角部位斜向布置的主梁與聯(lián)梁交點(diǎn)間距超過(guò)2m，目前主流安全計(jì)算軟件（PKPM、品茗）無(wú)法計(jì)算。本工程采用幾個(gè)計(jì)算軟件組合進(jìn)行驗(yàn)算。

結(jié)合難點(diǎn)分析，本工程的懸挑模板設(shè)計(jì)主要有以下關(guān)鍵點(diǎn)：型鋼布置；陽(yáng)角部位計(jì)算；下?lián)螚U件計(jì)算。

（1）首先通過(guò)模板支撐計(jì)算，得出梁板模板支撐立桿間距，根據(jù)立桿間距布置懸挑型鋼。

模板支撐計(jì)算時(shí)，因懸挑結(jié)構(gòu)存在封口梁及懸挑梁，立桿軸向力較大。采用梁底立桿最大軸向力進(jìn)行驗(yàn)算。

立桿穩(wěn)定性計(jì)算中，立桿長(zhǎng)細(xì)比容許值[λ]：《模板規(guī)范》取150，《腳手架規(guī)范》取210。

因《腳手架規(guī)范》中立桿計(jì)算長(zhǎng)度中存在系數(shù)μ1、μ2，長(zhǎng)細(xì)比容許值為210，而模板規(guī)范中，則不需考慮系數(shù)μ的影響，故兩個(gè)規(guī)范計(jì)算公式不一樣，相應(yīng)的判斷要求也不一樣，經(jīng)計(jì)算比較，兩個(gè)規(guī)范判定標(biāo)準(zhǔn)基本相同，說(shuō)明兩個(gè)規(guī)范體系基本是一致的。（圖1）

圖2 模板支撐平面圖

本工程采用主梁懸挑，主梁間距800mm；因柱截面尺寸較大為1m×1m，柱兩側(cè)以及陽(yáng)角部位采用聯(lián)梁懸挑。（圖3）

圖3 工字鋼平面布置圖

（2）陽(yáng)角部位計(jì)算

①聯(lián)梁驗(yàn)算

根據(jù)模板支撐計(jì)算結(jié)果，B-D軸主梁上共擱置3根聯(lián)梁，通過(guò)對(duì)模板支撐架的驗(yàn)算得出B-D軸外排聯(lián)梁受力最大，只需對(duì)此聯(lián)梁、懸挑主梁和支撐驗(yàn)算，若能通過(guò)，則其他桿件也能滿足要求。

將模板支撐架立桿的最大軸心壓力導(dǎo)入理正結(jié)構(gòu)系列計(jì)算軟件計(jì)算得出該根聯(lián)梁采用16號(hào)工字鋼滿足要求。計(jì)算模型如圖4。

圖4 外排連續(xù)梁計(jì)算簡(jiǎn)圖

②主梁驗(yàn)算

通過(guò)理正計(jì)算軟件對(duì)B-D軸內(nèi)、中、外3排聯(lián)梁的分別進(jìn)行計(jì)算：（表1）

表1 主梁驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)第二個(gè)支座即①號(hào)主梁（見(jiàn)平面布置圖）受力最大。對(duì)該主梁進(jìn)行驗(yàn)算：

該主梁先采用16號(hào)工字鋼進(jìn)行驗(yàn)算；主梁長(zhǎng)度4.5m；主梁建筑物外懸挑長(zhǎng)度1.8m；主梁建筑物內(nèi)錨固長(zhǎng)度2.4m；錨固點(diǎn)采用Φ16U型錨固螺栓；下?lián)螚U件參與計(jì)算。

共布置3排荷載

內(nèi)排：15.6kN；中排：19.96kN；外排：26.7kN（荷載值均為設(shè)計(jì)荷載，由理正軟件計(jì)算所得）（圖5，圖6）

圖5 立面圖

圖6 荷載圖

經(jīng)計(jì)算，16#工字鋼強(qiáng)度、抗剪、撓度驗(yàn)算均滿足要求。

（3）下?lián)螚U件計(jì)算

下?lián)螚U件先采用12號(hào)槽鋼進(jìn)行驗(yàn)算，層高為4.5m。

12號(hào)槽鋼回轉(zhuǎn)半徑：ix=4.95cm、iy=1.57cm，考慮最不利因素i取iy=1.57cm。

經(jīng)計(jì)算：12號(hào)槽鋼下?lián)尾粷M足要求。

采用12號(hào)槽鋼雙拼進(jìn)行驗(yàn)算，下?lián)螚U長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算：

回轉(zhuǎn)半徑：ix=4.78cm、iy=4.72cm，考慮最不利因素i取iy=4.72cm。

經(jīng)計(jì)算采用12號(hào)槽鋼雙拼下?lián)?，軸心受壓穩(wěn)定性滿足要求。

下?lián)螚U件計(jì)算時(shí)，安全計(jì)算軟件回轉(zhuǎn)半徑取值時(shí)未區(qū)分下?lián)螚U件強(qiáng)弱軸，這是不正確的。

本文所采用的長(zhǎng)細(xì)比是突破《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，在臨時(shí)工程中，是否可行需要探討，但實(shí)踐表明，采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003表C得到的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，在實(shí)際工程中是安全的。（圖7）

圖7 模板支撐位置

2.3 高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐的搭設(shè)

本工程該區(qū)域模板支撐施工時(shí)，公司技術(shù)人員在搭設(shè)過(guò)程中全程進(jìn)行了跟蹤指導(dǎo)，陽(yáng)角部位斜向主梁鋪設(shè)時(shí)，通過(guò)CAD進(jìn)行精確定位，從而確保位置的準(zhǔn)確性，對(duì)于在陽(yáng)角及柱兩側(cè)區(qū)域設(shè)置聯(lián)梁的，嚴(yán)格監(jiān)控聯(lián)梁的水平度，在下?lián)螚U件焊接中，嚴(yán)控焊縫質(zhì)量，見(jiàn)圖8。

圖8 懸挑梁布置大樣圖

3 相關(guān)思考

針對(duì)本工程的高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐方案設(shè)計(jì)、實(shí)踐，在以下幾個(gè)方面還值得思考。

3.1 設(shè)計(jì)方面

（1）陽(yáng)角部位主梁懸挑布置

本工程由于陽(yáng)角部位大截面柱的存在，懸挑主梁放置時(shí)根部有兩種常規(guī)處理方式：一是主梁穿過(guò)柱，二是柱根部預(yù)埋錨板，主梁與錨板焊接連接。因本工程柱豎向鋼筋間距過(guò)密，主梁穿柱時(shí)，鋼筋會(huì)被截?cái)?，?huì)對(duì)工程產(chǎn)生安全隱患，所以采用預(yù)埋錨板焊接連接方式。

（2）支撐桿件的選取

當(dāng)前很多工程的支撐桿件采用槽鋼作為支撐，然而由于槽鋼的截面特性決定其強(qiáng)弱軸回轉(zhuǎn)半徑相差非常大，對(duì)于支撐長(zhǎng)度大，荷載相對(duì)較高時(shí)，采用槽鋼顯然是不合理和不經(jīng)濟(jì)的，如12號(hào)槽鋼強(qiáng)軸弱軸的回轉(zhuǎn)半徑之比4.95/1.57=3.15，加之部分軟件沒(méi)有考慮這種特性，僅按強(qiáng)軸的回轉(zhuǎn)半徑考慮給支撐帶來(lái)了較大安全隱患。

3.2 計(jì)算方面

本工程懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐，采用了當(dāng)前使用較多的2款安全計(jì)算軟件（PKPM、品茗）進(jìn)行了計(jì)算分析，從中發(fā)現(xiàn)，2款軟件都有一定的局限性。

（1）在陽(yáng)角部位的計(jì)算，PKPM目前還未有此功能，而在品茗中，聯(lián)梁的分析，無(wú)法支撐超過(guò)4根懸挑梁的計(jì)算，且懸挑梁與連梁的交點(diǎn)間距不能過(guò)大，超過(guò)2.0m就無(wú)法計(jì)算，而在實(shí)際工程中，這種情況是較為常見(jiàn)的。

（2）在下?lián)螚U件的計(jì)算過(guò)程中，品茗對(duì)槽鋼的分析未對(duì)弱軸的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，對(duì)下?lián)螚U件與預(yù)埋節(jié)點(diǎn)板的焊縫計(jì)算未按照實(shí)際受力狀況進(jìn)行分析，即焊縫承擔(dān)豎向抗剪和水平向抗壓的作用。

（3）兩個(gè)軟件均未能對(duì)下?lián)螚U件的預(yù)埋件進(jìn)行分析。

（4）根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》GB50017-2003，對(duì)于受壓的支撐桿件，構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比宜控制在200以內(nèi)，這個(gè)是對(duì)永久結(jié)構(gòu)而言的，而對(duì)于模板支撐這種臨時(shí)結(jié)構(gòu)是否可以放松，目前PKPM軟件中是根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比的計(jì)算來(lái)求解穩(wěn)定系數(shù)的，并沒(méi)有考慮長(zhǎng)細(xì)比的影響，是否合適？這些都需要規(guī)范及軟件繼續(xù)進(jìn)行完善的，當(dāng)然本文所采用的長(zhǎng)細(xì)比是突破《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，在臨時(shí)工程中，是否可行需要探討，但實(shí)踐表明，采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003表C得到的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，在實(shí)際工程中是安全的，這需要在今后的規(guī)范中能夠規(guī)范，同時(shí)最好能采用強(qiáng)弱軸慣性矩一致的構(gòu)件。

3.3 實(shí)踐方面

（1）因本工程陽(yáng)角部位有一大截面柱，懸挑主梁布置時(shí)，采用柱腳預(yù)埋鋼板，然后主梁與預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接，因角部主梁呈斜角布置，焊接時(shí)需對(duì)主梁進(jìn)行切割?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，由于施工人員操作水平，焊接質(zhì)量得不到有效保證，容易產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，若采用錨栓連接，可大幅度提高安全度，且方便施工。

（2）一直以來(lái)，下?lián)螚U件均采用12號(hào)槽鋼，但本工程下?lián)螚U件采用12號(hào)槽鋼驗(yàn)算不滿足要求，為避免重復(fù)采購(gòu)，編制方案時(shí)采用雙拼12號(hào)槽鋼作為下?lián)螚U件。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)發(fā)現(xiàn)槽鋼槽口焊接處理不好，宜采用更為可靠的方鋼管作為下?lián)螚U件。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高空大懸挑結(jié)構(gòu)模板支撐體系的設(shè)計(jì)十分重要，其設(shè)計(jì)是否合理影響到后期工程的施工質(zhì)量及安全，并關(guān)系著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。但是由于目前并無(wú)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，因此，設(shè)計(jì)人員在工程設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真地進(jìn)行計(jì)算，保證計(jì)算的精確，為工程設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，同時(shí)還要嚴(yán)格對(duì)工程中的各個(gè)部分進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，保證工程的施工安全及質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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