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1、21 高空大跨度悬挑模架设计施工技术总结21.1 工程概况本工程东西方向长150m，南北方向宽 70m，地下二层，地上十二层，局部十层，建筑高度为56.8m，建筑风格庄重、古朴、宏伟。建筑设计师为追求建筑风格，采用超长的外挑檐口仿古飞檐装饰。结构为全现浇框架-剪力墙结构，无缝设计，剪力墙、框架抗震设计等级均为一级。檐口沿建筑屋顶外沿布置， 最大挑出长度 4m，结构设计由变截面悬挑梁、边梁、 水平檐口板、斜檐口板组成悬挑结构。水平檐口板和斜檐口板荷载通过边梁传至主要悬挑构件变截面悬挑梁上， 内部在变截面悬挑梁顶端设有一层框架结构 （空层） ，以平衡变截面悬挑梁的力矩。构件尺寸如下：水平檐口板和斜
2、檐口板厚度150mm，边梁 300X600,变截面悬挑梁截面（300/600） （6002700） 。水平檐 口板变截面 悬挑梁边梁框架柱空层框 架梁斜檐口 板图 21.1-2 悬挑屋檐构造图图 21.1-1 屋面屋檐平面布 20钢筋20钢筋槽钢与槽钢焊接槽钢与工字钢焊接预埋 25钢 筋穿工字钢16#工字钢12#槽钢1 23123456钢管图21.2-2 桁架支撑21.2 檐口支撑方案设计21.2.1 关键技术问题分析1 变截面梁处自身荷载大， 对支撑模架刚度要求高。 悬拉梁宽度为 600mm，最高处梁高 2.7m，最低处梁高 0.6m。结构自重线荷载最大处为30KN，最小处为 6KN，均超出
3、一般混凝土的构件荷载。支撑体系的刚度选择为施工中控制的重点。2 超长跨度悬挑构件挠度控制较为困难。挠度值与悬挑跨度成4 次方关系，而一般悬挑构件跨度1.5m2.0m，而本工程悬挑跨度为4m，本工程的计算挠度计算值为 1.5m 悬挑板挠度值的 50 倍之多。21.2.2 施工方案比选与确定对悬挑跨度不大，荷载较小的工程一般选用落地式钢管脚手架做为支撑体系，也有由挑架做为结构施工支撑体系的成功经验。采用落地式钢管脚手架作为支撑体系采用48 3.5 钢管及配套扣件搭设。根据屋檐的悬挑跨度立杆按5 排搭设，脚手架排距1.2m，立杆纵向间距 1.5m，大横杆步距1.5m。按现行规范要求，满布两道竖向剪刀
4、撑，并且除在底部和顶部设置水平剪刀撑外，还按24 步设置水平剪刀撑。此种脚手架搭设方式受力较为清晰、简单，但搭设工期较长，约用钢管12 万米，扣件 8 万多个，约用工日2150个，施工成本较高。屋檐模板支设还可以采用悬挑模架。 悬挑模架可以选用钢管挑架或钢构件挑架。 若采用钢管挑架，从 9 层开始逐层向外悬挑搭设脚手架， 每层向外悬挑 1.2m，至 12 层时最终悬挑长度达到4.8m，立杆间距 800 900mm，步距 1.2m，纵向横向均满布剪刀撑。 并在每层设置斜拉杆与斜压杆,见图 21.2-1。 采用钢管悬挑架材料使用量相对较少， 施工较为简单， 但是本工程局部荷载较大， 架体自身刚度相
5、对较小，挑架稳定性较差。图 21.2-1 钢管挑架构造将钢管更换为刚度较大的槽钢和工字钢能很好解决挑架自身刚度的问题，可以将 16#工字钢和 12#槽钢焊接成支撑桁架， 可以解决钢管挑架刚度不够的难题。在下层结构施工时， 在楼层的上下层均放置埋件，达到一定强度后， 可将提前预加工好的桁架吊装至埋件处焊接,见图 21.2-2 在桁架上满铺脚手板，并在桁架的上部搭设模板体系的立杆，立杆纵横间距均为1.5m，步距取 1.2m。综上所述，挑架能解决落地式脚手架搭设工期长，材料浪费等难题， 而钢桁架挑架自身刚度大，安全性也超过了普通钢管挑架。因此，本工程选用工字钢+槽钢桁架作为屋檐结构施工的支撑体系。2
6、1.2.3方案特点1 该方案以两根斜立杆作为模架支撑的主要竖向受力构件，16#工字钢为防止模架水平位移的构件。 在两根斜立杆之间用槽钢焊接成为整体，该连接件均为拉压构件。2 桁架与上下层主体结构的连接均按固结节点考虑。在上下层结构施工时需按要求放置埋件。吊装完成后桁架须与埋件焊接牢固。3 桁架平面整体刚度较大，为防止桁架发生平面外变形，需用钢管将个榀桁架连接整体，增强整体刚度。4 桁架可以提前加工，可大大节省工期。21.2.4关键技术在檐板下层的结构屋面用6m 长 16#工字钢悬挑支撑， 悬挑长度为 4m，工字钢深入结构内部 2 米， 分别在距内侧端部0.4m、 1.4m 处用20 圆钢锚入楼
7、板内，卯环加工尺寸应满足构造要求。桁架斜支撑采用12 槽钢制作，斜支撑主要制作原理为：在悬挑工字钢的中部与最端部用12#槽钢做斜支撑，将斜支撑在高度方向三等分， 用同类型槽钢将两个斜支撑连接，并根据三角稳定原理， 将各个四边形对角相连。施工时，保证各个杆件及焊缝都在一个平面内。21.2.5受力验算在钢桁架的上下层与主体结构相连接节点处进行重点加固，确保桁架的连接刚度， 在受力过程中该节点按照固结考虑，建立三角桁架受力模型， 采用中国建筑设计研究院开发的PKPM 软件进行计算，对桁架进行受力分析：根据 XLB 的尺寸及立杆距轴线的距离，利用几何关系得出：XLB 传给立杆的荷载标准值从内到外依次为
8、F1=(2.547+2.188)/20.3 1 25=17.76 F2=(2.188+1.676)/20.3 1 25=14.49 F3=(1.676+1.163)/20.3 1 25=10.6 F4=(1.163+0.651)/20.3 1 25=6.80 F5=(0.651+0.6)/20.3 0.1 25=0.47 考虑施工荷载及荷载系数，各立杆荷载设计值为：Q1=【 （17.76 2+0.6 0.15 1 25+0.75） 1.2+（2.5+2） 1.4】/2=26.26KN Q2=【 （14.49 2+0.6 0.15 1 25+0.75） 1.2+（2.5+2） 1.4】/2=22
9、.34KN Q3=【(10.60 2+0.6 0.15 25+0.75) 1.2+(2.5+2)1.4】/2=15.85KN Q4=【(6.8 2+0.6 0.15 25+0.75) 1.2+(2.5+2)1.4】/2=11.45KN Q5=【(0.47 2+0.6 0.15 25+0.75) 1.2+(2.5+2)1.4】/2=5.51KN 在施工中按照主梁按照16#工字钢，其余采用12#槽钢计算，计算结果为：最大杆件应力比为0.6，最大挠度值为 1.6mm，杆件最大剪力为 11.7KN。以上结果均符合相关规范要求。受力分析见下图Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 桁架受力简图21.3 施工工艺2
10、1.3.1 钢桁架构件加工楼层标准层高为4.2m，悬挑长度按4.0m 考虑，根据层高和悬挑长度在AotuCAD 中进行构件尺寸放样， 并在首层大厅内空白场地内按1：1 弹出墨线放样图，对钢桁架进行准确的加工。在施工至桁架底层 （十层）构件时按构件平面布置图， 在框架梁内埋置钢板埋件，并在上一层（十一层）结构施工时埋置20 圆钢锚环。十一层钢筋锚环安装时应现场放线， 确保钢筋锚环与钢板埋件在同一平面内。工字钢深入结构内部 2 米，分别在距内侧端部0.4m、1.4m 处用20 圆钢锚入楼板内，卯环加工尺寸见图 21.3.1。21.3.2 钢桁架吊装十一层结构施工完毕后即可进行桁架的吊装，桁架吊装由
11、塔吊配合进行。 工字钢深入十一层结构预埋锚环内，桁架底部两根槽钢均与十层的钢板埋件焊接。因两根槽钢之间用较短槽钢焊接成三角平面，平面内不会发生变形， 待桁架安装完毕后，为防止桁架的平面外发生变形， 在桁架的所有槽钢支架相交处用通常钢管连成整体，并在每品桁架的两侧附加钢管，确保桁架不会发生平面外的变形。桁架安装完毕后，在工字钢上部满铺脚手板，以方便工程进行模板的支设。120300350100图 21.3.1 锚环加工图桁架吊装21.3.3 模板支设待工字钢桁架加工完成并安装完毕后，在其上部满铺木跳板， 并在脚手板上搭设模板支撑， 支撑立杆的纵向间距同桁架间距，原则上在有斜拉梁的下部桁架间距为 1
12、.2m，无反梁下部桁架间距原则上不大于1.5m，立杆间距由内侧到外侧分别为 0.1m、1m、1m、1m，水平扫地杆距脚手板距离不得大于0.2m，水平杆间距不大于 1.2m。悬拉墙为600mm，其应对其模板支撑中的主次龙骨进行加强，其方法主要有两个方面：1 增强其主次龙骨的自身刚度， 由一般 50 100 木龙骨改用相同尺寸的 “几字梁” ，几字梁其外包钢材使龙骨的抗剪切强度有很大提高。2 对线荷载集中处的主龙骨间距缩小，使其计算中的跨度减小，在有悬拉梁的下部1.2m 范围内，增设两道立杆，通过直角扣件与其他立杆相连，见图21.3.3。工字钢桁架图 21.3.3 斜梁下支撑加固示意图21.3.4
13、 荷载试验在桁架及模板搭设完毕后，为保证施工的绝对安全，在绑扎钢筋之前，在模板上面做逐级荷载试验，荷载试验选在12 层 2-1 轴2-2 轴的挑檐上，荷载按最不利处考虑，分别取其设计值的80%、100%、120%进行荷载试验，荷载试验每步进行 2 小时。分别在檐板的最外侧和桁架的最外侧设置观测点，使用水准仪和测距仪来全程监测模架体系的变形，并与设在框架柱上的原始点进行比较，经检查所有变形均在受控范围内。21.3.5 桁架的安全使用及拆除1 支撑桁架安全使用要求1）严禁随意扩大使用范围，不得超过设计使用荷载。2）利用架体承受其他荷载，如吊挂重物等。3）严禁任意拆除架体构件及连接件、移动或拆除架体
14、防护设施。4）禁止其他影响支撑架体安全稳定一切活动。5）每次后续施工操作必须进行架体检查，在架体范围内进行电焊或气割必须配灭火器具，并有专人看护。2 支撑桁架安全拆除要求1）拆除前应检查架体、连墙件、支撑体系是否符合构造要求，清理影响拆除的障碍物。2）拆除应设定警戒区，非拆除人员不得进入拆除区域，现场应设置统一指挥人员和专职监护人员。3）使用塔吊吊卸拆除，拆除顺序应遵循先支后拆、分段、分立面、分体系为原则，单个桁架拆除时应先用钢丝绳吊住桁架重心上部垂直点，塔吊加托力平衡后拆除锚固。拆除的构件应及时吊运清理。4）对因拆除出现晃动的构件或体系、立面应及时进行固定。22.4 质量控制要点21.4.1
15、桁架支撑质量标准1 所用工字钢、槽钢、焊条等所用材料符合现行国家规范，且有材料质量合格证明；钢管、型钢进行除锈并刷防锈漆。2 所有焊缝均满焊，焊缝高度不低于6-8mm。焊缝表面无气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷。3 焊工经考试合格并取得合格证书， 持证焊工在其考试合格项目及其认可范围内施焊。4 所有钢筋与钢板、钢筋与钢筋之间用钢筋均采用一级钢。5 焊接区域保持干燥，无油、锈、水、氧化皮和其他污物。6 焊接时使用合格焊条。21.4.2桁架支撑质量标准1 在挑檐模板支设完毕后，在钢筋绑扎之前进行荷载预压试验。荷载预压应按照不同的屋檐形式分别实施，每种挑檐形式预压次数不得少于1 次。2 荷载预压
16、试验由项目部安全总监负责，实施部门为安全环境部。3 荷载试验预压荷载分别为设计荷载的80%、100%、120%，荷载预压应由小到大逐级进行，每级荷载预压时间不小于2 小时。4 荷载预压完成后应由项目部测量人员观察桁架的变形，如超出允许范围，由项目总工编制加固方案，重新专家论证后在行施工。21.5 实施效果1 社会效益悬挑支撑在工程中已经普遍应用，一般工程对悬挑长度不大 （2m 以内） ，荷载不大可采用钢管悬挑。 但是对于一些悬挑跨度大， 荷载大的情况， 钢管刚度远远达不到设计人员的要求， 而对于屋面部分搭设落地脚手架，工期较长， 且安全系数相对较小。本工程采用16#工字钢与 12#槽钢的桁架支撑，经过工程实践取得很好的效果，该悬挑模架技术的成功运用完善了国内高空大跨度悬挑模架支撑工程技术，也为其他工程提供了施工经验。2 经济效益采用桁架支撑较落地脚手架支撑不但能节省工期，而且因桁架的周转使用使得费用大大降低，比传统落地式脚手架支撑体系节
