高空吊拉型鋼支模平臺的設(shè)計與施工

吳雋

（上海建工五建集團有限公司，上海 200063）

1 懸挑結(jié)構(gòu)概況

T3 塔樓16、17、18 層層高分別為4.2 m、4.2 m、4.5 m，19 層（結(jié)構(gòu)標(biāo)高81.45 m）西南陽角位置存在面積約為100 m2懸挑梁板結(jié)構(gòu)（圖1），最大梁截面500 mm×2 000 mm，板厚200 mm，結(jié)構(gòu)最大凈挑長度4.36 m。 另KL13（1A）、KL12（1A）混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)含變截面勁性型鋼梁， 懸挑區(qū)域變截面勁性型鋼梁截面高度900 mm，非懸挑區(qū)域變截面勁性型鋼梁截面高度650 mm，L12 （2A）、L11（3A）、L10（3A）、KL12（2A）、L12（1A）混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)均含勁性型鋼，截面高度400 mm。

圖1 19 層結(jié)構(gòu)平面布置

2 懸挑結(jié)構(gòu)支模施工難點

（1）高度高，懸挑結(jié)構(gòu)距離地面高度為81.45 m。

（2）懸挑長度大，最大凈挑長度4.36 m。

（3）施工危險性大，模板施工無操作面。

3 方案比選

方案總體思路是利用鋼管模板支架直接承受懸挑結(jié)構(gòu)的自重和施工荷載，外挑型鋼作為鋼管支架的承力構(gòu)件，但采用何種受力體系仍需通過多個方案比選獲得最符合本項目的受力體系，并輔以相關(guān)的構(gòu)造操作和安全措施進行施工。

3.1 三種不同形式的懸挑支模平臺設(shè)計

方案一：下?lián)问綉姨糁Ｆ脚_，在16、17、18 層連續(xù)3 層設(shè)置型鋼挑梁作為承力構(gòu)件，16、17 層設(shè)置型鋼斜撐作為傳力構(gòu)件，支模架體高度4.5 m，詳見圖2。

圖2 下?lián)问綉姨糁Ｆ脚_剖面

方案二：撐拉式懸挑支模平臺，在17 層設(shè)置型鋼挑梁作為承力構(gòu)件，16、17 層分別設(shè)置型鋼斜撐及2 道鋼絲繩斜拉作為傳力構(gòu)件， 支模架體高度8.7 m，詳見圖3。

圖3 撐拉式懸挑支模平臺剖面

方案三：上拉式懸挑支模平臺，在16 層設(shè)置型鋼挑梁作為承力構(gòu)件，16、17 層設(shè)置鋼拉桿作為傳力構(gòu)件，支模架高度12.9 m，詳見圖4。

圖4 上拉式懸挑支模平臺剖面

3.2 三種不同形式的懸挑支模平臺比較

3.2.1 施工難易和可操作性比較

下?lián)问綉姨糁Ｆ脚_對于傳力構(gòu)件安裝定位精度要求極高，需保證連續(xù)3 層型鋼挑梁不產(chǎn)生偏心傳力，實際施工難度極高且同一方向傳力節(jié)點過多無法保證不產(chǎn)生偏心傳力。若采用撐拉式懸挑支模平臺，能解決同一方向偏心傳力問題，但結(jié)合本工程塔樓核心筒+大框架結(jié)構(gòu)類型分析，型鋼斜撐無剪力墻作為下支撐點，下支撐點若設(shè)置在結(jié)構(gòu)梁面，支撐角度無法得到有效保證且預(yù)埋支撐點錨板安裝定位精度要求較高，初步計算撐拉式懸挑支模平臺鋼絲繩為主要受力而型鋼斜撐受力效果不佳。若采用上拉式懸挑支模平臺，能解決傳力方向不產(chǎn)生偏心問題，上拉點錨板可根據(jù)型鋼挑梁定位調(diào)整位置。 從安全角度考慮，下?lián)涡弯摕o法確保安全拆除，需另搭設(shè)防護架上人拆除，而上拉桿拆除無需另搭設(shè)外腳手架配合，滿足安全拆除且操作簡便。

3.2.2 經(jīng)濟技術(shù)比較

按市場材料價格、 安裝工期進行匯總計算，經(jīng)濟技術(shù)對比結(jié)果見表1。

表1 三種懸挑支模平臺經(jīng)濟技術(shù)對比

通過對以上三種方案的可行性綜合分析，選擇第三種方案，即上拉式懸挑支模平臺，它除了經(jīng)濟節(jié)約外，還具備施工方便、安全可靠等特點。

4 搭設(shè)構(gòu)造與節(jié)點驗算

懸挑結(jié)構(gòu)支模采用在16 層樓板面懸挑25a#工字鋼作為支模架主梁， 懸挑鋼梁采用預(yù)埋φ20 mm的錨環(huán)固定， 主梁上設(shè)14# 工字鋼聯(lián)梁， 并設(shè)置B100 mm×5 mm 箱型截面鋼拉桿固定在17 層與18 層， 在懸挑鋼梁支點及拉桿錨點處設(shè)置反力支架抵消拉桿傳遞的豎向荷載。 平臺采用軟硬隔離結(jié)合，軟隔離采用網(wǎng)孔50 mm 白色安全網(wǎng)，硬隔離采用木枋+模板進行封閉。 17 層布置部分拉桿，拉桿距離懸挑鋼梁端部3 m，18 層布置全部拉桿，拉桿距離懸挑鋼梁端部1.2 m。 懸挑鋼梁上支模架體搭設(shè)高度12.9 m， 采用扣件式鋼管腳手架搭設(shè)模板支模體系。

經(jīng)受力分析及計算，高空吊拉型鋼支模平臺載荷主要以軸力形式體現(xiàn)，通過設(shè)計連接點最終傳力至結(jié)構(gòu)達到利用結(jié)構(gòu)承受所有載荷的目的。

4.1 耳板及插銷

上拉式懸挑支模平臺中拉桿與工字鋼主梁、拉桿與結(jié)構(gòu)梁錨板連接設(shè)計均采用銷軸連接形式（鉸接）。 經(jīng)受力計算拉桿最大軸力（Ns）為221.9 kN，選用拉桿單耳板進行計算。

4.1.1 拉桿耳板驗算

拉桿耳板t=25 mm，b=70 mm，d0=60 mm，a=90 mm，f=205 N/mm2。

（1）構(gòu)造要求

be=2t+16=66 mm≤b；4bc/3=88 mm≤a，滿足要求。

（2）孔凈截面處的抗拉強度驗算

b1=min（2 t+16，b-d0/3）=50 mm；

σ=Ns/(2tb1)= 88.76 N/mm2≤f，滿足要求。

（3）端部截面抗拉（劈開）強度驗算

σ=Ns/[2t（a-2d0/3）]= 88.76 N/mm2≤f，滿足要求。

（4）抗剪強度驗算

滿足要求。

4.1.2 插銷驗算

經(jīng)受力計算， 耳板插銷直徑需滿足最大軸力N=221.9 kN 的剪切作用。 插銷采用Q345 鋼材，抗剪強度設(shè)計值fvb=165 N/mm2。

τb=N/（nvπd2/4）＜fvb，解得d＞41.39 mm，插銷直徑d 取50 mm，滿足要求。

4.2 工字鋼錨板

拉桿一端拉在懸挑型鋼上， 對于斜拉桿水平分力，既對弧形梁產(chǎn)生彎矩，也對懸挑型鋼產(chǎn)生水平推力， 水平分力通過在工字鋼主梁設(shè)置鋼筋穿孔塞焊錨板抵消。

經(jīng)受力計算， 拉桿支點最大水平分力為N=159.7 kN，錨板采用Q235 鋼材，τb=N/（nvπd2/4）＜fvb，解得d＞20.58 mm， 配4 根直徑25 mm 三級鋼筋，滿足抗剪要求。

埋板對樓板（C30） 側(cè)壁抗壓驗算：N/A=13.3N/mm2＜14.3 N/mm2，滿足要求。

4.3 結(jié)構(gòu)梁錨板

拉桿軸力對結(jié)構(gòu)梁產(chǎn)生豎向分力及水平分力，在結(jié)構(gòu)梁上設(shè)計錨板抵消豎向分力及水平分力。

經(jīng)受力計算， 拉桿錨點處最大水平分力124.78 kN，最大豎向分力198.6 kN。

（1）抗壓強度復(fù)核：F/A=1.04 N/mm2＜14.3 N/mm2，滿足要求。

4.4 回頂支架

斜拉桿豎向分力通過對18 層、17 層錨點處結(jié)構(gòu)梁進行回頂來抵消，立桿步距1 200 mm，按300 mm×300 mm 布置，頂托上設(shè)木枋，確保集中荷載傳遞到周邊的立桿（木枋沿梁縱向布置）。

經(jīng)受力計算，斜拉桿豎向分力最大為198.6 kN，根據(jù)立桿布置， 至少有12 根主要受力鋼管（φ48.3 mm×3.0 mm）支撐抵消反力（忽略梁本身承載力）以保證安全。

17、18 層錨點最大豎向合力位于17 編號懸挑鋼梁位置Nd=172.9+105.2=278.1 kN。

l02=kμ2h=1.155×1.669×1 200=2 313 mm；λ=l02/i=2313/15.9=145.48≤[λ]=150；fd＝Nd/(φA)＝278 100/(0.328×424×12)＝166 N/mm2≤[f]＝205 N/mm2， 滿足要求。

5 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→預(yù)埋型鋼錨環(huán)、錨板→工字鋼主梁設(shè)置→工字鋼主梁距懸挑端3 m（17 層拉桿拉點）范圍內(nèi)架設(shè)聯(lián)梁、 工作平臺及安全網(wǎng)→預(yù)埋17 層結(jié)構(gòu)梁錨板、安裝拉桿→架設(shè)其余聯(lián)梁、工作平臺及安全網(wǎng)→預(yù)埋18 層結(jié)構(gòu)梁錨板、 安裝拉桿→搭設(shè)高支模架體及其他施工設(shè)施→模板鋼管架拆除→斜拉桿拆除→聯(lián)梁拆除→安裝吊拉葫蘆、配合人工拆除工字鋼主梁。

6 結(jié)語

高空吊拉型鋼支模平臺在安全可靠、 施工簡便、經(jīng)濟節(jié)約等方面已經(jīng)得到驗證，具有較好的推廣意義。類似高空大懸挑結(jié)構(gòu)可參考上述設(shè)計及施工經(jīng)驗，亦可在材料選擇、連接節(jié)點設(shè)計、受力分析等方面再進一步進行優(yōu)化完善。