一种新型支撑架体系在悬挑混凝土结构中的应用

陈 飞 王天乙 汪能亮 叶钧涛

浙江省建工集团有限责任公司 浙江 杭州 310012

针对建筑物外挑结构，传统施工工艺是利用扣件式斜撑架体系来支撑上部荷载，随着施工工艺的不断革新、进步，目前盘扣架斜撑体系也较多地运用于外挑结构的施工，但上述工艺在对长度超过1.2 m的外挑结构施工时，存在较大安全风险，易出现斜撑架体系倾覆事故。相对而言，悬挑支撑架体系在构件高度高、外挑长度长的建筑物外挑结构施工中的优势与作用凸显了出来，其推广应用，将成为必然趋势[1-7]。

1 工程概况

遵义红星美凯龙家居生活广场项目为商业综合体建筑，结构类型为框架结构，总建筑面积152 000 m2，下部为4层裙房，上部为3栋主楼，建筑层数为18层。主楼建筑高度75.7 m，外围围护结构周长104.6 m，其屋面结构较为复杂，围护结构四周均存在外挑结构板，外挑结构板外挑长度分别为1.5、2.0、2.5 m，外挑结构板厚度为120 mm，板底距地下室顶板79.9 m。外挑结构板节点构造如图1所示。

图1 外挑结构板节点示意

2 外挑结构板支撑体系的选型

该外挑结构板高度较高，均位于围护结构外侧，常规的扣件式钢管支撑架、盘扣式钢管支撑架均无法满足搭设高度要求，该结构板的施工存在较大安全风险。利用悬挑脚手架的施工原理，在下一层楼板位置进行工字钢的设置及下撑槽钢的焊接，形成1个三角架支撑基础，根据支模架搭设原理进行支撑工字钢数量的确定，综合考虑上部结构荷载及施工荷载，以该三角架体系为受力分析模型进行支撑基础体系的受力验算，满足其稳定性及承载力要求。在受力分析承载力满足要求的前提下，通过一系列的细部构造优化，使支模架与悬挑工字钢充分结合，形成1个完整的悬挑结构支撑架体系。悬挑支撑架体系模型如图2所示。

图2 悬挑支撑架体系模型

3 悬挑支撑架体系的施工设计

本节以外挑长度2.5 m为例，对悬挑支撑架体系的施工设计进行介绍。

悬挑支撑架体系由16#工字钢、10#槽钢、预埋钢板、预埋U形环（采用φ16 mm圆钢制成）、固定压板、支模架钢管组成。施工前，对外挑结构梁板进行分析，确定外挑长度、宽度，其中外挑长度及外挑板厚度是结构荷载分析的要点，通过对其分析并结合施工经验，计算混凝土浇筑过程中所受施工荷载，从而确定悬挑支撑架体系所受全部荷载。

通过外挑结构板悬挑长度确定工字钢长度，进行受力验算，明确斜撑槽钢与工字钢连接点并结合预埋钢板位置来确定斜撑槽钢长度。工字钢固定方式及外挑长度参照悬挑脚手架施工原理。

经验算，悬挑支撑架体系相关参数如下：工字钢主梁间距900 mm，外挑长度2 500 mm，楼板内锚固长度2 100 mm，下撑杆与主梁外锚固点水平距离2 000 mm，下撑杆角度45°，工字钢主梁上部设置3排支模架立杆，立杆间距900 mm。

4 施工工艺流程

悬挑支撑架设置深化分析→预埋件预埋→悬挑工字钢及斜撑槽钢安装→支模架搭设→外挑结构梁板混凝土浇筑→悬挑支撑架体系的拆除及再利用

5 施工技术要求

5.1 预埋件预埋

U形环采用φ16 mm圆钢制作，其材质符合GB/T 1499.1—2017《钢筋混凝土用钢 第1部分：热轧光圆钢筋》中HPB300级钢筋规定。预埋节点如图3所示。

图3 U形环预埋节点

5.2 悬挑工字钢及斜撑槽钢安装

悬挑支撑架体系主梁采用16#工字钢，截面面积26.1 cm2，质量20.5 kg/m；斜撑槽钢为10#槽钢。工字钢及槽钢选用Q235B热轧钢材，性能指标均满足GB/T 2101—2017《型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定》及标准GB/T 700—2006《碳素结构钢》要求。

5.2.1 工字钢放置

根据深化设计得到的16#工字钢锚固、悬挑长度做好材料准备，并根据支模架搭设立杆间距及排数，在钢梁上焊接高100 mm、直径20 mm的钢筋用来进行立杆定位。

待预埋件结构层混凝土浇筑完成并达到一定强度后，即进行工字钢的放置。

5.2.2 斜撑槽钢固定

斜撑槽钢长度及定位根据深化设计来确定，原材料加工完毕后即可进行槽钢与悬挑工字钢的连接，连接方式为焊接。焊接前，槽钢两端应根据深化设计角度进行切割打磨，使其能够与下部预埋钢板及上部悬挑工字钢100%接触，使整个三角架支撑体系牢固地连接成整体，下部预埋钢板可设置于下部楼层剪力墙外侧，无剪力墙处可设置于外围结构梁上部。

焊接施工注意事项：

1）焊接前，槽钢做好切割，切割面需同时与预埋钢板、工字钢充分接触。

2）焊缝表面和热影响区不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、烧穿和焊瘤等质量缺陷。自动焊表面不得有未焊透、咬边和凹坑等质量缺陷。焊缝上的熔渣和两侧的飞溅物必须清除干净。

3）焊缝与母材应圆滑过渡。

4）焊缝的咬边深度不得大于0.5 mm，咬边的连续长度不得大于100.0 mm，焊缝两侧咬边的总长度不得超过该焊缝长度的15%。

5）焊缝不得有低于母材的凹瘤，低于母材的凹瘤深度不得大于0.5 mm，凹瘤的连续长度不得大于10.0 mm，凹瘤的总长度不得大于该焊缝总长度的10%。

5.3 支模架搭设

支模架钢管根据方案要求搭设于悬挑工字钢体系之上，钢管圆孔套于焊接钢筋位置，防止立管在受力状态下滑移。纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200 mm处的立杆上，横向扫地杆应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。支模架立杆间距900 mm，步距1 500 mm，立杆上部标高采用可调托撑进行调节；可调托座与钢管交界处应设置横向水平杆，托撑顶与水平杆的高度差不应大于500 mm，伸出钢管顶部不得大于200 mm。

5.4 外挑结构板混凝土浇筑

外挑结构梁板混凝土在浇筑之前，应对屋面悬挑支撑架体系进行验收。验收分2个部分：一是对悬挑工字钢的放置及斜撑槽钢的固定进行检查验收，确保其满足规范要求；二是根据支模架搭设方案对工字钢上部支模架进行验收。上述工序均验收合格后方可进行混凝土浇筑，浇筑时应从中间向两侧均匀进行。

6 结语

本项目通过悬挑支撑架体系的运用，解决了屋面大悬挑结构板的施工难题。在进行屋面或楼层板造型独特的外挑构件施工时，均可以采用此施工技术。该施工技术相比传统的斜撑支撑架体系，具有更高的安全系数，更好的成本效益，能更有效地避免结构施工的安全与质量风险。在建筑外观造型日趋复杂、多样的发展格局下，外挑结构在工程建设中将会更常见，悬挑支撑架体系作为更适合外挑结构施工的脚手架体系，必将成为主导性的施工体系，该工艺必将会有更为广阔的应用空间。