高空悬挑大跨度混凝土结构施工技术
蒋杰 候浩成 舒红勇
摘 要：建筑工程中，经常出现高空大跨度混凝土悬挑结构，施工中，采用不同的模板支撑体系直接影响工期、安全和质量，本文以一个工程实例，经过分析，采用用钢筋斜拉杆固定悬挑钢梁形成斜拉悬挑钢平台，再在钢平台上搭设支模架，取得了较好的效果，现总结成文，供同行参考。
关键词： 高空； 悬挑结构； 钢平台； 拉杆； 预埋； 斜拉钢筋
【文章编号】1627-6868（2016）06-0028-03
1.工程概况
中电21所浙江分所科研办公楼工程位于浙江湖州市南浔镇，为框架剪力墙结构建筑。±0.000相当于黄海标高4.200米，地下一层，地上二十一层，建筑高度64.30米，在62.75m层的○A-○K*○1-○6轴部位为屋面，在○6轴东侧设计了悬挑4.80m的混凝土梁、板，顶层层高为4.20米。
2.模板支撑设计难点
（1）施工高度大：屋面顶板高度为62.75m，下部挑空，净高达63.05m；
（2）结构自重大：悬挑梁板成正交布置，其中框架梁截面尺寸为0.30*1.0m*25m、0.40*1.0*4.80m，与其正交的板厚150mm，整个悬挑结构自重（含模板支撑以及施工荷载）达到168T，合1.42t/m2；
（3）悬挑梁板面积大、跨度大：悬挑面积达120m2，悬挑长度为4.80m。
3.支撑方案比较
按照悬挑结构的复杂情况和模板支撑所承受的荷载提出多种方案，并且进行了计算和比较，最后确定了较优方案。
3.1落地脚手架支撑方案
整体悬挑结构采用钢管架落地支撑（考虑地下室顶板也需要支撑），钢管落地架支撑高度为62.75+5.30=68.05m，需要租赁钢管以及扣件约160t，15名架子工施工，约需20天，总费用约19万元，且散装散拆均在高空进行，危险性较大，工期较长。
3.2钢桁架方案
在第二十层楼面上沿着悬挑结构下方设置钢桁架，承受屋面悬挑梁板的自重以及施工荷载，钢桁架的最大跨度达到6m，经过计算，桁架、上、下弦杆须采用20号工字钢，腹杆采用└90*90角钢，桁架高2.50m，型钢总用量达48t，焊接工作量很大，且高空焊接不安全，总费用约16万元，工期为25天，安装困难。
3.3斜撑悬挑钢平台方案
在二十层结构楼板向东侧外部悬挑钢梁达设承重平台，在下面的楼层上用工字钢做斜撑。为了防止斜撑失稳，斜撑与楼板的夹角应该不小于60度，须支撑在十九层上面，斜撑需用25号工字钢且长达12米，自重较大，安装以及拆除难度大，费用约需13万元。
3.4斜拉悬挑钢平台方案
考虑悬挑梁和悬挑梁的端部梁是模板支撑的受力节点部位，所以从二十层楼面挑出工字钢作为平台主梁。主梁的一端支撑在二十层结构上，使用2道￠20mm园钢锚固，另一端使用￠20mmHRB400钢筋与屋面边梁（B轴位置）斜拉，形成受力主要骨架。同时在悬挑的主梁上面铺设工字钢作为次梁。这样一来，支模体系由水平悬挑的工字钢、斜向拉结钢筋及搭设在工字钢上的模板支架组成。工字钢作为模板支架的基础，每根工字钢由两根锚固于上层结构边梁的斜向钢筋拉结，屋顶悬挑结构荷载、施工荷载、模板架自重等由模板支架传递至工字钢梁，继而由斜拉钢筋承担。该方案的主要优点如下：
1）可以充分利用结构构件作为受力支撑点受力可靠，并且可以简化附加构件；
2）以受拉杆件作为主要受力构件，且采用预埋斜拉钢筋+直螺纹套筒+斜拉钢筋的连接方式，安装方便，便于定位；
3）包括钢管支撑架在内，共需钢材12t，最大单位构件重量仅0.216t，制作安装便捷，工期为12天，总费用约10万元。
3.5方案确定
经过对于以上四种方案的技术经济比较，选择了性价比较高的斜拉悬挑钢平台方案。
4.方案实施
施工时，在20层楼面安放18#悬挑工字钢梁，间距为900mm，锚固段采用两道Φ20预埋钢筋固定（如下图）。悬挑工字钢在离端部1.35米设置两根￠25mmHRB400螺纹钢筋作斜拉，荷载全部由斜拉钢筋承担，在离端部3.15米处设置两根￠25mmHRB400螺纹钢筋斜拉杆，作为安全储备。在21层楼面边梁处预埋￠25mm的HRB400钢筋两根（锚固长度>1000mm），钢筋端头均预先套丝，斜拉钢筋与锚固端采用直螺纹套筒连接。在工字钢梁悬挑段加设2道水平连系次梁，采用14号工字钢，与工字钢梁焊接，以增强斜拉杆支撑体系的平面稳定性。水平悬挑工字钢上铺设5mm厚钢板，在钢板上面搭设满堂脚手架，作为屋面模板支撑体系。悬挑结构模板支撑体系采用扣件式满堂脚手架，立杆横向间距900㎜，纵向间距900，步距1500㎜。
4.1方案难点以及解决办法
（1）斜拉杆对于主梁产生的水平推力
根据计算，斜拉杆对于主梁产生最大水平推力达到8KN，为了防止主梁向外扭转，由设计单位结构设计人员进行验算，将梁箍筋由￠10@100改为￠12@80mm，可以满足局部水平受力要求；
（2）主梁与拉杆平面外可能产生的侧向摆动
将所有次梁与主梁焊接，使整个平台形成整体，主梁在二十一层楼面用钢筋锚固，支模架钢管和二十一层的柱子用三道钢管抱箍抱柱拉结；
（3）钢平台的安装精度
如按普通操作方式，钢平台的搭设尺寸的水平和垂直误差在正负30mm左右，而本工程由于上、下段钢筋连接采用的是直螺纹套筒连接，钢平台（特别是主梁）的安装精度要求控制在10mm以内。为此，采用了计算机辅助设计，建立CAD模型，确定工字钢梁、斜拉杆等各构件的位置及下料尺寸，然后使用全站仪沿着边梁精确定位工字钢预埋点、斜拉杆钢筋上段预埋端的位置。
4.2施工工艺流程
计算机辅助深化设计 →现场测量放线→构件的加工制作 →水平工字钢梁预埋拉环设置 →水平悬挑钢梁安装就位→ 外防护架搭设→上层结构施工斜拉杆锚固端预埋→斜拉杆安装、紧固 →检查、验收→水平连系杆安装→模板支架搭设→后续结构施工。
4.3操作要点
（1）计算机辅助深化设计。根据建筑结构施工图以及斜拉悬挑模板体系设计计算书，建立CAD模型，确定工字钢梁、斜拉杆等各构件的位置及下料尺寸。
（2）现场测量放线：
1）根据计算机模拟定位结果，将计算机定位点转为现场定位，将工字钢梁固定预埋件、斜拉杆锚固端位置用红色油漆标注。
2） 根据现场各构件定位，对斜拉杆尺寸校核，并将此数据与计算机模拟计算结果进行对比分析，修正偏差，保证拉杆安装时的准确性。
（3）构件的加工制作。构件的加工制作应严格依据深化设计时下料尺寸施工。水平工字钢梁加工制作时，将梁底角钢焊接在梁上。
（4）水平工字钢梁预埋拉环设置。结构层施工时，对预埋拉环进行预埋施工。锚固筋采用Φ20钢筋，加工成U型，预埋在砼中，工字钢安装后，钢筋上口封闭焊接。
（5 ）水平悬挑工字钢梁安装：
1）采用塔吊将每根工字钢梁依次吊装到位，按照定位位置安装，并用预埋钢筋固定牢固。每道钢梁端部固定点不少于2处。
2）钢筋固定抱环与工字钢之间空隙采用木方塞紧，保证工字钢梁不滑动。
（6）外防护架体的搭设。水平工字钢梁吊装完成后，外围防护架及时跟进搭设，以保证上层结构施工的安全。
（7）斜拉杆上部锚固端的预埋：
1）上层结构边梁钢筋绑扎施工时，先将斜拉杆锚固端按照预定位置放入梁骨架内，再进行其他梁筋绑扎。
2）边梁靠斜拉杆一侧合模时，再次对斜拉杆位置校核微调，调整到位后，将斜拉杆处模板上口。
（8 ）斜拉杆的安装、紧固：
1）将斜拉杆钢筋用直螺纹套筒与预埋拉杆锚固端连接，斜拉杆下端穿过工字钢梁上的角钢孔，用普通直螺纹套筒及14mm厚钢垫片紧固好。
2）每根工字钢梁由两根拉杆拉结，斜拉杆紧固时，必须保证两根拉杆同时上紧。
3）预埋拉杆锚固端与下部拉杆连接采用特制直螺纹套筒，套筒长度为标准套筒长度增加3-5cm。套筒套丝采用正反丝，保证拉杆上丝时，同进同退。同时，斜拉杆加工时，加工长度为实测长度减掉3-5cm，即直螺纹套筒中有一部分中空段，作为调节尺寸，以调节斜拉杆准确受力。
（9）检查验收：
1）工字钢梁安装完毕、斜拉杆紧固后，采用水准仪对同一侧工字钢梁整体找平，对存在偏差的构件进行局部微调，保证结构体系受力均匀。
2）安装完毕后应对斜拉杆进行全面检查，保证紧固到位。
（10）水平连系杆安装。在工字钢梁悬挑段加设3道水平连系杆，采用14号工字钢，与工字钢梁焊接，以增强斜拉杆支撑体系的平面稳定性。
（11）模板支架搭设。模板支架的搭设按照普通模板支架相关搭设要求进行施工。
4.4斜拉悬模体系细部构造措施
（1）工字钢梁斜拉点处细部构造。采用100×80×10mm的不等边角钢在悬挑工字钢底部焊接牢固，在角钢上冲直径27mm的圆孔，斜拉钢筋在端头套丝，穿过圆孔，加上垫片后用直螺纹套筒紧固。见图。
（2）斜拉杆锚固端细部构造。斜拉杆上端锚固于上层楼面边梁内，锚固长度不小于11G101图集所规定的锚固长度，下端预先套丝，与下部工字钢梁斜拉点处拉杆采用直螺纹套筒连接。上层楼面边梁承载力应通过原设计院结构设计人员复核验算。斜拉杆锚固端细部构造见图。
5.结语
斜拉式悬挑钢平台从制作到安装完成共用时10天，自安装完成以后开始观测，上部结构施工完毕时平台主梁悬挑段端部下垂3.5mm，小于计算允许偏差值。支撑架、斜拉杆、以及结构梁板均未出现任何变形。
该斜拉悬挑式支撑系统具有成本低、施工速度较快且不占用施工场地等优点，受力可靠、拆装方便，能较好的解决高空悬挑混凝土结构支模施工的难题。
