飛檐造型模板支撐體系下部承力結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

羅宏彪 戴立鵬

隨著現(xiàn)代建筑的發(fā)展，人們對居住環(huán)境的要求不斷提高，住宅設(shè)計中往往會在建筑頂部設(shè)計一些能突出地方特色且使建筑更加美觀的造型[1-2]。但一些特殊造型容易帶來施工困難。例如，具有福建地方特色的飛檐造型就是其中之一。飛檐造型是一種懸挑結(jié)構(gòu)，部分挑出樓體外部。由于飛檐造型位于高層建筑頂部，當(dāng)采用現(xiàn)澆混凝土工藝施工時，其挑出屋面部分的模板支撐架很難搭設(shè)，而使用鋼結(jié)構(gòu)工藝時，直接吊裝拼接即可完成施工，并不涉及模板支撐架。

因此，設(shè)計單位一般會將這類懸挑造型設(shè)計為鋼結(jié)構(gòu)，以達(dá)到規(guī)避支撐體系搭設(shè)的目的。但鋼結(jié)構(gòu)的成本往往是現(xiàn)澆工藝成本的數(shù)倍，若能使用現(xiàn)澆工藝澆筑飛檐造型，則有利于控制工程成本[3-4]。為解決現(xiàn)澆施工中的模板支撐體系搭設(shè)問題，本文提出使用H 型鋼搭設(shè)鋼平臺作為架體底部承力部分，然后在鋼平臺上搭設(shè)模板支撐架。

1 項目概況

西堡新苑項目位于福建省晉江市永和鎮(zhèn)，為35 棟保障性住房，樓棟高78.5 ～99.5 m。每棟建筑頂部均設(shè)計有飛檐造型（圖1）。造型采用現(xiàn)澆混凝土工藝進(jìn)行澆筑，目前已經(jīng)施工完畢。

圖1 屋頂飛檐造型效果圖（來源：作者自繪）

2 高層模板支撐體系下部承力結(jié)構(gòu)搭設(shè)工藝確定

高層模板支撐架體的承力結(jié)構(gòu)，通常采用懸挑工字鋼進(jìn)行搭設(shè)。但當(dāng)懸挑長度較大且結(jié)構(gòu)不規(guī)則時，整個支撐體系的受力會變得很復(fù)雜。懸挑越大，安全性及可靠性越差。尤其當(dāng)懸挑長度達(dá)到甚至超過3 m 時，會影響整個支撐體系的安全性，因此對整個支撐體系的材料強(qiáng)度、受力安全性分析提出更高的要求。

設(shè)計一個可靠的承力結(jié)構(gòu)搭設(shè)方案是此飛檐造型施工的關(guān)鍵。方案要符合現(xiàn)行國家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，并且考慮工程所在地地方性標(biāo)準(zhǔn)還要結(jié)合現(xiàn)場實際情況和當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)主管部門驗收要求，進(jìn)行綜合設(shè)計。例如，西堡新苑項目所在地建設(shè)主管部門明確禁止采用腳手架管斜撐的方式作為模板支撐，腳手架管平挑長度也有嚴(yán)格限制，這就導(dǎo)致方案設(shè)計時要綜合考慮各種因素。經(jīng)過成本、工期、可靠性等方面對比，項目最終選用H 型鋼作為承力結(jié)構(gòu)搭設(shè)的材料。

確定承力結(jié)構(gòu)搭設(shè)思路時，首先要考慮現(xiàn)場實際情況。例如，當(dāng)H 型鋼搭設(shè)在屋面層時，會影響女兒墻的澆筑。結(jié)合國家相關(guān)規(guī)范中懸挑架搭設(shè)高度不得超過20 m 的強(qiáng)制性規(guī)定，最終確定承力平臺搭設(shè)在頂層底板處，斜拉鋼絲繩拉結(jié)于屋面結(jié)構(gòu)預(yù)埋環(huán)上，鋼絲繩不參與受力計算[5-6]。確定搭設(shè)位置后，便可以根據(jù)頂部飛檐造型結(jié)構(gòu)的形狀、挑出長度、所在位置設(shè)計模板支撐體系。通過計算明確各部位的受力情況，最終確定滿足安全受力條件下所需材料的規(guī)格。

為保證承力平臺的穩(wěn)定性，制訂方案時應(yīng)避免一些可能存在安全隱患的設(shè)計。例如，H 型鋼的最大堆疊層不得超過兩層，間距盡量按上方支撐架體的模數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以減少連梁的數(shù)量。這樣在整個支撐體系方面就建立起一個大概模型，然后根據(jù)實際施工可能遇到的情況進(jìn)行局部調(diào)整。

3 高層模板支撐體系下部承力結(jié)構(gòu)材料參數(shù)確定

搭設(shè)承力平臺的目的是為上部模板支撐架提供承載平臺。平臺不僅要提供足夠的承載力，還要具有安全、穩(wěn)定、可靠的屬性。本文結(jié)合實際工程，從以下2 個方面討論如何確定高層模板支撐體系下部承力結(jié)構(gòu)材料參數(shù)。

3.1 根據(jù)受力計算確定搭設(shè)材料參數(shù)

凹型結(jié)構(gòu)處模板支撐體系搭設(shè)示意圖（圖2）。通過綜合分析混凝土重量、模板支撐架體的自重、施工活荷載等各種因素，可得出整個承力平臺的荷載值。根據(jù)整個承力平臺承受的荷載，結(jié)合H 型鋼布設(shè)位置，可計算出最不利荷載點的位置。

圖2 凹型結(jié)構(gòu)處模板支撐體系搭設(shè)示意圖（來源：作者自繪）

陽角（圖3）的受力與其他位置不同，但解決思路一樣，通過安全計算，利用現(xiàn)場的條件增加其安全性。如此部位的H 型鋼除正常的U 型卡環(huán)外，還要求尾部探入剪力墻中，增強(qiáng)H 型鋼的承載力和整體穩(wěn)定性。同時經(jīng)過受力計算，采用增加斜撐等方式保證承力平臺的荷載承受能力和安全性。

圖3 陽角位置模板支撐體系搭設(shè)示意圖（來源：作者自繪）

3.2 根據(jù)市場調(diào)查確定搭設(shè)材料參數(shù)

通過力學(xué)計算確定材料參數(shù)外，還要考慮實際施工中的材料供應(yīng)情況。以西堡新苑工程為例，該工程在設(shè)計初期是按工字鋼計算受力，使用量大制造工藝復(fù)雜，導(dǎo)致成本較高。H 型鋼比工字鋼的貨源多，可在鋼廠直接定制，制造成本比工字鋼低，且可采用租賃的形式降低成本。因此在方案設(shè)計中為規(guī)避貨源不穩(wěn)定，使用H 型鋼替換工字鋼，并重新復(fù)核受力計算。

4 高層模板支撐體系下部承力結(jié)構(gòu)確定

搭設(shè)方法和材料參數(shù)確定后，需進(jìn)行安全驗算。可采用PKPM、3D3S等有限元分析和設(shè)計軟件，對整個支撐體系建模進(jìn)行受力分析。如整體安全計算不通過，則需在支撐原則不變的情況下調(diào)整搭設(shè)位置和材料規(guī)格，直到計算通過。方案確定后的專家論證及公司內(nèi)部的評審流程也是保證方案可行的重要一環(huán)，為順利實現(xiàn)方案設(shè)計目標(biāo)，不應(yīng)放棄任何可提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計隱患的機(jī)會。

5 高層模板支撐體系下部承力結(jié)構(gòu)的特點

5.1 施工速度快

在做好預(yù)埋件的制作及預(yù)埋前提下，承力平臺的搭設(shè)一般只需塔吊配合2 名工人及1 個電焊工即可，半天時間可將一棟樓的H 型鋼承力平臺全部安裝完畢并驗收。

5.2 安全性高

H 型鋼可以在鋼廠直接定制，質(zhì)量容易把控。承力平臺搭設(shè)方案一旦確定，便能快速計算受力。現(xiàn)場只要嚴(yán)格按方案設(shè)計進(jìn)行搭設(shè)，便可以保證整個模板支撐體系的安全。同時，承力平臺的隱蔽部位少，人工操作的工序少，人為失誤也大大降低。

5.3 技術(shù)適應(yīng)性廣

本文提出的搭設(shè)思路，通常應(yīng)用于高層懸挑結(jié)構(gòu)的施工中，尤其適用于普通工字鋼懸挑及花籃式懸挑無法完全適用的部位，在類似工程中具有普適性。

6 高層模板支撐體系下部承力結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制

6.1 施工準(zhǔn)備的質(zhì)量控制

嚴(yán)格審核進(jìn)場材料。審查供貨單位的資質(zhì)，檢查進(jìn)場材料尤其是H 型鋼的出廠證明和合格證明文件中的參數(shù)是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求，必要時應(yīng)取樣送實驗室復(fù)檢。材料接收人員除檢查以上項目外，還應(yīng)使用卷尺、卡尺等工具進(jìn)行現(xiàn)場檢查，只有符合要求的材料才允許進(jìn)場使用。

6.2 施工過程的質(zhì)量控制

在施工作業(yè)時，操作人員應(yīng)再次檢查使用的H 型鋼等材料，進(jìn)一步剔除生銹嚴(yán)重、有裂紋、有缺口等缺陷的材料。待材料吊至作業(yè)面，要根據(jù)方案及圖紙檢查H 型鋼及支撐加固架的擺放位置、挑出長度、懸挑比例及焊接質(zhì)量等。工人要進(jìn)行自檢，工長要進(jìn)行監(jiān)督。待施工完畢，要報方案編制人員、技術(shù)人員、監(jiān)理人員聯(lián)合檢查驗收。只有按檢查驗收意見整改完畢，才允許進(jìn)入下一道工序。

7 高層模板支撐體系下部承力結(jié)構(gòu)施工安全控制

高層懸挑搭設(shè)安全控制是所有工作的根本，安全出問題，一切工作都白費。在現(xiàn)場施工中，必須按圖紙要求進(jìn)行搭設(shè)，提前預(yù)防所有可能的危險。高層懸挑承力平臺主要有以下4個危險源。

7.1 架體坍塌

架體坍塌是高層懸挑承力平臺危險源之一，主要形成的原因有3 方面：第1，H 型鋼型號錯誤，材料有彎曲、裂縫、焊縫及嚴(yán)重銹蝕等缺陷；第2，H 型鋼固定端未固定牢固或U 型卡等固定措施失效；第3，懸挑端與固定端比例不符合規(guī)范，導(dǎo)致承載力達(dá)不到荷載要求[5]。

為防止架體坍塌，需要采取控制措施，具體為：第1，材料進(jìn)場檢查，施工時對材料質(zhì)量二次檢查；第2，驗收時對照圖紙，從挑出長度、擺放位置、材料外觀、固定措施的可靠性等方面全面檢查，杜絕安全隱患。

7.2 高空墜物及物體打擊

造成高空墜物及物體打擊的原因有：架體搭設(shè)人員搭設(shè)工具掉落、搭設(shè)材料掉落、平臺上堆放的材料掉落等造成下方人員傷亡。

為有效防止高空墜物及物體打擊危險的發(fā)生，可采取如下控制措施：第1，現(xiàn)場安全交底到位，要求工人嚴(yán)格按照方案規(guī)范施工；第2，搭設(shè)時檢查H 型鋼上方架體限位鋼筋有無漏焊；第3，工具放入專門的隨身工具包，架體上不得堆放材料；第4，現(xiàn)場人員必須戴安全帽；第5，在架體底部搭設(shè)硬質(zhì)防護(hù)，架體外側(cè)搭設(shè)水平挑網(wǎng)防止墜物傷人；第6，搭設(shè)和拆除時拉警戒線，并有專人警戒，禁止無關(guān)人員入內(nèi)。

7.3 高處墜落

高處墜落的發(fā)生主要有以下原因：第1，安全防護(hù)措施不到位，高處作業(yè)未使用安全帶等安全勞動防護(hù)用品；第2，鞋底打滑，臨邊防護(hù)設(shè)施缺失。

想要有效控制高空墜落，要做到如下3 點：第1，完善臨邊防護(hù)，采購合格的安全網(wǎng)；第2，拉設(shè)鋼絲繩，設(shè)置“生命線”；第3，對工人進(jìn)行安全技術(shù)交底，檢查“三寶”佩戴情況；第4，架體搭設(shè)人員必須持有特種作業(yè)證，現(xiàn)場必須規(guī)范施工，不可冒進(jìn)；第5，雷雨大風(fēng)天氣禁止室外高空作業(yè)；第6，架體底部安裝硬質(zhì)防護(hù)，掛設(shè)防墜網(wǎng)并做防墜落實驗，架體外部安裝水平挑網(wǎng)并做防墜落實驗。

7.4 火災(zāi)、觸電

發(fā)生火災(zāi)、觸電的情況是因為：第1，線路老化、磨損，容易出現(xiàn)漏電、觸電事故；第2，電焊火星容易點燃易燃物造成火災(zāi)；第3，雷擊。

為保證用火、用電安全，防止火災(zāi)、觸電情況發(fā)生，要做到：第1，嚴(yán)格規(guī)范作業(yè)，加強(qiáng)安全技術(shù)交底，提高作業(yè)人員的安全意識；第2，按規(guī)范配備足夠的消防器材，使用合規(guī)的電線由專業(yè)電工進(jìn)行接駁；第3，電動工具的使用確保一機(jī)一閘，使用前應(yīng)檢查空開等保險是否工作正常；第4，切割工具及電焊機(jī)的使用，應(yīng)配備防護(hù)罩及接火斗并向項目相關(guān)主管部門申請動火證；第5，安全網(wǎng)必須使用阻燃網(wǎng)，作業(yè)前應(yīng)清理作業(yè)面的可燃物；第6，應(yīng)對架體進(jìn)行防雷接地，雷雨天禁止作業(yè)[6]。

8 結(jié)語

使用現(xiàn)澆工藝對飛檐造型進(jìn)行施工時，存在很多困難。本文以西堡新苑項目為例，分析了飛檐造型模板支撐體系搭設(shè)問題的解決方法，給出了高層模板支撐體系下部承力結(jié)構(gòu)施工安全控制方法，能夠為相關(guān)研究提供借鑒。未來將進(jìn)一步作相關(guān)研究，為行業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。