梁 晓 鹏

(中国建筑第四工程局有限公司，广东 广州 510665)

高空大跨悬挑结构高支模体系的设计与施工应用

梁 晓 鹏

(中国建筑第四工程局有限公司，广东 广州 510665)

为满足高空大跨度悬挑结构模板支架搭设的需要以及方便现场的施工要求，采用外挑工字钢搭设满堂架支撑体系，并通过工程实例，对高空大跨悬挑结构高支模体系的设计与施工应用进行了论述，以供参考。

高空，大跨悬挑结构，高支模，设计计算，施工

1 工程概况

百度国际大厦东塔楼工程位于深圳市南山区高新技术产业园，本工程地下3层，地上39层，建筑面积为90 733 m2，塔楼高189.3 m，用地面积5 995 m2，框架—核心筒结构，作为百度华南地区的总部和研发中心，是一座集运营和研发为一体的综合性研发办公楼。为满足造型的要求，在6层及以上在该处有一块比较大的悬挑混凝土结构，悬挑结构的尺寸为4 560 mm×3 100 mm，距离首层的高度为29.7 m，梁截面有700 mm×700 mm，300 mm×700 mm，200 mm×400 mm，板厚100 mm。

2 架体支模设计

2.1 悬挑工字钢设计

采用水平悬挑工字钢及工字钢斜撑，水平悬挑工字钢布置在第五层，斜撑工字钢支撑点为第四层，在水平悬挑钢梁上方再搁置两条工字钢支撑700 mm×700 mm大梁，悬挑梁板支撑平面布置图详见图1。悬挑钢主梁采用18号工字钢，水平间距1 m，外悬挑长度3.5 m，建筑物内锚固长度为2.8 m，悬挑钢梁末端与预埋直径20 mm的圆钢压环焊接锚固，上方空隙采用木方楔紧；距离悬挑工字钢端部1.4 m处下部设置斜杆支撑，斜杆采用18号工字钢，各斜杆中部用14号槽钢焊接连成整体，斜杆与悬挑主梁及第四层埋件焊接。

2.2 支撑架体搭设设计

根据悬挑结构的形式，为方便施工，架体的搭设纵横间距为1 000 mm×900 mm,立杆步距1 400 mm，采用A48×3.0 mm钢管，方木采用40 mm×90 mm布设间距为250 mm,模板采用16 mm厚胶合板，对拉螺栓采用M12。700 mm×700 mm大梁下方的架体通过水平杆拉结形成整体。满堂脚手架搭设前在悬挑工字钢上立杆位置焊接150 mm高A20防滑移钢筋以固定满堂架立杆。架体外围挂密目安全网单排防护，架体四周设置竖向剪刀撑、中间及顶部设置水平剪刀撑，立杆底部满铺木板防护。支撑架体搭设立面图详见图2。

3 设计计算

3.1 脚手架主要参数

A48×3.0 mm钢管,其截面面积A=4.24 cm2，截面模量W=5.26 cm3，抗压强度设计值为205 N/mm2，施工荷载取2.5 kN/m2，架体自重0.143 7 kN/m，架体搭设高度为8.25 m，模板自重取0.3 kN/m2，基本风压取0.45 kN/m2。

3.2 荷载计算

3.2.1 静荷载

1)脚手架自重G1=0.161 7×8.25=1.19 kN。

2)模板自重G2=0.3×0.9×1=0.27 kN。

3)300 mm×700 mm梁侧单根立杆承受的混凝土梁板重量G3=0.9×1×0.1×25.1+0.3×(0.7-0.1)×0.9÷2×25.5=4.32 kN。

3.2.2 活荷载

活荷载为标准Q1=0.9×1×2.5=2.25 kN。

以恒载为控制的荷载，并且结构重要系数取0.9，故:

N=0.9×[(1.19+0.27+4.32)×1.35+0.7×1.4×2.25]=9 kN。

3.2.3 风荷载

Wk=1×1×0.88×0.45=0.4 kN/m2。

Mw=0.92×1.4×Wk×1×h2/10=0.92×

1.4×0.4×1×1.42/10=0.09 kN·m。

3.3 立杆稳定性计算

顶部立杆段：

l01=kμ1(hd+2a)=1.185×1.497×

(1 400+2×200)=3 193.101 mm。

非顶部立杆段：

l02=kμ2h=1.185×2.007×1 400=3 329.613 mm。

取较大值进行计算λ=l02/i=3 329.613/15.9=209.409，查表得，φ=0.165。

f=N/(φA)+Mw/W=9×103/(0.165×424)+

0.09×106/4 490=148.69 N/mm2≤[f]=205 N/mm2。

3.4 悬挑主梁及斜杆计算

由于700×700的梁支撑有部分搁置在悬挑主梁上，在和悬挑主梁相交的两处(靠近结构边沿处)的设计荷载放大一倍至18 kN，型钢的自重取0.25 kN/m，其受力分析过程如图3～图6所示。

由图3～图6可得，型钢悬挑梁的最大弯矩为13.73 kN·m，最大剪力为23.72 kN，最大挠度为3.61 mm,各支座反力为R1=-0.46 kN,R2=13.96 kN,R3=42.07 kN。

3.4.1 工字钢主要参数

按16号工字钢计算，截面面积26.1 cm2，惯性矩Ix=1 130 cm4，截面抵抗矩Wx=141 cm3，抗弯强度设计值为215 N/mm2，抗剪强度设计值为125 N/mm2，截面回转半径i=1.89 cm(y方向)。

3.4.2 悬挑主梁计算

σmax=Mmax/W=13.73×106/141 000=

97.35 N/mm2≤[f]=215 N/mm2。

[88×1602-(88-6)×1402]/(8×11 300 000×6)=

28.04 N/mm2≤[τ]=125 N/mm2。

vmax=3.61 mm≤[v]=lx/250=1 400/250=5.6 mm。

3.4.3 斜撑钢梁计算

下撑杆件角度计算：

β1=arctanL1/L2=arctan(5 200/2 100)=68.01°。

下撑杆件支座力：

R=R3=42.07 kN。

主梁轴向力：

N1=R/tanβ1=42.07/tan68.01°=16.99 kN。

下撑杆件轴向力：

N2=R/sinβ1=42.07/sin68.01°=45.37 kN。

下撑杆长度：

下撑杆长细比：

λ=L÷2÷i=5 608.03÷2÷18.9=148.37。

查GB 50017-2003钢结构设计规范表C。

φ=0.315。

轴心受压稳定性计算：

σ1=N2/(φA)=45 370/(0.315×2 610)=

55.18 N/mm2≤f=215 N/mm2。

3.4.4 悬挑主梁整体稳定性及压环受力验算

悬挑主梁整体稳定性验算：

σ=Mmax/(γW)+N1/A=13.73×106/(1.05×141×103)+

16.99×103/2 610=99.23 N/mm2≤[f]=215 N/mm2。

压环受力验算：

σ=R1/(4A)=N/(πd2)=0.46×103/(3.14×202)=

0.36 N/mm2≤0.85×[f]=0.85×65=55.25 N/mm2。

4 工字钢梁及架体施工

4.1 施工工艺流程

4层楼面斜杆预埋件→5层钢梁压环预埋→悬挑钢梁固定及焊接→斜杆焊接→14号槽钢焊接→焊接立杆防滑移钢筋头→脚手架搭设→架体底部铺模板箭头→架体外围安全防护→验收→混凝土浇捣→架体拆除。

4.2 钢梁安装

用塔吊将悬挑型钢梁吊装就位，由焊工先用点焊将钢梁焊在预埋件标注位置，达到允许要求后再用“∩”形钢筋与压环钢筋焊接，同时与悬挑钢梁焊接(约束悬挑钢梁轴向力)，焊缝要求满焊；其后吊装斜杆，调整好其与悬挑钢梁支撑节点及支座定位后再满焊固定；最后用槽钢把所有斜杆焊接形成整体，若是由安装误差导致斜杆与槽钢有间隙，可用角钢连接焊接在一起。

4.3 架体搭设

搭设架体前需要在悬挑工字钢上立杆位置焊接150 mm高A20防滑移钢筋头，立杆及水平杆搭设完后，架体剪刀撑构造布置及其他构件设置严格按照JGJ 162-2008建筑施工模板安全技术规范，JGJ 130-2011建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范及相关标准和规范实施架体支模架搭设，如图2所示。

5 施工安全措施

外围设置密目安全网及架体底部铺木板安全防护，防止高空落物伤人。混凝土浇筑时严禁在模板面上堆积过多混凝土，浇筑过程中严格按照浇筑顺序进行，在施工中应避免人员及施工机械过于集中，该区域700 mm×700 mm大梁应采取分层浇筑，避免过振；施工过程且派专人看管，观察架体是否有变形。混凝土浇筑后上层架体搭设的脚手架吊装及相邻劲性柱中的钢骨柱焊接的工具箱避免堆放在该区域。

支撑体系拆除前，由项目部技术负责人发出书面拆除通知，拆除前周围要设置警戒围护，并派专人看守，严禁非操作人员入内。

悬挑钢梁拆除按照先搭后拆后搭先拆顺序依次对各焊接节点进行乙炔气割，化整为零，留两根悬挑钢梁后拆，先拆钢梁搁置在其上，再由塔式起重机运至地面，最后拆除剩下两根悬挑钢梁。

6 结语

通过在施工现场严格组织和实施,并且在大悬挑结构施工过程中,对悬挑脚手架的变形情况进行严密监控,整个设计方案满足施工要求,未发生任何质量和安全事故。该大悬挑钢筋混凝土结构施工脚手架的设计方案是合理可行的,同时也为今后类似高层大悬挑结构的支撑体系设计与施工提供了借鉴与参考。

[1] 刘风云，杨建华，汪 杰，等.超长悬挑支撑架的应用研究[J].施工技术,2013，42(5)：25-27.

[2] 李云青，郑 峰，胡盈盈.高空悬挑结构型钢桁架承重架设计与施工[J].施工技术,2011，40(sup)：140-142.

[3] JGJ 130-2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[4] JGJ 162-2008，建筑施工模板安全技术规范[S].

[5] GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

[6] 文秋实.渐变超高大悬挑结构施工的有限元研究[J].山西建筑，2013，39(6)：25-26.

On design and construction application of tall falsework system at overhead large-span cantilever

LIANG Xiao-peng

(ChinaConstructionFourthEngineeringDivisionCo.,Ltd,Guangzhou510665,China)

In order to meet the demands of the model support erection of overhead large-span cantilever and to enhance the construction sites, the paper adopts the overhanging I-shaped steel erection full supporting system, and indicates the design and construction application of the overhead large-span cantilever high-formwork support according to engineering examples, for reference.

overhead, large-span cantilever, high-formwork support, design and calculation, construction

1009-6825(2014)28-0032-03

2014-07-26

梁晓鹏(1988- )，男，助理工程师

TU755.2

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