高空悬挑高大模板支撑系统的设计与施工

2021-11-05宋君勇

建筑施工 2021年7期

关键词：立杆构架工字钢

宋君勇

鸿厦建设有限公司浙江温州 325000

随着人们生活水平的提高，对住宅建筑的风格及得房率的要求也更高，有些建筑设计师在保证建筑方正的前提下增加复杂的屋面构架来体现建筑的多样性，然而高空悬挑钢筋混凝土屋面构架的采用给模板支撑系统设计及施工带来巨大的挑战[1-7]。

若采用普通落地钢管扣件式满堂脚手架，将无法满足JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》的相关规定，因此本工程采用型钢悬挑脚手架作为悬挑屋面构架的模板支撑系统。

1 工程概况

万科·理想之城位于浙江省温州市龙湾区瓯海大道与龙江路交叉口西北角，建设用地面积为65 148 m2，总建筑面积为227 827.45 m2（其中地上建筑面积为176 060.74 m2，地下建筑面积为4 8 8 9 5.9 4 m2，架空层建筑面积为2 870.77 m2）。

该工程主要由16栋高层住宅（15层和17层高层住宅各4栋、26层高层住宅8栋）、1栋3层的幼儿园和4栋1层的配电房组成。

8栋26层的高层住宅建筑顶部四周设有钢筋混凝土屋面构架，局部净跨度为18.20 m的屋面构架底部距离室外地下室顶板面为84.40 m。

2 屋面构架高大模板支撑系统设计

2.1 高大模板支撑系统的定义

根据《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》（建质[2009]254号）的规定：高大模板支撑系统是指建设工程施工现场混凝土构件模板支撑高度超过8 m，或搭设跨度超过18 m，或施工总荷载大于15 kN/m2，或集中线荷载大于20 kN/m的模板支撑系统。

2.2 高空屋面构架概况

本工程8栋26层的高层建筑的北侧凹口上方标高83.80 m处的钢筋混凝土屋面构架宽3.80 m、跨度18.20 m（以1#楼为例，如图1所示）。

图1 1#楼北侧凹口处屋面结构

屋面构架的悬挑梁截面均为200 mm×600 mm，双层板（上层板厚8 0 m m，下层板厚1 2 0 m m），内侧檐沟深度为4 8 0 m m、宽度为2 8 0 m m，屋面构架顶面标高为8 3.8 0 m，地下室顶板面标高为－1.20 m，悬空高度为84.40 m，高宽比为22.2，远大于规范要求，无法采用普通钢管扣件式落地脚手架作为屋面构架的模板支撑系统。

根据实际情况，工程只能采用型钢悬挑脚手架作为模板支撑系统的竖向承载基础。

2.3 高空悬挑高大模板支撑系统的设计

2.3.1 悬挑楼层的选择

每栋26层的高层建筑北侧凹口上方在屋面处设有悬挑梁，因此需要在26层楼面和屋面设置悬挑型钢，高空悬挑高大模板支撑系统高度最大为7.65 m，凹口两侧为4.65 m（26层楼面标高76.15 m，屋面标高79.15 m，屋面构架顶面标高83.80 m）。

2.3.2 悬挑工字钢的选择

屋面构架外边与建筑北侧凹口处的外墙轴线（即为悬挑工字钢外锚点位置）间距为3.30 m，最大钢筋混凝土悬挑梁截面为200 mm×600 mm，最外排立杆与屋面构架距离设定为500 mm，最外排立杆中心线距工字钢外端为100 mm，因此工字钢悬挑长度应为3.90 m。

根据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》第6.10.2条的规定：“钢梁截面不应小于160 mm，且内锚长度不应小于悬挑长度的1.25倍”，选择的悬挑工字钢规格及使用部位如下：

1）建筑北侧凹口处为18#工字钢（长9.0 m），共16根，26层为悬挑层。

2）建筑北侧凹口两侧为18#工字钢（长3.0 m），共6根，屋面层为悬挑层。

2.3.3 搁置工字钢的设置

建筑北侧凹口中心处为净宽1.4 m的采光井空洞，该处不便于悬挑工字钢，立杆底部采用18#工字钢（长6.0 m）搁置在采光井两侧各3根悬挑工字钢上，总共6根，首根工字钢中心离墙面650 mm，工字钢间距由内向外依次为800、800、800、650 mm。

2.3.4 悬挑工字钢上的立杆设置

本工程屋面构架的模板支撑立杆、水平杆以及剪刀撑均采用φ48 mm×3.0 mm的无缝钢管，钢管之间采用扣件连接。

26层楼面的悬挑工字钢（长9.0 m）上设置5根立杆，立杆间距由内向外依次为800、800、800、650 mm，最外排立杆中心距悬挑工字钢外端为100 mm，第1排立杆中心距墙面为650 mm。屋面的悬挑工字钢（长3.0 m）上设置4根立杆（其中2根立杆在悬挑段，2根在锚固段），立杆间距由内向外依次为800、800、650 mm，最外排立杆中心距悬挑工字钢外端为100 mm。

屋面构架模板支撑系统的另外3根立杆直接立于屋面结构层上。搁置工字钢上设置8根立杆，立杆间距均为800 mm（图2～图5）。

图2 1#楼北侧凹口处26层的悬挑工字钢及立杆平面布置

图3 1#楼北侧凹口处屋面的悬挑工字钢及立杆平面布置

图4 A-A剖面

图5 B-B剖面

2.3.5 扫地杆及纵横水平杆设置

屋面构架的高大模板支撑系统的纵横扫地杆离26层悬挑工字钢顶面320 mm，纵横水平杆步距从扫地杆开始依次为1 600、1 600、1 600、1 608 mm。

2.3.6 悬挑梁安全计算

1）悬挑工字钢（长9.0 m）安全验算。新浇筑混凝土自重标准值为24 kN/m3，混凝土梁钢筋自重标准值为1.5 kN/m3，混凝土板钢筋自重标准值为1.1 kN/m3，施工荷载标准值为3 kN/m2，支撑脚手架计算单元上集中堆放的物料自重标准值为1 kN，梁底立杆纵横向间距均为800 mm，板底立杆纵横向间距均为800 mm。

采用品茗安全计算软件分别计算梁和板底立杆承受的荷载，得出悬挑工字钢上立杆承受的荷载由里向外依次为10.940、10.940、14.218、14.218、4.266 kN（图6），然后再选择“多排悬挑架主梁验算”模块进行相应验算，得出悬挑主梁的抗弯、抗剪和挠度均满足要求，下撑杆件（无缝钢管φ100 mm×3.0 mm）的轴心受压及对缝焊接均满足要求。

图6 18#工字钢（长9.0 m）悬挑段上的立杆及下撑设置示意

2）悬挑工字钢（长3.0 m）安全验算。根据图2可得悬挑工字钢（长3.0 m）上立杆承受的荷载由里向外依次为14.218、4.266 kN（图7），验算得出悬挑主梁的抗弯、抗剪和挠度均满足要求。

图7 18#工字钢（长3.0 m）悬挑段上的立杆设置示意

3 高空悬挑高大模板支撑系统施工

3.1 下撑杆下端固定钢板及U形锚固螺栓预埋

3.1.1 下撑杆下端固定钢板预埋

在25层结构施工时，待梁钢筋绑扎完成后、铝模安装前，在外下撑杆下端固定点处预埋钢板，外下撑杆下端固定钢板规格为200 mm×150 mm×10 mm，共16块〔图8（a）〕，固定钢板中心距梁底200 mm；待25层的钢筋混凝土墙钢筋绑扎完成后、铝模安装前，在内下撑杆下端固点处预埋钢板，规格为250 mm×150 mm×10 mm，共16块〔图8（b）〕，固定钢板中心距25层结构板面150 mm。

图8 下撑杆下端预埋钢板

3.1.2 U形锚固螺栓预埋

在26层结构施工时，待梁板模板搭设完成后，在模板上按照图2用墨斗弹出悬挑工字钢（长9.0 m）中心线，并标出U形锚固螺栓位置，待梁板钢筋绑扎完成后，按照图2和图6安装U形锚固螺栓。

在屋面结构施工时，待梁板模板搭设完成后，在模板上按照图3用墨斗弹出悬挑工字钢（长3.0 m）中心线，并标出U形锚固螺栓位置，待梁板钢筋绑扎完成后，按照图3和图7安装U形锚固螺栓。

3.2 悬挑工字钢安装

悬挑工字钢（长9.0 m）运到现场后，先按照图4和图6将下撑杆（无缝钢管φ100 mm×3.0 mm）与悬挑工字钢焊接牢固，待26层梁板混凝土浇筑完成且混凝土强度达到设计强度70%以上后，采用塔吊吊装悬挑工字钢，悬挑工字钢就位后按照图9进行固定，最后将下撑杆与预埋钢板焊接牢固。

图9 悬挑工字钢U形螺栓固定构造

屋面梁板混凝土浇筑完成且混凝土强度达到设计强度70%以上后，采用塔吊吊装悬挑工字钢（长3.0 m），悬挑工字钢就位后按照图9进行固定。

3.3 水平防护钢管及搁置梁安装

悬挑工字钢（长9.0 m）全部安装并固定好，且下撑杆与预埋钢板焊接牢固后，在悬挑段上面垂直悬挑工字钢搭设水平防护钢管。

首根防护钢管离墙面150 mm，其余防护钢管间距均为200 mm，并在水平防护钢管上铺设密目安全网，最后按照图2安装搁置工字钢（长6.0 m）。

3.4 高大模板支撑系统的立杆、纵横扫地杆和水平杆搭设

26层的悬挑工字钢上的防护安全网铺设好后，按照图2由内向外的顺序搭设立杆和纵横扫地杆，第1排立杆离墙面650 mm，立杆横向间距分别为800、800、800、650 mm，立杆纵向间距两侧为700 mm、中间均为800 mm，扫地杆中心离悬挑工字钢上表面为320 mm，再搭设第1步纵横水平杆，然后搭设该部位的屋面悬挑梁底承重的纵横水平杆，并安装相应的梁模板和布置钢筋，悬挑梁与屋面混凝土同时浇筑。

悬挑梁侧模板拆除后，按照图4采用钢管和扣件连接悬挑梁两侧的立杆，防止高大模板支撑系统晃动。屋面层的悬挑工字钢安装完成后，搭设屋面构架的其余立杆和纵横水平杆，并搭设屋面构架两侧的水平防护栏杆和挂好最外侧安全网。