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山东德建集团有限公司 山东 德州 253003

进入21世纪以后，中国建筑业获得了突飞猛进的发展，各类建筑如雨后春笋般在全国各个城市矗立起来。随着建筑设计行业人员大量的创新和大胆的实践，各种设计技术百花齐放，设计的建筑也是各具特点。但是，复杂的造型、高空的大悬挑等设计形式也给工程施工带来了许多的麻烦。

为通过独特的建筑风格和立体的感官效果来展示自己的企业文化，有些企业要求设计单位将建筑物向外延伸出较大的悬挑结构造型。这些悬挑结构一般设置在屋顶，距离地面高度较高，给施工单位的施工带来了严峻的挑战。为节省资金和缩短施工周期，施工单位往往采用悬挑承力支撑体系来替代以往常规使用的落地钢管扣件式满堂脚手架形式[1]。

本文以山东德州市某企业研发中心的工程为例，详细介绍该高层建筑大跨度混凝土挑檐模板支撑从设计到施工全过程中的技术难点和控制重点，以期为以后同类项目的施工提供借鉴。

1 工程概况

德州市某企业的研发中心建筑面积为17 166.70 m2，建筑地上9层，采用钢筋混凝土框架结构，在7层顶有一圈悬挑1.7 m的坡形挑檐，在屋顶有一圈悬挑4.2 m的钢筋混凝土挑檐，挑檐上部另有一段坡屋顶造型，坡面上干挂深灰色铝单板。7～9层顶标高分别为27.90、31.80和37.35 m，剖面如图1所示。建筑平面呈“凸”字形，悬挑部分出现6个阳角和2个阴角。

图1 建筑局部剖面

2 高空大跨度悬挑混凝土结构施工难点

高空大跨度悬挑混凝土结构在设计阶段只需要考虑结构的大指标、配筋及裂缝开展宽度等技术要求，对于悬挑部位的挠度只需在说明中注明起拱要求即可。而对于施工单位而言，则不仅要按设计要求起拱，还要考虑模板支撑的设计、支撑架体和模板的搭设、施工安全防护及高空振捣混凝土带来的冲击作用影响等。这些都是困扰施工人员的技术难题[2]。

本工程悬挑钢筋混凝土挑檐具有以下特点：条件复杂，7层顶有1.7 m的坡形悬挑板，该悬挑板与屋面大跨度挑檐相距9.45 m；所处位置高，建筑室内外高差1.05 m，屋顶大跨度挑檐标高37.35 m，距离室外地坪38.40 m；悬挑长度大，挑檐外表面距外排框架柱外表面尺寸达4.2 m，远大于悬挑脚手架规范中的相关规定；挑檐造型复杂，挑檐不但有悬挑梁，在距轴线3 m处还有一道连续梁，而在连续梁外1.2 m处则为逐级回缩的封边挂板，如图2所示。

图2 悬挑檐口断面

高空大跨度悬挑混凝土结构在施工过程中存在以下几个难点：

1）在大跨度悬挑混凝土构件施工期间，下部的模板支撑平台既要承受模板支撑传来的荷载，又要作为工人的安全操作平台，还要作为外防护结构的高空防坠落底部防护措施。因此，设计何种结构形式的悬挑支架既能保证安全、经济，又能充分利用材料的性能，是首先要解决的关键问题。

2）由于大跨度悬挑混凝土构件位于高空，故应优先考虑利用已经浇筑完成的楼面搭设悬挑支架。而在建设过程中悬挑支架以下没有较大的悬挑结构，其外防护架与建筑物距离较近，高度却超出悬挑脚支架所在的楼层，这就给悬挑支架的搭设带来了很大的难度。

3）在高空大悬挑混凝土构件施工完成并达到拆模条件时，悬挑混凝土构件在脚手架支撑平台上形成了一个覆盖物，其下部的支撑架管质量轻，可以方便顺利地拆除后导入室内进行转运即可。而对于悬挑支架而言，其自重大、长度长，起重机的吊钩无法靠近悬挑支架的形心位置，拆除难度较大。

3 悬挑支撑平台设计

3.1 悬挑支撑平台的优点

悬挑支撑平台使用时一般距离室外地面较高，若搭设落地式满堂模板支撑架，则架体高度远远超过8 m，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，不仅需要进行专家论证，而且搭设过程会使用大量的支撑杆件，杆件的接头较多，可能会形成较大的偏心，使得竖向支撑杆件的整体稳定性很难保证，施工质量难以控制，施工安全难以保证。

采用高空悬挑支撑平台既可以减少支撑架体竖向杆件的数量，也可以将支撑架体的高度减小到8 m以内，使得竖向杆件不需要拼接，竖向构件的稳定承载力很容易满足要求。

3.2 悬挑支撑平台的设计

为解决高空大悬挑混凝土构件的浇筑难题，工程上常采用“高空斜拉型钢支模平台＋满堂支撑架”的模板支撑体系[2]，本项目若采用该种体系方案，需要从7层楼面按约90 cm间距铺设工字钢，斜拉索一端与挑梁拉结，另一端与8层外侧框架梁的预埋件拉结。

由于建筑外墙设计主要为玻璃幕墙，砌体填充量小，外围框架梁设计时配筋小，挑檐悬挑较大，混凝土构件＋架体的质量远大于设计允许荷载，故设计单位不同意按此方案进行施工。

为便于在搭设高空大悬挑模板支撑平台后，钢材可以重复利用，并且减少预埋件的数量，经建模分析，决定在柱外侧设置单斜杆下撑式三角架，如图3所示。三角支架梁外挑3.5 m，斜杆前端距水平挑梁前端0.5 m，斜杆及水平挑梁后端固定于柱外侧预埋件上，三角架高度3.5 m。在阳角处，沿柱的两侧面设置斜向的三角支架，并通过拉梁连接成整体。

在距柱外侧面3 m处设置1道与建筑外围平行的承重H钢梁。另设八字形水平斜撑将三角架上表面与外面承重H钢梁连接在一起，以增加钢梁的整体稳定性，水平斜撑与承重H钢梁轴线的夹角为45°，沿直角边的长度均为2.5 m。

在水平承重梁与外围钢筋混凝土框架梁之间设置矩形钢管托梁，托梁长度除转角处外均为6 m，间距约0.9 m，从外围钢筋混凝土框架梁外表面向外伸出4.5 m，向内伸出1.5 m，按单跨＋悬挑进行设计。在阴角与阳角处，矩形钢管采用发散式布置，最外端的间距约0.9 m，平面布置如图4所示。水平矩形钢管托梁上面铺设脚手板用以施工人员作业。水平矩形钢管等间距冲孔，在支撑立杆对应位置穿螺栓，螺杆长度高出钢管表面不小于150 mm，支撑立杆底端套入螺杆，以防止钢管底部从矩形钢管托梁上滑出。

图3 支撑平台三角支架

图4 平面布置情况

3.3 荷载计算

悬挑平台上搭设的满堂支架自重、模板自重、新浇混凝土及钢筋的自重、施工活荷载、倾倒及振捣混凝土的冲击力等竖向荷载，通过立杆传递到平台矩形钢管托梁上，水平荷载按10年一遇的基本风压取值，通过平台外围布设的安全防护网传递给支撑立杆。

根据GB 50068—2018《建筑结构可靠性设计统一标准》的规定，对构件进行承载能力极限状态设计时，荷载组合的效应按基本组合进行设计，荷载组合的分项系数分别为永久荷载1.3、施工活荷载1.5、风荷载1.4。而对构件进行正常使用极限状态设计时，对永久荷载、施工活荷载以及风荷载应按标准组合效应进行设计，荷载效应组合值分项系数均取1.0。

3.4 构件设计

在整套悬挑支撑平台中，其上部的模板支撑立杆应根据所承受的荷载按轴心受压构件计算强度和稳定。与建筑外围平行的H钢梁是悬挑平台的主要承重构件，选型时截面高度须小于跨度的1/20，材质为Q355B的热轧国标H型钢。计算时按两端铰接的简支梁设计，钢梁的平面外计算长度按由水平支撑分段结果的最大值取用。

为控制施工过程中模板的变形，应按荷载效应的标准组合计算H钢梁竖向荷载作用下的挠度，梁的挠度限值按GB 50017—2017《钢结构设计标准》中规定的l/250（l为梁长）进行控制。作用在H钢梁上的竖向荷载均由模板支撑立杆传递到H钢梁上，间距均为900 mm左右，近似按均布荷载布置。

竖向荷载由垂直于H钢梁上的矩形钢管进行承担，其中2/3的荷载传递给平行于建筑外围的H钢梁，另外1/3直接传递给钢筋混凝土外围框架梁上，如图5所示。

图5 矩形钢管托梁计算示意

传递到H钢梁上的荷载，通过钢梁端部的连接节点传递到三角支架的水平悬挑梁上，通过合理的设计将H钢梁与三角架水平梁连接的节点位置定在三角架下斜撑与横梁连接位置的形心处。这时三角架按静定结构进行设计，其计算简图如图6所示。

图6 三角架计算示意

3.5 预埋件设计

本工程中的预埋件共分4类，分别为三角架与钢筋混凝土柱相连接的横梁连接预埋件、下斜撑连接预埋件、外框架梁顶面预埋件及辅助节点预埋件。

在计算过程中三角架横梁只承担水平拉力，其与柱连接的预埋件为受拉预埋件。三角架下斜撑为受压杆件，因与水平面有夹角，故其与柱连接的预埋件既承担水平压力又承担竖向剪力，属于压剪组合预埋件。矩形钢管托梁在外围框架梁顶面的预埋件通过计算确认为受压预埋件，辅助节点预埋件不受力，仅起增加安全储备的作用。

为保证施工阶段安全，各种预埋件按所承受的荷载、被连接构件截面的大小等因素确定锚板的大小、锚筋的排列，然后依据GB 50010—2015《混凝土结构设计规范》计算锚筋总面积，锚筋的长度按受拉钢筋在混凝土中的锚固长度进行确定。

预埋件设计与制作时应避免锚筋与构件柱筋相碰，同时要充分考虑实际施工过程中可能导致的预埋件偏移量，对锚板尺寸进行适当调整，避免平台安装时无法与预埋件对位连接。

4 悬挑支撑平台施工

4.1 平台搭设

在平台施工前，先对预埋件的尺寸位置进行检验，再对预埋件所在楼层的混凝土强度等级进行检查，各项指标均达到设计要求时方可进行平台的安装。为尽量减少因荷载作用而造成的三角支架的端部下垂，三角架根据计算进行预起拱，起拱值通过计算确定。为防止安装过程中的位置偏差，在预埋件及三角架的断面上均提前弹出中心线，安装时将中心线对齐后方可进行焊接连接。

平台的三角架及钢梁选用强度较高的Q355钢，质量较轻，均可用塔吊进行吊装。为便于后期的拆除，钢梁与三角架横梁、水平斜撑与钢梁以及三角架横梁之间均采用螺栓连接，如图7所示。矩形钢管托梁与钢梁采用的螺栓连接节点形式如图8所示。矩形钢管托梁端部的辅助节点采用U形螺栓穿过钢筋混凝土楼板连接，钢管与U形螺栓之间用木楔塞紧。

图7 平台布置大样

图8 钢管托梁与钢梁连接大样

4.2 支撑架体施工

当模板支撑平台安装完毕并通过验收后，方可在其上搭设支撑架体。支撑架体以及外搭设应编制专项施工方案[3]，架体采用扣件式钢管支撑架，钢管为φ48 mm×3.5 mm，立杆间距约0.9 m，水平杆步距1.2 m，沿纵横向连续设置剪刀撑[4]。立杆顶端设置可调U形支托，其螺纹伸出钢管顶部不大于0.2 m，且安装时应保证上下同心。在可调支托底部的立柱顶端沿纵横2个方向均设置1道水平拉杆，在距立杆底部0.2 m处沿纵横方向均设置扫地杆。

4.3 模板施工

本工程悬挑部分梁截面并不大，而且外部有多层折角，因此选择厚度为18 mm、尺寸为1.22 m×2.44 m的木胶合板作为梁、板的模板。为提高模板的周转次数，模板的排板、拼缝及对拉螺栓孔位置和排列应提前进行设计[5]。

模板施工时应注意以下事项：模板的安装应保证构件各部分的形状、尺寸和相互位置正确；模板及楞木的尺寸及间距应具有足够的承载能力、刚度和稳定性；混凝土浇筑前，要把模板与混凝土接触面清理干净，并涂刷脱模剂，脱模剂不能影响结构性能和后续工程的施工[6]。

5 结语

本文以德州市某企业研发中心的屋顶大跨度现浇钢筋混凝土挑檐为案例，对在模板施工过程中遇到的问题进行了专门的研究。在保证安全、经济的前提下，对支撑平台各构件进行分析设计，并对支撑平台施工提出相应的要求。项目部根据此方案实施后取得了良好的效果，顺利完成了模板支设、混凝土浇筑及模板和支撑拆除等工作，可为同类高空大悬挑钢筋混凝土结构工程施工提供参考。