高层悬空大跨弧形梁支撑施工技术

赵剑平，陈钧颐，黄建和

（泰兴一建建设集团有限公司，江苏 泰兴 225400）

1 工程概况

大嘉汇·尚悦一期-3#、5#、6#、8# 住宅楼及其商业裙楼工程,3#、5#楼为 33层住宅楼，建筑高度为 98.15 m；6#、8#楼为 30层住宅楼,建筑高度100.50 m。总建筑面积为 115 815.26 m2。3#、5#、6#、8#四栋楼北立面在26层/29层处设计了一个圆弧梁，梁跨度8 100 mm，两端与采光井两端的柱子相连，梁截面高度为2 950～3 450 mm，平面尺寸上弧形梁距离建筑物边达5 100 mm，其中3#、5#楼圆弧梁从 29层楼面向下悬挂2 950～ 3 450 mm,6#、8#楼圆弧梁从26层楼面向下悬挂2 950～3 450 mm。一方面由于弧形梁地处高空，横跨建筑物的采光井，下端悬空、无任何可靠作业施工面，搭设模板支撑系统困难，再者截面尺寸很高，施工荷载较大，给施工带来了很大难度，施工方案必须经过严密计算论证，确保安全。

2 方案的选择

2.1 方案1

搭设落地式钢管脚手架，但弧形梁处于26/29层楼面处，搭设工作量过于庞大，费工耗时，成本上不经济，工期上滞后，且搭设如此高度的模板支撑系统也不稳定(支撑高度超过8 m即属于高支模体系，此方案架体高度将近80 m)，普通施工工艺无法达到很好的安全保障，给施工带来较大安全隐患。

2.2 方案2

考虑在采光井纵横方向搁置工字钢作为主要受力构件，在工字钢上搭设钢管支撑系统，该方案结构受力明确，虽然工字钢一次性投入较大，但可周转使用，相对成本不大，通过验算，采取一定的构造措施即可使支撑体系的安全性得到较好保证。

3 方案简介

（1）选用 18#工字钢，3#、5#楼从 27层开始搭设工字钢支撑脚手架，6#、8#楼从 24层开始搭设工字钢支撑脚手架。在工字钢搁置的楼面上预埋钢筋环，做法同工字钢悬挑脚手架，确保工字钢锚固端牢固可靠。

（2）先摆放横向工字钢作为主梁，间距1700mm，因为与弧形梁底支撑钢管立杆接触的工字钢是受力最大的，所以弧形梁下端并排摆放两根工字钢。再摆放纵向工字钢作为次梁，间距1 200 mm。

（3）两根并排摆放的横向工字钢与纵向工字钢节点处（共 7个节点）采用钢丝绳反拉，防止横向工字钢变形过大。

（4）搭设梁底支撑钢管支撑系统及施工作业用脚手架，所有钢管立杆底端均落在纵向工字钢上，以6#/8#楼为例工字钢摆放平面布置、剖面如图1，2所示。

图1 支撑系统平面布置

图2 支撑系统剖面

4 受力计算

4.1 验算思路

纵向工字钢在工字钢平台中看作框架的次梁，横向工字钢看成主梁，次梁承受弧形梁结构支撑立杆传来的集中力，主梁承受次梁传来的集中力。 主要验算工字钢的抗弯强度、变形、抗剪强度的验算。

4.2 计算假定

（1）因为弧形梁构件截面高度在2950～3450mm，如果一次性浇筑，梁侧模板的侧向刚度不易保证，且模板制作时的加固措施较为繁琐，再者梁底支撑立杆承受的荷载较大，传至工字钢的集中荷载相应加大。综上所述，为安全起见，每次浇筑高度暂定1 000 mm，验算时取梁截面高度为1 000 mm。

（2）假定纵向工字钢搁置在建筑物端为铰接。

4.3 验算纵向工字钢受力情况

横向工字钢受力示意如图3，4所示。

Ra/Rb/Rc即弧形梁底支撑立杆传来的集中力，梁底支撑如图3所示，梁底立杆纵向间距同横向工字钢＠1 200 mm，可求得 Ra=Rc=0.45 kN、Rb=9.5 kN，继而求得支座D的支座反力Rd=13.4 kN，杆件的最大弯矩在 D支座，Mmax=Md=3.98 kN·M,计算 σ=抗弯承载力满足要求。 最大挠度出现在横向工字钢最右侧悬挑端挠度验算满足规范要求。

图3 横向工字钢受力示意

图4 梁底支撑

4.4 验算纵向工字钢

选择受力最大的两根并列工字钢进行验算，两根工字钢共同分担上部次梁（纵向工字钢）传来的集中力，f=Rd/2=6.7 kN。横向工字钢受力如图5所示。

图5 横向工字钢受力示意

5 施工实施

5.1 工艺流程

预埋工字钢锚固钢筋环→摆放工字钢→满铺脚手板→搭设支模系统及脚手架→反拉钢丝绳→检查验收→混凝土分段。

5.2 施工要点

（1）在浇筑24层楼面前，根据设计计算的工字钢间距预埋锚固钢筋环，以免在放置工字钢时出现错位和受力与理论相差过大的情况。

（2）在 24层楼面浇筑 2～3 d混凝土达到一定强度后，吊装工字钢，吊装必须由专业架子工施工，工字钢两端与预埋钢筋环用木楔固定。在工字钢上搭设钢管支模架及脚手架，工字钢平台上铺脚手板。

（3）弧形梁支模过程中，必须使用对拉螺杆，防止混凝土浇筑过程中出现爆模或涨模现象。搭设必须严格按照方案执行，各项参数必须符合设计计算要求。

（4）扣件螺栓拧紧扭力矩应达 40～60 N·m，以保证节点具有足够刚性和传递荷载的能力。

5.3 检查验收

架体搭设完成后，由总监理工程师、专业监理工程师、项目经理、技术负责人、专职安全员等联合验收，形成验收记录，验收合格后方可投入使用（图6）。

图6 高层悬空大跨弧形梁支撑体系立面

6 其他注意事项

（1）浇筑混凝土时必须分段浇筑。

（2）由于工程结构的特殊性（弧形结构），施工难度相对较大，施工前要专人采用 CAD辅助放线，在地面上画出弧形大样后再制作模板，确保尺寸准确无误。

（3）悬挑工字钢上不支设钢管架，钢管架设在工字钢面时工字钢上焊接25 mm钢筋内胆，且长度必须大于100 mm。

（4）严格按施工方案实施，避免随意更改工字钢规格、间距，避免随意除去加固或拉结点，施工过程中必须技术负责人、专职安全员等到场监督。施工中避免骤然的巨大荷载作用在悬挑架体上。工字钢平台形成后，必须满铺脚手板，并绑扎牢靠，最外排脚手架外满挂安全网，形成封闭的整体。工字钢吊装固定时必须由专人指挥吊装。

（5）混凝土浇筑过程中，要安排专人观测支撑体系，关注支撑体系的变化情况，发生较大或突然变形，必须及时向上汇报。

7 结语

利用工字钢搭建操作平台的方法，操作简便，施工成本低廉，受力形式明确可靠。但是在方案制定过程中，仍然必须全面细致地策划，保证设计计算可靠准确，在施工过程中严格按照审批的施工方案进行，确保支撑体系受力合理，安全可靠。