超高层大跨悬空构架梁支撑体系施工技术

陆海涛

（博元建设集团股份有限公司，浙江 嘉兴 314000）

酒店、商业等公共建筑为追求立面效果通常设计不规则平面，但出于功能要求或结构计算的限制，往往会在平面凹凸位置的顶层或多栋建筑之间设置连接体及混凝土构架梁，此部分结构就会存在悬空的问题，常规支模方法实施非常困难，同时带来极大的安全隐患及施工成本，本文依托三亚海棠之星项目，对悬空架构层的支撑体系进行研究，为今后类似工程提供借鉴。

1 工程概况

三亚海棠之星度假酒店综合项目，包括高层酒店、低层独栋别墅客房群及完整的娱乐配套设施，总建筑面积116 515.94m2，其中高层酒店塔楼地下2层，地上30 层，建筑高度117.9m，结构形式为异形柱框架-剪力墙结构，悬空构架梁位于高层酒店架构层，为钢筋混凝土结构，梁面标高113.150m，最大截面尺寸500mm×1200mm，跨度22m，悬空部分投影面积约155m2，悬空高度113.15m，如图1。

图1 架构层

2 支撑体系设计

2.1 体系对比

施工方案实施前，对比分析了几种支撑体系的差别及适用场景。由于构架梁标高超过100m，采用传统的落地式满堂架，从地下室顶板开始搭设，随着高度增加，架体的承载力、整体稳定性（高宽比超限）、沉降等都无法满足要求，材料用量也非常大，不经济不安全；如采用悬挑工字钢支撑，配合脚手架支模，能够适用小跨度、小重量的混凝土结构，对于本项目超过20m 的悬空构架梁支撑实现比较困难，会存在工字钢截面大幅扩大，且变形挠度大，无法保证支模架的安全。

对此，提出在构架梁底部设置空中钢结构托架，钢托架为钢桁架形式，可大大降低构件截面尺寸，同时在托架上部设置钢管模板脚手架，以此降低支模高度，保障支模安全及质量。

2.2 模板脚手架

脚手架采用盘扣式钢管脚手架，由于架构层均为混凝土梁，无结构板，因此仅考虑梁下的模板脚手架，脚手架落位在钢托架上部分配梁上，从下到上依次为底托→立杆→顶托→钢管主楞→方木→木模板，模板脚手架搭设高度6.1m，梁下纵距900mm，横距300mm，步距1 500mm，钢管脚手架主要作用为传递上部构架梁自重荷载、模板荷载及施工荷载，软件计算通过验算。

2.3 钢托架

钢托架由纵横向三角钢桁架构成，考虑到钢托架的安装高度超过100m，最便捷的安装方式为现场塔机整体吊装，因此在22m 跨度（长向）方向设置对称的两片钢托架（以下称钢托架1），缩短跨度，降低重量；垂直跨度方向共设置14 片钢托架（以下称钢托架2），根部与混凝土连接，悬挑端部落位在钢托架1 上部。所有钢托架与混凝土梁、板、墙的连接均采用预埋件或穿墙螺杆。

钢托架1 尺寸为长11m 高6m，端部通过预埋件与墙体连接，为主受力结构，其中上弦杆采用36a 工字钢，其余杆件为32a 工字钢，单片重量2.5t，共2 片，如图2 所示。钢托架2 尺寸为长9m 高4m，端部通过预埋件与墙体、楼板连接，杆件采用32a 工字钢，单片重量1.1t，共14 片，如图3 所示。在钢托架2 上部设置工字钢分配梁，作为盘扣脚手架的支座，上部焊接∅16 钢筋，防止钢管滑动，工字钢截面采用20a 工字钢，间距按照盘扣纵横距布置，与钢托架2 点焊连接。

图2 钢托架1剖面

图3 钢托架2剖面

3 钢托架设计计算

3.1 传力体系

传力从上到下依次为：混凝土梁自重、模板自重、人员施工荷载传递至模板、方木，再由其传递至钢管脚手架立杆，随后立杆传递荷载至分配梁，分配梁传递至钢托架2，钢托架部分荷载直接传递至楼层混凝土结构，部分通过钢托架1传递，再由钢托架1 传递至混凝土剪力墙。

3.2 模型建立

通过有限元分析软件对钢托架进行建模计算（图4）。模型尺寸依据支架施工图，脚手架转化为荷载施加在模型上，不共同建立。支架与混凝土连接处均考虑铰接连接，设置Dx，Dy，Dz平动约束，释放Rx，Ry，Rz转动约束；钢托架杆件采用焊接连接；钢托架1 与钢托架2 采用弹性连接，设置Dx，Dy，Dz平动约束，释放Rx，Ry，Rz转动约束；钢托架2 与分配梁采用弹性连接，设置Dx，Dy，Dz平动约束，释放Rx，Ry，Rz转动约束。

图4 模型示意图

3.3 荷载计算

结构自重包括钢托架自重以及钢管脚手架+上部混凝土梁（及模板）自重，钢托架采用Q235B 钢材，自重由模型自动考虑。活荷载主要为人员、设备荷载，考虑2kN/m2，风荷载在脚手架计算中考虑，此模型不再考虑。荷载组合为1.3 恒+1.5 活。

经计算，结构总体最大应力179.3MPa＜f=205MPa，最大剪应力53MPa＜f=125MPa，最大位移发生在跨中，为27.651mm。

4 施工流程及注意事项

1）预埋件施工 预埋件作为钢托架传力的关键部位，需保证其预埋位置的精度及板厚等材质用料，托架吊装前，应对预埋件其进行复测。

2）底部挑网设置 本悬空构架梁施工高度超过100m，高空作业风险大，需设置安全挑网，保障施工安全。

3）钢托架1 吊装 钢托架1 分为对称的两片，吊装采用现场塔机，就位后应在两侧拉设缆风绳，钢托架2 未安装前严禁拆除。

4）钢托架2 吊装 钢托架2 吊装后，在搁置于钢托架1 后应对其进行焊接固定。

5）分配梁吊装 在钢托架1/2 安装完成后，依次划线，随后吊装分配梁，分配梁与钢托架2进行焊接，分配梁安装完成后，在上部焊接∅16定位钢筋，随后铺设模板作为底部防护。

6）钢管脚手架搭设 钢管脚手架应严格按照间距要求设置，并设置斜拉杆；盘扣搭设时，应注意检查底托、顶托的设置情况，立杆连接点交错设置，并敲紧水平杆与立杆连接的钢插销。根据软件位移计算结果，对脚手架顶托进行标高调整，消除钢托架端部变形大的问题。

5 结语

本文研究了一种超高层悬空构架梁的支模方法，提出采用钢托架结合钢管脚手架的组合支撑体系，并对支撑体系建模计算分析，模拟体系的受力及变形情况，并通过钢管脚手架进行标高调整，实现混凝土成型要求。此研究规避了传统落地式钢管脚手架及悬挑工字钢支模架的实施风险，大大降低了高空支模成本、安全风险，可实施性强。O