高空吊拉型钢支模平台的设计与施工

吴隽

（上海建工五建集团有限公司，上海 200063）

1 悬挑结构概况

T3 塔楼16、17、18 层层高分别为4.2 m、4.2 m、4.5 m，19 层（结构标高81.45 m）西南阳角位置存在面积约为100 m2悬挑梁板结构（图1），最大梁截面500 mm×2 000 mm，板厚200 mm，结构最大净挑长度4.36 m。 另KL13（1A）、KL12（1A）混凝土结构内含变截面劲性型钢梁， 悬挑区域变截面劲性型钢梁截面高度900 mm，非悬挑区域变截面劲性型钢梁截面高度650 mm，L12 （2A）、L11（3A）、L10（3A）、KL12（2A）、L12（1A）混凝土结构内均含劲性型钢，截面高度400 mm。

图1 19 层结构平面布置

2 悬挑结构支模施工难点

（1）高度高，悬挑结构距离地面高度为81.45 m。

（2）悬挑长度大，最大净挑长度4.36 m。

（3）施工危险性大，模板施工无操作面。

3 方案比选

方案总体思路是利用钢管模板支架直接承受悬挑结构的自重和施工荷载，外挑型钢作为钢管支架的承力构件，但采用何种受力体系仍需通过多个方案比选获得最符合本项目的受力体系，并辅以相关的构造操作和安全措施进行施工。

3.1 三种不同形式的悬挑支模平台设计

方案一：下撑式悬挑支模平台，在16、17、18 层连续3 层设置型钢挑梁作为承力构件，16、17 层设置型钢斜撑作为传力构件，支模架体高度4.5 m，详见图2。

图2 下撑式悬挑支模平台剖面

方案二：撑拉式悬挑支模平台，在17 层设置型钢挑梁作为承力构件，16、17 层分别设置型钢斜撑及2 道钢丝绳斜拉作为传力构件， 支模架体高度8.7 m，详见图3。

图3 撑拉式悬挑支模平台剖面

方案三：上拉式悬挑支模平台，在16 层设置型钢挑梁作为承力构件，16、17 层设置钢拉杆作为传力构件，支模架高度12.9 m，详见图4。

图4 上拉式悬挑支模平台剖面

3.2 三种不同形式的悬挑支模平台比较

3.2.1 施工难易和可操作性比较

下撑式悬挑支模平台对于传力构件安装定位精度要求极高，需保证连续3 层型钢挑梁不产生偏心传力，实际施工难度极高且同一方向传力节点过多无法保证不产生偏心传力。若采用撑拉式悬挑支模平台，能解决同一方向偏心传力问题，但结合本工程塔楼核心筒+大框架结构类型分析，型钢斜撑无剪力墙作为下支撑点，下支撑点若设置在结构梁面，支撑角度无法得到有效保证且预埋支撑点锚板安装定位精度要求较高，初步计算撑拉式悬挑支模平台钢丝绳为主要受力而型钢斜撑受力效果不佳。若采用上拉式悬挑支模平台，能解决传力方向不产生偏心问题，上拉点锚板可根据型钢挑梁定位调整位置。 从安全角度考虑，下撑型钢无法确保安全拆除，需另搭设防护架上人拆除，而上拉杆拆除无需另搭设外脚手架配合，满足安全拆除且操作简便。

3.2.2 经济技术比较

按市场材料价格、 安装工期进行汇总计算，经济技术对比结果见表1。

表1 三种悬挑支模平台经济技术对比

通过对以上三种方案的可行性综合分析，选择第三种方案，即上拉式悬挑支模平台，它除了经济节约外，还具备施工方便、安全可靠等特点。

4 搭设构造与节点验算

悬挑结构支模采用在16 层楼板面悬挑25a#工字钢作为支模架主梁， 悬挑钢梁采用预埋φ20 mm的锚环固定， 主梁上设14# 工字钢联梁， 并设置B100 mm×5 mm 箱型截面钢拉杆固定在17 层与18 层， 在悬挑钢梁支点及拉杆锚点处设置反力支架抵消拉杆传递的竖向荷载。 平台采用软硬隔离结合，软隔离采用网孔50 mm 白色安全网，硬隔离采用木枋+模板进行封闭。 17 层布置部分拉杆，拉杆距离悬挑钢梁端部3 m，18 层布置全部拉杆，拉杆距离悬挑钢梁端部1.2 m。 悬挑钢梁上支模架体搭设高度12.9 m， 采用扣件式钢管脚手架搭设模板支模体系。

经受力分析及计算，高空吊拉型钢支模平台载荷主要以轴力形式体现，通过设计连接点最终传力至结构达到利用结构承受所有载荷的目的。

4.1 耳板及插销

上拉式悬挑支模平台中拉杆与工字钢主梁、拉杆与结构梁锚板连接设计均采用销轴连接形式（铰接）。 经受力计算拉杆最大轴力（Ns）为221.9 kN，选用拉杆单耳板进行计算。

4.1.1 拉杆耳板验算

拉杆耳板t=25 mm，b=70 mm，d0=60 mm，a=90 mm，f=205 N/mm2。

（1）构造要求

be=2t+16=66 mm≤b；4bc/3=88 mm≤a，满足要求。

（2）孔净截面处的抗拉强度验算

b1=min（2 t+16，b-d0/3）=50 mm；

σ=Ns/(2tb1)= 88.76 N/mm2≤f，满足要求。

（3）端部截面抗拉（劈开）强度验算

σ=Ns/[2t（a-2d0/3）]= 88.76 N/mm2≤f，满足要求。

（4）抗剪强度验算

满足要求。

4.1.2 插销验算

经受力计算， 耳板插销直径需满足最大轴力N=221.9 kN 的剪切作用。 插销采用Q345 钢材，抗剪强度设计值fvb=165 N/mm2。

τb=N/（nvπd2/4）＜fvb，解得d＞41.39 mm，插销直径d 取50 mm，满足要求。

4.2 工字钢锚板

拉杆一端拉在悬挑型钢上， 对于斜拉杆水平分力，既对弧形梁产生弯矩，也对悬挑型钢产生水平推力， 水平分力通过在工字钢主梁设置钢筋穿孔塞焊锚板抵消。

经受力计算， 拉杆支点最大水平分力为N=159.7 kN，锚板采用Q235 钢材，τb=N/（nvπd2/4）＜fvb，解得d＞20.58 mm， 配4 根直径25 mm 三级钢筋，满足抗剪要求。

埋板对楼板（C30） 侧壁抗压验算：N/A=13.3N/mm2＜14.3 N/mm2，满足要求。

4.3 结构梁锚板

拉杆轴力对结构梁产生竖向分力及水平分力，在结构梁上设计锚板抵消竖向分力及水平分力。

经受力计算， 拉杆锚点处最大水平分力124.78 kN，最大竖向分力198.6 kN。

（1）抗压强度复核：F/A=1.04 N/mm2＜14.3 N/mm2，满足要求。

4.4 回顶支架

斜拉杆竖向分力通过对18 层、17 层锚点处结构梁进行回顶来抵消，立杆步距1 200 mm，按300 mm×300 mm 布置，顶托上设木枋，确保集中荷载传递到周边的立杆（木枋沿梁纵向布置）。

经受力计算，斜拉杆竖向分力最大为198.6 kN，根据立杆布置， 至少有12 根主要受力钢管（φ48.3 mm×3.0 mm）支撑抵消反力（忽略梁本身承载力）以保证安全。

17、18 层锚点最大竖向合力位于17 编号悬挑钢梁位置Nd=172.9+105.2=278.1 kN。

l02=kμ2h=1.155×1.669×1 200=2 313 mm；λ=l02/i=2313/15.9=145.48≤[λ]=150；fd＝Nd/(φA)＝278 100/(0.328×424×12)＝166 N/mm2≤[f]＝205 N/mm2， 满足要求。

5 施工工艺流程

施工准备→预埋型钢锚环、锚板→工字钢主梁设置→工字钢主梁距悬挑端3 m（17 层拉杆拉点）范围内架设联梁、 工作平台及安全网→预埋17 层结构梁锚板、安装拉杆→架设其余联梁、工作平台及安全网→预埋18 层结构梁锚板、 安装拉杆→搭设高支模架体及其他施工设施→模板钢管架拆除→斜拉杆拆除→联梁拆除→安装吊拉葫芦、配合人工拆除工字钢主梁。

6 结语

高空吊拉型钢支模平台在安全可靠、 施工简便、经济节约等方面已经得到验证，具有较好的推广意义。类似高空大悬挑结构可参考上述设计及施工经验，亦可在材料选择、连接节点设计、受力分析等方面再进一步进行优化完善。