飞檐造型模板支撑体系下部承力结构设计研究

罗宏彪 戴立鹏

随着现代建筑的发展，人们对居住环境的要求不断提高，住宅设计中往往会在建筑顶部设计一些能突出地方特色且使建筑更加美观的造型[1-2]。但一些特殊造型容易带来施工困难。例如，具有福建地方特色的飞檐造型就是其中之一。飞檐造型是一种悬挑结构，部分挑出楼体外部。由于飞檐造型位于高层建筑顶部，当采用现浇混凝土工艺施工时，其挑出屋面部分的模板支撑架很难搭设，而使用钢结构工艺时，直接吊装拼接即可完成施工，并不涉及模板支撑架。

因此，设计单位一般会将这类悬挑造型设计为钢结构，以达到规避支撑体系搭设的目的。但钢结构的成本往往是现浇工艺成本的数倍，若能使用现浇工艺浇筑飞檐造型，则有利于控制工程成本[3-4]。为解决现浇施工中的模板支撑体系搭设问题，本文提出使用H 型钢搭设钢平台作为架体底部承力部分，然后在钢平台上搭设模板支撑架。

1 项目概况

西堡新苑项目位于福建省晋江市永和镇，为35 栋保障性住房，楼栋高78.5 ～99.5 m。每栋建筑顶部均设计有飞檐造型（图1）。造型采用现浇混凝土工艺进行浇筑，目前已经施工完毕。

图1 屋顶飞檐造型效果图（来源：作者自绘）

2 高层模板支撑体系下部承力结构搭设工艺确定

高层模板支撑架体的承力结构，通常采用悬挑工字钢进行搭设。但当悬挑长度较大且结构不规则时，整个支撑体系的受力会变得很复杂。悬挑越大，安全性及可靠性越差。尤其当悬挑长度达到甚至超过3 m 时，会影响整个支撑体系的安全性，因此对整个支撑体系的材料强度、受力安全性分析提出更高的要求。

设计一个可靠的承力结构搭设方案是此飞檐造型施工的关键。方案要符合现行国家规范、标准，并且考虑工程所在地地方性标准还要结合现场实际情况和当地建设主管部门验收要求，进行综合设计。例如，西堡新苑项目所在地建设主管部门明确禁止采用脚手架管斜撑的方式作为模板支撑，脚手架管平挑长度也有严格限制，这就导致方案设计时要综合考虑各种因素。经过成本、工期、可靠性等方面对比，项目最终选用H 型钢作为承力结构搭设的材料。

确定承力结构搭设思路时，首先要考虑现场实际情况。例如，当H 型钢搭设在屋面层时，会影响女儿墙的浇筑。结合国家相关规范中悬挑架搭设高度不得超过20 m 的强制性规定，最终确定承力平台搭设在顶层底板处，斜拉钢丝绳拉结于屋面结构预埋环上，钢丝绳不参与受力计算[5-6]。确定搭设位置后，便可以根据顶部飞檐造型结构的形状、挑出长度、所在位置设计模板支撑体系。通过计算明确各部位的受力情况，最终确定满足安全受力条件下所需材料的规格。

为保证承力平台的稳定性，制订方案时应避免一些可能存在安全隐患的设计。例如，H 型钢的最大堆叠层不得超过两层，间距尽量按上方支撑架体的模数进行设置，以减少连梁的数量。这样在整个支撑体系方面就建立起一个大概模型，然后根据实际施工可能遇到的情况进行局部调整。

3 高层模板支撑体系下部承力结构材料参数确定

搭设承力平台的目的是为上部模板支撑架提供承载平台。平台不仅要提供足够的承载力，还要具有安全、稳定、可靠的属性。本文结合实际工程，从以下2 个方面讨论如何确定高层模板支撑体系下部承力结构材料参数。

3.1 根据受力计算确定搭设材料参数

凹型结构处模板支撑体系搭设示意图（图2）。通过综合分析混凝土重量、模板支撑架体的自重、施工活荷载等各种因素，可得出整个承力平台的荷载值。根据整个承力平台承受的荷载，结合H 型钢布设位置，可计算出最不利荷载点的位置。

图2 凹型结构处模板支撑体系搭设示意图（来源：作者自绘）

阳角（图3）的受力与其他位置不同，但解决思路一样，通过安全计算，利用现场的条件增加其安全性。如此部位的H 型钢除正常的U 型卡环外，还要求尾部探入剪力墙中，增强H 型钢的承载力和整体稳定性。同时经过受力计算，采用增加斜撑等方式保证承力平台的荷载承受能力和安全性。

图3 阳角位置模板支撑体系搭设示意图（来源：作者自绘）

3.2 根据市场调查确定搭设材料参数

通过力学计算确定材料参数外，还要考虑实际施工中的材料供应情况。以西堡新苑工程为例，该工程在设计初期是按工字钢计算受力，使用量大制造工艺复杂，导致成本较高。H 型钢比工字钢的货源多，可在钢厂直接定制，制造成本比工字钢低，且可采用租赁的形式降低成本。因此在方案设计中为规避货源不稳定，使用H 型钢替换工字钢，并重新复核受力计算。

4 高层模板支撑体系下部承力结构确定

搭设方法和材料参数确定后，需进行安全验算。可采用PKPM、3D3S等有限元分析和设计软件，对整个支撑体系建模进行受力分析。如整体安全计算不通过，则需在支撑原则不变的情况下调整搭设位置和材料规格，直到计算通过。方案确定后的专家论证及公司内部的评审流程也是保证方案可行的重要一环，为顺利实现方案设计目标，不应放弃任何可提前发现设计隐患的机会。

5 高层模板支撑体系下部承力结构的特点

5.1 施工速度快

在做好预埋件的制作及预埋前提下，承力平台的搭设一般只需塔吊配合2 名工人及1 个电焊工即可，半天时间可将一栋楼的H 型钢承力平台全部安装完毕并验收。

5.2 安全性高

H 型钢可以在钢厂直接定制，质量容易把控。承力平台搭设方案一旦确定，便能快速计算受力。现场只要严格按方案设计进行搭设，便可以保证整个模板支撑体系的安全。同时，承力平台的隐蔽部位少，人工操作的工序少，人为失误也大大降低。

5.3 技术适应性广

本文提出的搭设思路，通常应用于高层悬挑结构的施工中，尤其适用于普通工字钢悬挑及花篮式悬挑无法完全适用的部位，在类似工程中具有普适性。

6 高层模板支撑体系下部承力结构施工质量控制

6.1 施工准备的质量控制

严格审核进场材料。审查供货单位的资质，检查进场材料尤其是H 型钢的出厂证明和合格证明文件中的参数是否符合国家标准和设计要求，必要时应取样送实验室复检。材料接收人员除检查以上项目外，还应使用卷尺、卡尺等工具进行现场检查，只有符合要求的材料才允许进场使用。

6.2 施工过程的质量控制

在施工作业时，操作人员应再次检查使用的H 型钢等材料，进一步剔除生锈严重、有裂纹、有缺口等缺陷的材料。待材料吊至作业面，要根据方案及图纸检查H 型钢及支撑加固架的摆放位置、挑出长度、悬挑比例及焊接质量等。工人要进行自检，工长要进行监督。待施工完毕，要报方案编制人员、技术人员、监理人员联合检查验收。只有按检查验收意见整改完毕，才允许进入下一道工序。

7 高层模板支撑体系下部承力结构施工安全控制

高层悬挑搭设安全控制是所有工作的根本，安全出问题，一切工作都白费。在现场施工中，必须按图纸要求进行搭设，提前预防所有可能的危险。高层悬挑承力平台主要有以下4个危险源。

7.1 架体坍塌

架体坍塌是高层悬挑承力平台危险源之一，主要形成的原因有3 方面：第1，H 型钢型号错误，材料有弯曲、裂缝、焊缝及严重锈蚀等缺陷；第2，H 型钢固定端未固定牢固或U 型卡等固定措施失效；第3，悬挑端与固定端比例不符合规范，导致承载力达不到荷载要求[5]。

为防止架体坍塌，需要采取控制措施，具体为：第1，材料进场检查，施工时对材料质量二次检查；第2，验收时对照图纸，从挑出长度、摆放位置、材料外观、固定措施的可靠性等方面全面检查，杜绝安全隐患。

7.2 高空坠物及物体打击

造成高空坠物及物体打击的原因有：架体搭设人员搭设工具掉落、搭设材料掉落、平台上堆放的材料掉落等造成下方人员伤亡。

为有效防止高空坠物及物体打击危险的发生，可采取如下控制措施：第1，现场安全交底到位，要求工人严格按照方案规范施工；第2，搭设时检查H 型钢上方架体限位钢筋有无漏焊；第3，工具放入专门的随身工具包，架体上不得堆放材料；第4，现场人员必须戴安全帽；第5，在架体底部搭设硬质防护，架体外侧搭设水平挑网防止坠物伤人；第6，搭设和拆除时拉警戒线，并有专人警戒，禁止无关人员入内。

7.3 高处坠落

高处坠落的发生主要有以下原因：第1，安全防护措施不到位，高处作业未使用安全带等安全劳动防护用品；第2，鞋底打滑，临边防护设施缺失。

想要有效控制高空坠落，要做到如下3 点：第1，完善临边防护，采购合格的安全网；第2，拉设钢丝绳，设置“生命线”；第3，对工人进行安全技术交底，检查“三宝”佩戴情况；第4，架体搭设人员必须持有特种作业证，现场必须规范施工，不可冒进；第5，雷雨大风天气禁止室外高空作业；第6，架体底部安装硬质防护，挂设防坠网并做防坠落实验，架体外部安装水平挑网并做防坠落实验。

7.4 火灾、触电

发生火灾、触电的情况是因为：第1，线路老化、磨损，容易出现漏电、触电事故；第2，电焊火星容易点燃易燃物造成火灾；第3，雷击。

为保证用火、用电安全，防止火灾、触电情况发生，要做到：第1，严格规范作业，加强安全技术交底，提高作业人员的安全意识；第2，按规范配备足够的消防器材，使用合规的电线由专业电工进行接驳；第3，电动工具的使用确保一机一闸，使用前应检查空开等保险是否工作正常；第4，切割工具及电焊机的使用，应配备防护罩及接火斗并向项目相关主管部门申请动火证；第5，安全网必须使用阻燃网，作业前应清理作业面的可燃物；第6，应对架体进行防雷接地，雷雨天禁止作业[6]。

8 结语

使用现浇工艺对飞檐造型进行施工时，存在很多困难。本文以西堡新苑项目为例，分析了飞檐造型模板支撑体系搭设问题的解决方法，给出了高层模板支撑体系下部承力结构施工安全控制方法，能够为相关研究提供借鉴。未来将进一步作相关研究，为行业发展贡献力量。