高空大跨连廊结构支撑系统的设计与施工

代洪斌

1 工程概况

河南郑州永和国际广场工程，总建筑面积14万m2，框架剪力墙结构，地下1层，地上21层，层高 3.5 m，建筑高度 85.7 m。工程整体设计在平面上呈H形布局，在两主楼19层中间设置连廊结构，跨度约17 m，2层高，约12 m。

根据连廊结构特点可知其跨度大、高度高以及工程量大，这样在支模施工中就面临严峻考验，如何在安全、质量、工期以及造价方面找到平衡点，模板支撑系统的合理选择就显得尤为重要。

2 支撑方案初定

工程中高模支架支撑体系一般采用落地钢管承重架，但若在本项目中采用，搭设高度从地面到顶部达70 m，不仅需要大量钢管、扣件等材料，耗资巨大，而且架体高度大，垂直度不易保证，容易失稳，安全隐患较多。此外，业主工期紧迫，要求2个月完成，传统做法搭拆时间长。因此，必须设计新型的支撑系统。

借鉴型钢悬挑脚手架结构，支撑系统初定钢桁架形式，其具有施工简洁、结构自重轻、经济性好等特点。在钢桁架结构设计中，可应用ANSYS有限元软件进行数值建模，通过应力应变分析进行各组成构件的优化设计，支撑系统能够控制安全性和经济性。

3 支撑方案优化设计

钢桁架支撑模板方案共有三种:1)钢桁架(T形截面)+工字钢支撑体系;2)钢桁架(管形截面)+工字钢支撑体系;3)斜拉钢桁架支撑体系。各方案做法如下:

方案1施工做法:在18层(标高65.82 m)架设7榀平弦钢桁架，在桁架梁上平铺工字钢梁，再在工字钢梁架设混凝土结构支模架。该支撑系统剖面如图1所示。

方案2施工做法:在18层(标高65.82 m)架设7榀平弦钢桁架，在桁架梁上沿横向平铺工字钢梁，再在工字钢梁架设混凝土结构支模架。该支撑系统平面图及桁架剖面图如图2所示。

方案3施工做法:两根钢桁架呈两端支撑形式设置在18层混凝土柱上，在各组钢桁架之间设置联系钢支撑，至少4根桁架斜拉吊筋，两边对称地斜吊拉在钢桁架和建筑物主体之间;工字钢固定在钢桁架上方，钢管脚手架模板支撑则搭设在钢平台上，支撑系统平面如图3所示。

将三种方案的优缺点进行汇总，如表1所示。

表1 各方案特点分析及评估

经对上述三种方案的分析论证与评估打分，方案1得最高分21分，因此优选其为支撑系统方案。

4 支撑体系施工控制

支撑体系设计与施工流程如下:

有限元软件建模→加载分析→初步设计→结构验算→深化设计→钢桁架放样制作→各构件拼焊→型钢平台组装→钢管承重支模架搭设→上部结构混凝土浇筑→承重架拆除→钢平台拆解。

在上述流程中，施工阶段尤为关键，其主要环节控制如下:

1)钢桁架放样制作。考虑制作场地的平整性，首先地面上按照钢桁架施工图放出大样图，在钢桁架铁板节点处先找平并焊上一块铁板，以保证钢桁架制作时，桁架上、下弦在同一水平位置，钢桁架角铁材料、长度、起拱要求严格按照大样图尺寸施工。焊接及焊缝质量标准必须符合设计要求和有关标准的规定，并在焊接完成后进行验收。2)吊装及拼焊。首先钢桁架用塔吊吊装就位、安装第一榀钢桁架时，在松开吊钩前初步校正;对准屋架支座中心线或定位轴线就位，调整屋架垂直度，并检查钢架侧向弯曲，将钢架一端与牛腿预埋铁电焊，另一端用槽钢临时固定，第二榀屋架用同样方法吊装就位后，不要松钩，用千斤顶与第一榀钢架固定、校正，使第一榀屋架与第二榀屋架形成一个具有空间刚度和稳定的整体;重复上述步骤将三组双肢角钢桁架组成JL钢桁架，安装JL钢桁架侧板，安装牛腿预埋铁板 M2，M3的角铁与JL支座侧板焊牢，待7榀JL钢桁架全部安装完成后，安装钢桁架的下弦水平支撑及最外两榀钢桁架的斜撑，钢桁架安装、焊接完成(见图4)。3)钢平台拆解。拆除应在梁板混凝土强度达到100%时方可进行;拆除顺序是先拆承重结构支模架及外脚手架，再进行钢平台面层拆除，最后气割钢桁架。在整个拆除过程中，工作人员必须系好安全带及其他安全防护措施。

5 结语

本工程高空大跨连廊结构采用钢桁架支撑体系，在混凝土浇筑施工过程中定期观测其竖向与侧向变形，变形量均满足设计要求。此外，工期提前 15 d，实际造价 53万元，较传统高支模费用节省35万元，综合效益较显著。

[1] GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

[2] JGJ 162-2008，建筑施工模板安全技术规范[S].

[3] JGJ 81-2002，建筑钢结构焊接技术规程[S].

[4] GB 50205-2001，钢结构工程施工质量验收规范[S].