80 m高空大悬挑斜折形混凝土结构施工技术

陕西建工第九建设集团有限公司 榆林 719000

1 工程概况

神木新村产业发展服务中心工程位于陕西省神木县，总建筑面积137 263 m2，地下2 层，地上16 层，建筑高度79.55 m，地下室为车库、设备用房等，地上以办公用房为主，涵盖会议、接待、健身等多需求用房的综合大楼。工程效果图及分区情况见图1、图2。

图1 工程效果图

图2 工程分区示意

该工程A、B、C区从结构标高69.5 m处（第13层）起对称设有：先外扩45°斜向上后向内45°收、结构转折处悬挑水平跨度5.791 m的斜折形钢筋混凝土结构造型。其斜撑为6 00 mm×600 mm钢筋混凝土柱、间距9 m，水平连梁共5 道、截面尺寸为300 mm×600 mm，斜板厚度100 mm，混凝土强度等级均为C35，如图3所示。

本工程悬挑部分施工整体部署为：先完成主楼部分的主体结构，预留结构锚筋，后施工悬挑部分并与主体结构封闭交圈。

图3 斜折形钢筋混凝土悬挑结构

2 支模思路及难点分析

2.1 支模思路

利用桁架杆件下撑、斜拉钢丝绳上拉与工字钢挑梁及系杆形成高空悬挑模板支撑平台，在起悬挑层的下3 层（-3层）混凝土楼板完成之后立即布设悬挑工字钢，其一端固定于已完成结构面，悬挑端采用斜拉钢丝绳与-2层结构边梁相锚，在工字钢上搭设桁架杆件支撑架（下撑架或基础架），一直搭设到-1层结构板面，作为悬挑部分模板架体的支撑[1-3]。

在-1层结构板面按一定间距布设悬挑工字钢，将悬挑工字钢一端固定于已完成结构面，在悬挑端和中部采用斜拉钢丝绳于上层结构边梁，形成能够支撑上部悬挑结构的封闭的操作平台。

具体来说：

为满足施工要求，从55.9 m高度和65.3 m高度2 次悬挑16#工字钢，在悬挑工字钢的端部600 mm处和中部焊接抗滑移桩以便锚固斜拉钢丝绳，荷载由下部斜撑和上部斜拉钢丝绳承担。水平悬挑工字钢上搭设满堂脚手架作为屋面模板支撑体系，屋面悬挑结构高度为77.55 m，模板支撑搭设高度为12.25 m，悬挑结构水平投影面积为2 120 m2。

为保证下部支撑架的整体稳定性，支撑架采取抱柱与内部满堂架连成整体，采用钢管和直角扣件与型钢进行连接来保证型钢平台的整体稳定性。平台搭设并加固完毕后，在上面搭设模板支撑，并浇筑上部悬挑混凝土结构。

2.2 难点分析

1）基础架和支撑架的稳定性；

2）支撑架的变形监测控制；

3）架体搭设与拆除中的安全风险。

3 搭设控制要点

3.1 悬模结构局部布置

悬模结构局部布置见图4。

图4 悬模平面和立面示意

3.2 荷载计算

3.2.1 荷载取值

悬挑混凝土结构自重及施工荷载等作用力通过模板支撑架体传递到悬挑型钢，选取最不利荷载工况作为计算单元，即荷载由斜拉钢丝绳和下部基础架承受，型钢只需进行竖向荷载下挠度验算，同时进行钢丝绳直径选定、立杆承载力及稳定性验算。荷载标准值包括：模板自重（包括竹胶板及次龙骨）0.35 kN/m2；钢筋自重1.1 kN/m3；施工人员及设备均布荷载1.0 kN/m2；振捣混凝土时产生的竖向荷载2.0 kN/m2；新浇混凝土自重24 kN/m3；φ48 mm×2.8 mm脚手架立杆承受的每米结构自重标准值0.146 kN（取值与满堂架的步距、立杆的横距和纵距有关）；悬挑型钢的自重根据型号选择。

3.2.2 计算内容

工字钢的选型及验算、斜拉钢丝绳的选型及验算、锚固点承载力验算、模板支撑承载力及稳定性验算。

3.3 施工工艺

钢筋定位预埋→工字钢预加工→悬挑工字钢安装→钢丝绳拉结→基础架搭设→钢筋定位预埋→工字钢安装→钢丝绳拉结→悬挑型钢平台加固系杆安装→模板支撑搭设

3.4 操作要点

1）钢筋定位预埋：悬挑部位下-3层处楼面混凝土浇筑时，预先在楼面边预埋φ18 mm圆钢3 道，以固定悬挑工字钢。在-2层预埋φ18 mm HRB400钢筋1 道（锚固长度＞500 mm），以锚固钢丝绳，预埋钢筋间距为1 000 mm。

2）工字钢预加工：将工字钢按照设计长度进行加工，并在斜拉钢丝绳与工字钢拉结点处下部焊接φ25 mm长50 mm的钢筋头，防止钢丝绳受力向内滑移。

3）悬挑工字钢安装：先将工字钢固定于结构层，3 道φ18 mm钢筋分别用木楔楔紧，确保工字钢水平及竖直方向均不发生位移。

4）斜拉钢丝绳安装：斜拉钢丝绳与上部预埋于混凝土边梁的预埋环通过相应的绳卡进行锚固，下部钢丝绳绕工字钢一圈通过绳卡进行锚固。

5）基础架搭设：由里向外、由下向上一步一步进行基础搭设，每部基础架搭设的同时必须与内部满堂架和结构边柱进行可靠地连接。

6）悬挑结构下层钢筋定位预埋：楼面混凝土浇筑时，预先在楼面边预埋φ18 mm圆钢3 道，以固定悬挑工字钢。在悬挑工字钢的上一层预埋φ18 mm钢筋1 道（锚固长度＞500 mm），以锚固钢丝绳，预埋钢筋间距为1 000 mm。

7）悬挑工字钢安装：先将工字钢固定于结构层，3 道φ18 mm圆钢分别用木楔楔紧，确保工字钢水平及竖直方向均不发生位移，同时进行平台加固系杆的安装，水平加固系杆采用钢管和直角扣件与工字钢翼缘进行可靠连接，以增强悬挑平台的稳定性。

8）模板支撑搭设：悬挑型钢平台及加固系杆完成后，即可进行模板支撑的搭设。先在悬挑水平工字钢上满铺脚手板作为操作平台，支撑架搭设时，按照先近端后远端的顺序搭设支撑立杆，每道立杆均固定在短钢筋处，以确保不发生位移。模板支架搭设时需与内部满堂架整体拉结，拉结时横杆采用搭接连接，且连接扣件不得少于3 个，满堂架最外侧两排立杆高于作业层2.0 m，满堂架外侧满挂密目网和白色大眼网，在满堂架第一步及最后一步均满挂安全平网。

3.5 细部构造

伸缩缝处细部构造：为保证伸缩缝处型钢平台的承载力，在伸缩缝处提前预埋型钢和圆钢锚环，为铺设悬挑型钢平台提供条件，确保伸缩缝处型钢平台的承载力满足要求，如图5所示。

斜拉钢丝绳与工字钢锚固节点：在工字钢的底部焊接φ28 mm的短钢筋头，防止钢丝绳向内侧滑，钢丝绳采用与绳相应的绳卡进行锚固，如图6所示。

斜拉钢丝绳与混凝土结构边梁连接节点：预先在混凝土结构边浇筑之前预埋PVC管，待结构边梁施工结束并脱去梁侧模后，钢丝绳绕梁通过绳卡进行锚固，如图7所示。

图5 伸缩缝处细部构造

图6 抗滑移钢丝绳

图7 斜拉钢丝绳拉结点

基础架斜撑杆下部连接接点：基础架斜撑杆的支座采用小号型钢通过焊接与悬挑工字钢连成整体，如图8所示。

图8 斜撑杆底部锚固

4 支撑体系搭设控制要点

1）锚固钢筋在混凝土梁板中的锚固应满足要求，并且与工字钢用木楔楔紧，防止工字钢产生水平和竖向位移。

2）斜拉点抗滑移钢筋与工字钢焊缝必须饱满。

3）斜拉钢丝绳的锚固应规范并预留安全环，便于对悬挑型钢平台进行监测。

4）悬挑架体与内部满堂架通过水平杆牢固连接成整体，并与结构边柱进行抱柱连接，增强支撑架体稳定性。

5）悬挑结构混凝土浇筑时采用由内向外分层浇筑的施工顺序，使悬模体系逐步均匀加载。

6）基础架斜撑杆与水平杆的连接采用双扣件，斜撑杆的接长为先对接扣件，后用长2 m的钢管进行搭接，搭接扣件不少于4 个，保证斜撑杆的受力稳定。

7）基础架自由端的控制：提前在结构外边梁上预埋连接件，通过水平杆将基础架与预埋件连接起来，提高架体稳定性和承载力。

8）在工字钢端部和中部锚固2 道钢丝绳，严格监测悬挑工字钢挠度。

9）悬挑支模平台搭设时，在悬挑工字钢上满铺竹脚手板并满铺防火石棉布。

10）防护外架利用密目网和白色大眼网双重防护，工人操作应正确佩戴安全带，防止安全事故发生。

5 效果验证

1）根据施工方案在支模架体受力最大的部位布设监测点，利用水准仪在楼内设置后视点，在浇筑混凝土前记录原始数据，浇筑混凝土过程中进行观测，确保支模架体的安全。

2）预加载试验及变形监测结果：在悬模平台搭设完毕后，利用现场的钢筋进行预加载试验，便于调整工字钢的上挠值。

3）通过对静载试验记录表进行分析，可以看出：工字钢加载后下挠值最大达到28 mm，综合各种因素，取值22 mm作为调整工字钢预先上调的数值。

4）施工过程中进行即时监测，结果显示：在混凝土浇筑过程中工字钢挠度值最大14 mm，满足相关要求。

6 结语

通过建立新型悬模结构力学模型和整体稳定性分析，利用手工计算和品茗安全计算软件以及现场堆载试验，验证了该体系的安全可靠性。与传统的落地式脚手架相比，采用下部钢管斜撑上部钢丝绳斜拉支撑平台方式，具有节约资源、降低成本、缩短工期、保障安全等技术经济特点，为高效、安全地完成高空大悬挑结构施工提供了一条全新的思路，推广应用前景广阔，社会与经济效益显著[4]。