超高层嘉庚式建筑外挑檐口工字钢悬挑平台模板支撑系统施工设计

邹忠建

摘 要：本文结合厦门市集美区某综合楼悬挑高支模板系统，对其施工设计、关键构件安全验算和施工组织管理进行了探讨分析，说明应该制定兼顾管理和技术的施工组织技术，保障悬挑高支模板系统的施工安全性。

关键词：建筑工程；悬挑平台；高大模板；支撑系统

中图分类号：TU92 文献标识码：A

1.工程概况

厦门市集美区某综合楼项目，屋面层周圈外侧有外挑檐口，檐口标高110.200，檐口外挑宽度2.1m，外挑区域板厚120mm，锁口梁截面尺寸200×400，该部位模板支撑系统拟采用工字钢悬挑的形式，工字钢架设于檐口下两层楼板，工字钢上设一道钢丝绳拉结于外挑檐口下一层边梁上，下撑一道工字钢于工字钢主梁悬挑层下一层边梁面，模板支撑架搭设层高8.4m，边梁截面尺寸位400×900，混凝土强度等级C30。

设计上述悬挑高大模板支撑系统，并验算构件和体系的安全性，制定严格的施工组织计划，对于确保该超高支模安全与稳定具有重要意义。

2.施工设计

2.1 施工技術参数

模板支撑采用满堂式支撑架，模板采用915mm× 1830mm×18mm（厚）胶合板，支撑系统选用Φ48.3× 3.6mm钢管，高大模板支撑系统立杆间距以不大于1100× 1100控制，支架顶部支撑采用可调顶托，锁扣梁底设2道顶托支撑。

模板支撑架主梁的悬挑型钢采用16#工字钢，长度采用6m，外挑长度2.2m，另主梁外锚固点距离建筑物边缘0.1m，悬挑段计算长度2.3m；建筑物外锚固点以内工字钢长度3.7m，扣除主梁端部0.2m及两个锚固钢筋之间距离的一半0.1m，工字钢锚固段长度以3.4m计算。工字钢间距以1.1m布设。每根悬挑工字钢锚固点往外2.2m位置设置1道钢丝绳，锚固点往外1.5m位置设置1道下撑工字钢，其中下撑工字钢参加受力计算，钢丝绳作为安全储备不参加计算。

型钢悬挑梁固定端采用2对锚固螺栓与建筑结构梁板固定，采用Φ16的螺栓作为悬挑工字钢锚筋。

上拉钢丝绳拟采用6×19的钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度不小于1400MPa，直径为14mm。下部斜撑采用16#工字钢，如图1所示。

2.2 施工方法及工艺

本高支模板施工拟采用如下流程：悬挑梁钢筋拉环随主体施工预埋——工字钢主梁吊装——上部钢丝绳拉结、下部工字钢支撑——架设梁板顶架——在顶托上安装梁底木方龙骨——准备梁底模和侧模——在顶托上安装板底木方龙骨组建楼板模板--高大模板工程专项验收——柱混凝土浇筑——摆放梁板钢筋网——在梁板灌筑混凝土、实时监控形变状况——保持混凝土处于合格状态，满足计划中的混凝土要求——撤模拆顶托及拉杆。

在上述施工方法和工艺的指导下，悬挑梁的安设、支撑架的搭设、混凝土的施工以及支顶模板的拆卸等，均按照相关流程进行施工，确保施工过程的安全性和合理性。

3.安全验算

对于本悬挑高支模板，综合所有的设计需求，具体需要验算的内容包含：120mm厚楼板模板支架验算，200×400梁模板支架计算和多排悬挑架主梁验算。考虑到每个方案验算的内容较大，这里选择多排悬挑架主梁验算作为重点分析。

3.1 主梁的验算

主梁是整个建筑工程中至关重要的一个部位，对主梁的核算因尽可能地避免失误，其验算的步骤及相关公式如下：

主梁的强度，σmax=Mmax/W=8.273×106/141000= 58.673N/mm2≤[f]=215N/mm2，符合标准。

主梁抗剪，τmax=Qmax/（8Izδ）[bh02 -（b-δ）h2]= 16.585×1000×[88×1602-（88-6）×140.22]/（8× 11300000×6）=19.6N/mm2，τmax=19.6N/mm2≤[τ]=125N/mm2，符合标准。

主梁的挠度，νmax=1.604mm≤[ν]=2×lx/360=2× 2300/360=12.778mm，符合标准。

主梁的支座反力，R1=0.422kN，R2=4.363kN，R3= 38.345kN。

3.2 下撑杆件的验算

下撑杆件的相关计算较为复杂，需要万分仔细，其验算的步骤及相关公式如下：

下撑杆件的角度：

β1=arctanL1/L2=arctan（4200/1400）=71.565°。

下撑杆件的支座力：

RX1=nzR3=1×38.345=38.345kN。

主梁的轴向力：

NXZ1=RX1/tanβ1=38.345/tan71.565°=12.782kN。

下撑杆件的轴向力：

NX1=RX1/sinβ1=38.345/sin71.565°=40.419kN。

下撑杆件最大轴向拉力：

NX=max[Nx1...Nxi]=40.419kN。

下撑杆的长度：

L01=（L12 +L22 ）0.5=（42002+14002）0.5=4427.189mm。

下撑杆的长细比：λ1=L01/i=4427.189/65.8=67.283。

查询《钢结构设计规范》GB50017-2003表C可知，φ1=0.791。

当φ大于0.6时，φ1′=0.713。

轴心受压稳定性：

σ1=NX1/（φ1′A）=40419.487/（0.713×2610）=21.705N/mm2≤f=205N/mm2，符合标准。

计算接焊缝：

σ=NX/（lwt）=40.419×103/A=40.419×103/2610= 15.486N/mm2≤f cw =185N/mm2，发个标准。

3.3 悬挑主梁整体稳定性的验算

悬挑主梁整理稳定性关系到整个建筑工程是安全系数，甚至会影响到人们的生命健康和财产安全，其验算不容许出现差错，具体步骤及相关公式如下：

主梁的轴向力：

N=|[（-（NXZ1））]|/nz=|[（-（12.782））]|/1=12.782kN。

压弯构件的强度：

σmax=Mmax/（γW）+N/A=8.273×106/（1.05×141× 103）+12.782×103/2610=60.776N/mm2≤[f]=215N/mm2，塑性發展的系数γ，符合标准。

受弯构件的整体稳定性分析：其中φb——均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数：查询《钢结构设计规范》（GB50017-2003）表可知，φb=1.3，由于φb大于0.6，依据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附表B，可知φb′值取0.85。σ=Mmax/（φbWx）=8.273×106/（0.853×141×103）= 68.778N/mm2≤[f]=215N/mm2，符合标准。

3.4 悬挑主梁锚固段与楼板的连接计算

由于锚固螺栓未受拉力，不需要进行计算，节点只需按照构造做法即可。

4.施工组织及管理

建立外挑檐口工字钢悬挑平台模板支撑系统的施工组织和管理计划，对于施工工序的顺利开展具有重要价值。施工中难免会存在管理不到位，监管措施不到位等问题，抓好监督和管理是防范问题发生的重点。

（1）展开并完善相关技术保障工作，架设和撤除大型模架、铺设钢筋网、灌筑混凝土等工作进行之前，一定要让施工人员熟悉相关技术并详细了解有关注意事项。

（2）设定监测点，实时监测支架的变形和受力情况。

（3）严格按照施工组织计划和流程开展作业，在每项工程开展完成后应进行认真检查分析，在确保无误后方可进行下一步的工序。

结语

工字钢悬挑平台高支模板是本建设项目的难点之一，确保其施工安全和稳定性具有重要意义。本文依托厦门市集美区某综合楼项目的工字钢悬挑平台高支模板，研究了支撑系统的施工设计、安全验算和施工组织管理等，说明了确保这类模板工程顺利施工应该从技术方案和管理方案两个层次保证。

参考文献

[1]龚宏.高支模板支撑系统施工中问题分析及措施[J].福建建筑，2013（5）：76-77+109.

[2]刘晓东，李洋.对高大模板支撑系统施工的探讨[J].中华民居，2013（6）：123-124.