大跨度裝飾梁型鋼懸挑組合式支撐體系的施工

謝曉嵐 于春輝 劉 慶 李智慧

廣廈建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 浙江 杭州 310005

目前，比較常見的高空大跨度梁支撐體系主要有落地腳手架和工字鋼搭設(shè)懸挑鋼平臺支撐體系。落地腳手架支撐體系，其優(yōu)點是施工成本低、工藝成熟可靠，但是也存在一些缺點，比如需要的周轉(zhuǎn)材料比較多、耗費(fèi)大量的人力物力、搭設(shè)時間長且搭設(shè)高度受限等。對于本工程，由于施工場地受限，故該方案不適用。采用工字鋼搭設(shè)懸挑鋼平臺，在工字鋼上方設(shè)置斜拉桿，再在工字鋼平臺上搭設(shè)滿堂支撐架和外防護(hù)架的體系，雖可同步施工，質(zhì)量也可保證，但拉結(jié)材料消耗較大。本工程采用工字鋼作為懸空的操作平臺，工字鋼下方做三角形鋼架支撐，在安全操作平臺上搭設(shè)鋼管支撐架體。該體系具有較高的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，并且采用一種施工安全性監(jiān)控技術(shù)，提高工程施工的安全性，相對于常規(guī)的支撐體系，在安全施工方面具有顯著優(yōu)勢[1-4]。

1 工程概況

綠城新興·玉園一標(biāo)段工程項目位于西安市灞橋區(qū)柳新路與柳煙路十字東南角，工程總建筑面積為35 000 m2。7#樓、8#樓地上25層，地下1層，建筑高度79.1 m，均為剪力墻結(jié)構(gòu)。7#樓、8#樓北側(cè)屋頂層81.95 m標(biāo)高處各有1條13.8 m大跨度梁，梁尺寸300 mm×745 mm，混凝土強(qiáng)度等級為C30。

該梁混凝土澆筑量為3.1 m3，重約7.5 t。模板工程支模難度大，梁下部無支撐結(jié)構(gòu)，跨度13.8 m，外架無法正常搭設(shè)。梁結(jié)構(gòu)自重大，梁及梁柱節(jié)點處鋼筋密集，混凝土振搗難度大。主梁體積大，混凝土水化熱高，加上澆筑時間為10月份，早中晚溫差大，澆筑后內(nèi)外溫差控制、養(yǎng)護(hù)措施要求高，易出現(xiàn)裂縫。

2 支撐體系設(shè)計

結(jié)合梁截面尺寸、板厚度以及梁跨度，決定采用50c#工字鋼作為鋼平臺骨架，工字鋼縱向間距0.8 m（由梁下方立桿驗算得知），在橫向貫通次梁下方設(shè)置5根長2 m、間距2.6 m的10#槽鋼與縱向50c#工字鋼連接作為鋼平臺框架，工字鋼與主體結(jié)構(gòu)采用三角形支撐和預(yù)埋鋼板進(jìn)行剛性焊接。

50c#工字鋼上焊接長約150 mm的φ25 mm鋼筋頭，支撐體系立桿位于焊接的鋼筋頭上。操作支撐架搭設(shè)采用3排立桿，立桿縱橫間距分別為1.6、0.8 m，步距為1.5 m，架體總高度為9.90 m，架體設(shè)置掃地桿、縱橫剪刀撐與連墻件。架體底部工字鋼梁上面沿梁長度方向采用木方設(shè)置成全封閉，防止掉落物體，確保施工安全。另在已完成的操作平臺下方沿工字鋼梁長度方向（寬度為架體寬度）設(shè)置雙層安全兜網(wǎng)，防止掉落物體。腳手架要滿掛全封閉式的密目安全網(wǎng)。密目網(wǎng)采用1.5 m×6 m的規(guī)格，用網(wǎng)繩綁扎在大橫桿外立桿里側(cè)。為確保架體整體穩(wěn)定，在施工第1道裝飾梁時，在梁上部中間位置按水平間距1.6 m設(shè)置架體連接桿，使支撐架體和裝飾梁連接成一個整體。另外，在架體豎直方向設(shè)置3道連墻件，水平間距為1.6 m，以確保支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和施工安全。支撐體系如圖1所示。

圖1 型鋼支撐體系剖面

3 支撐體系結(jié)構(gòu)驗算

3.1 受力傳力體系

受力傳遞路徑為：上部荷載和結(jié)構(gòu)自重→梁底模→木楞→橫向水平鋼管→豎向鋼管立桿→工字鋼梁→主體結(jié)構(gòu)。

3.2 工字鋼受力分析

在荷載作用下，木楞、水平橫桿會產(chǎn)生彎曲變形，鋼管立桿會產(chǎn)生豎向壓縮變形。一旦桿件變形過大，輕則對混凝土構(gòu)件的質(zhì)量產(chǎn)生影響，重則使架體受力不均導(dǎo)致失穩(wěn)坍塌，這要求桿件有足夠的剛度來抵抗變形。支撐架體和基礎(chǔ)工字鋼梁要有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，50c#基礎(chǔ)工字鋼按單跨梁進(jìn)行受力計算，要有足夠的強(qiáng)度來支撐模板體系、鋼筋混凝土及人員設(shè)備自重和施工活荷載。

3.3 驗算內(nèi)容

1）50c#工字鋼：主要對其進(jìn)行承載力計算，抗彎、抗剪、撓度驗算。

2）三角形支撐：撐桿穩(wěn)定性、截面強(qiáng)度驗算。

3）預(yù)埋件：抗剪強(qiáng)度驗算。

4）鋼構(gòu)件焊縫：工字鋼與預(yù)埋件焊縫、工字鋼與鋼牛腿焊縫、方鋼與預(yù)埋件焊縫驗算。

5）50c#工字鋼上起吊環(huán)及焊接驗算。

6）鋼管φ48 mm×3.0 mm、支撐架體系及梁側(cè)模板驗算。

經(jīng)驗算，以上內(nèi)容均滿足要求。

4 施工要點

4.1 施工流程

施工流程為：主體結(jié)構(gòu)上安放預(yù)埋件→驗收→澆筑混凝土→預(yù)埋件位置焊接三角支撐和鋼牛腳→驗收→安裝50c#型鋼梁→驗收→固定安全生命繩（14 mm鋼絲繩）→ 50c#型鋼梁上焊接10#槽鋼連接成整體→50c#型鋼梁上鋪設(shè)木方→50c#型鋼梁上畫支撐架立桿定位線→焊接立桿定位鋼筋頭→50c#型鋼梁下固定安全兜網(wǎng)→支撐架立桿搭設(shè)→架體連墻件設(shè)置→架體驗收→大跨度梁支模施工及混凝土澆筑完成→梁混凝土強(qiáng)度等級達(dá)到設(shè)計要求→搭設(shè)第2道梁的支模架。

4.2 BIM深化設(shè)計

通過BIM技術(shù)對各個構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計和碰撞校核，保證其加工精度，為保證后續(xù)構(gòu)件焊接質(zhì)量做準(zhǔn)備。尤其是對于拼裝場地受限的結(jié)構(gòu)施工，通過預(yù)拼裝，可進(jìn)一步縮短施工工期。

4.3 預(yù)埋件設(shè)置

在主體結(jié)構(gòu)上預(yù)先埋置焊接鋼板，用于工字鋼、三角支撐與主體結(jié)構(gòu)連接，可避免在主體結(jié)構(gòu)上直接預(yù)留孔洞，減少因預(yù)留孔洞對主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性等造成的影響，后期也可避免對孔洞進(jìn)行封堵，有利于縮短工期。

4.4 工字鋼安裝

由于50c#工字鋼型鋼梁單根長度為12.0 m和11.2 m，按12.0 m長度計算，其質(zhì)量逾1 t。安裝型鋼梁中心點到塔吊的距離為30 m，根據(jù)塔吊起重性能曲線表，得知在此范圍塔吊可以起吊2 300 kg，滿足塔吊起重量要求，故可以用現(xiàn)場塔吊進(jìn)行50c#工字鋼型鋼梁單根安裝和拆除。在型鋼設(shè)計和安裝階段，采用一種施工安全定位監(jiān)控技術(shù)，該技術(shù)可以快速識別型鋼在安裝過程中的精確性和安全性，相對于常規(guī)的支撐體系，在安全施工方面具有顯著優(yōu)勢。

4.5 變形觀測

為確保模板支撐體系的安全和混凝土結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行，應(yīng)掌握模板支撐體系在搭設(shè)、鋼筋安裝、混凝土澆搗過程中及混凝土終凝前后的受力與變形狀況，確保模板支撐體系在各種施工工況及荷載作用下的實際變形數(shù)據(jù)符合設(shè)計要求。主要對立桿頂水平位移、支架整體水平位移及立桿的基礎(chǔ)沉降進(jìn)行監(jiān)測。

5 安全保證措施

1）該工程結(jié)構(gòu)為高空大跨度施工，存在立體交叉作業(yè)，應(yīng)盡量避免下方有人在施工，否則應(yīng)做好相應(yīng)防護(hù)措施，保證安全施工。

2）支撐系統(tǒng)在安裝過程中必須設(shè)置防傾覆的可靠臨時設(shè)施。另外，施工現(xiàn)場應(yīng)搭設(shè)工作梯，工作人員不得爬模上下。

3）腳手架搭設(shè)應(yīng)由專業(yè)持證人員安裝；安全責(zé)任人應(yīng)向作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，并做好記錄及簽證。

4）應(yīng)在已完成的操作平臺下方沿工字鋼梁長度方向（寬度為架體寬度）設(shè)置雙層安全兜網(wǎng)，防止物體掉落。

5）架體底部工字鋼梁上面沿梁長度方向采用木方設(shè)置成全封閉，防止掉落物體，確保施工安全。

6 效益分析

1）社會效益：本工藝不占用施工場地，不必對基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，減少相應(yīng)的工期費(fèi)用等；型鋼材料采用塔吊吊裝，安拆方便，降低了勞動強(qiáng)度，且施工過程中噪聲小。

2）經(jīng)濟(jì)效益：本工藝不受場地影響，型鋼雖為一次性投入，但前期做好相關(guān)方案設(shè)計，可避免不必要的浪費(fèi)；型鋼材料可周轉(zhuǎn)使用，用量較少，且可同步施工，縮短工期，施工質(zhì)量也易于保證。

7 結(jié)語

型鋼懸挑組合式支撐體系適用范圍廣，采用一種施工安全定位監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行型鋼安拆，精確安全可靠；采用BIM技術(shù)對型鋼等材料進(jìn)行深化設(shè)計，節(jié)省材料，降低施工成本，相比傳統(tǒng)落地滿堂支撐體系縮短了工期。

同時，因為型鋼不伸入建筑內(nèi)，主體結(jié)構(gòu)墻面不用預(yù)留洞口，面層施工時無需再次修補(bǔ)，所以對樓層內(nèi)部后續(xù)作業(yè)的樓面施工不產(chǎn)生影響，在避免洞口滲水這一質(zhì)量通病的同時，也再次縮短了工期。

通過工程實際的成熟應(yīng)用，認(rèn)為該工藝完全適用于高空大跨度結(jié)構(gòu)施工，尤其適用于外立面造型簡單的高層住宅樓，值得進(jìn)一步推廣。