高空大跨度悬挑结构支模设计及施工技术
关键词：高空；悬挑结构；型钢三角型支撑体系
0前言
长沙市某大厦为28层的高层建筑，总高99．5m，标准层高3m，本工程在主楼27层建筑结构设计中，于观光梯顶板周边向外悬挑4．20m的全现浇钢筋混凝土梁板结构，以满足观光功能和建筑造型的需要。由于该悬挑结构施工高度为83．90m，且悬挑跨度大，采用传统的施工方法，将耗用大量的施工材料，且施工工期长，难以满足本工程的实际需要。本着投入少、工效快、安全可靠、施工方便、有利于推广应用的施工原则，采用了用型钢三角形支撑体系施工高空钢筋混凝土大跨度悬挑结构的施工技术，解决了施工难点问题，减少了工程建设投资。
1施工方案的确定
高空悬挑结构的自重、风载均较大，施工时模板支撑系统的稳定性及刚度要求高，高空作业，要求整个支撑系统的施工过程具备绝对可靠的安全性。因此对整个支撑系统的支撑形式及材料的选择，经充分的考虑，对可能采用的几个施工方案进行了经济、技术及安全等方面的论证：
1．1传统的满堂落地式钢管支撑体系
该支撑体系由于支模高度高，为保证整体的稳定性和刚度，必须加密横向杆件拉结和竖向支撑间距，因而需要投入大量的钢管材料。无论从一次性投入或者采取租赁形式，费用均昂贵，从经济角度来看，这不可取。
1．2钢管悬挑支撑体系
该体系为扣件式空间桁架，节点采用扣件连接方式。
(1)此支撑体系会产生较大的侧向挠度，刚度小。(2)经过计算，钢管布置密度大。(3)钢管的连接点，悬挂点缺乏绝对的安全性。(4)该支撑体系需要进行大量的高空作业，风力大，作业人员的工作时间长，因而工作环境安全性低。
1．3型钢三角形支撑体系
(1)整体刚度大。(2)水平横梁可以直接埋在观光梯混凝土墙里，节点锚固牢固。(3)整个支撑体系安装及拆卸方便，安全性大。对以上三种支撑体系，进行综合论证，确定选用“型钢三角形支撑体系”，它具有工程需要的稳定性好，刚性好，施工方便，高空作业时间短，减少工程建设资金投入等优点。
2型钢三角形支撑体系设计
型钢三角形支撑体系由型钢三角形支撑托架、槽钢稳定交叉水平支撑、托架上弦槽钢水平檩条组成。三角形支撑托架，由型钢焊接而成，安装在观光梯混凝土墙上。悬挑结构荷载的竖向支撑着力点在三角形支撑的水平横梁上，再传到该层的钢筋混凝土墙上，并通过三角形斜向支撑将部分力传递到下层的钢筋混凝土墙上。
2．1支撑体系平面布置图及计算简图
1—托架，2—托架，3---托架，4—托架，5—檀条
2．2荷载计算
悬挑跨度4．2m，考虑到在平面布置中趋于合理，选定在每条悬臂梁底设一榀支撑托架，共七榀。每榀支撑托架的荷载组合如下：
胶合模板及支撑自重：q1=2．89kN／m；新浇混凝土自重：q2=21．21kN／m；施工荷载(包括振捣混凝土荷载)：q3=9．03kN／m；
小计：q=2．89+21．21+9．03=33．13kN／m
再考虑边上的环梁所产生的集中荷载P=9．10kN
2．3支撑体系设计
上部的荷载，考虑到施工中的具体情况，依据《钢结构设计规范》进行设计。
(1) 横梁按受拉弯杆件计算
正应力
式中N——轴心拉力；——净截面面积；——计算截面的弯矩；——净截面抵抗矩；——截面塑性发展系数；——钢材的抗弯强度设计值。
通过计算，选用横梁AD、DC为[25a。
(2) 斜支撑根据轴心受压、轴心受拉杆件计算
式中N——轴心压力、拉力；——净截面面积；验算受压构件的长细比及整体稳定要求：
式中——受压构件的长细比；[]——受压构件的长细比限值；——轴心压杆的稳定系数；A——轴心压杆的毛截面面积；N——轴心压杆的计算压力。
通过计算，斜支撑选用槽钢：
CE——2[18a；DE——2[18a；AE—2[18a；EF——2[25a；EB——2[25a
(3)焊缝的计算
支撑与横梁及支座的连接，采用现场焊接，根据受拉、受压的贴角焊接缝，按强度计算：
式中——焊缝的有效厚度；——焊缝的计算长度；——角焊缝的剪应力；——角焊缝的强度设计值。
(4)型钢三角形托架大样图(见图3)．
(5)节点构造做法
根据设计原理：悬挑结构荷载的竖向支撑着力点在三角形支撑的水平横梁上，再传到该层的钢筋混凝土墙上，并通过三角形的斜向支撑将部分力传递到下层的钢筋混凝土墙上。故三角形托架的水平横梁及斜向支撑与钢筋混凝土墙连接点处理十分重要。要求节点牢固，施工方便，整个三角形托架的垂直度精确。
根据上述要求，决定采用“分部直埋式”方法，即将整个三角形托架从中间水平横梁处分开成上、下两大部分，水平横梁直接埋入观光梯井壁钢筋混凝土墙上，脚部采用双槽钢预埋，斜向支撑通过与其焊接支撑在其上面。具体做法详见型钢三角形托架大样图图3．
3施工方法及技术措施
考虑到施工部位在塔式起重机工作范围内，故采用以下方法：在地面上将三角形托架分上、下两部分分别按设计要求进行焊接拼装制作，再用塔式起重机吊到高空作业点进行组装和固定。
3．1施工流程
施工流程如下：
下半部预埋安装→下半部交叉水平支撑安装及施工平台安装上半部预埋安装→上层水平檩条安装→上层施工平台安装→悬挑模板支顶→悬挑楼面钢筋混凝土施工。
3．2节点施工
“分部直埋式”节点施工要求：
(1)逐榀固定的三角形支撑上、下部的垂直度应有很高的精度，使预埋节点、钢梁、斜支撑、斜撑的铰接点在同一轴线上。
(2)每榀三角形支撑的水平高应一致。
(3)每榀支撑间设置水平交叉系杆，把每榀三角形支撑联成一个整体，形成一个空间结构体系。
(4)整个三角形支撑体系完工后，每个连接点，每个焊接及埋件，都必须经检查认定合格后再进行下道工序的施工，以保证整个体系在空间工作中的整体性、刚度、承担和传递力的可靠性。
3．3拆卸步骤
拆卸步骤：第二十七层悬挑楼板预留150mm×150mm的悬吊孔→用钢丝绳悬吊托架于楼面上→托架割离支点→用塔式起重机从托架外侧吊起托架→逐步放松悬吊丝绳→用塔式起重机把托架拖离悬挑板底并吊放至地面。
3．4施工安全措施
(1)所有施工人员需要佩带安全带施工。(2)下半部托架安装后，在下半部三角形托架面铺设施工平台作为上半部托架安装人员的工作平台，并沿托架外斜满挂安全网。(3)上半部托架安装完成后，在托架面设置满铺施工平台，增强施工人员的安全感。
4结论
在该工程观光梯顶高空大跨度悬挑结构工程施工中，应用型钢三角形支撑体系，满足了建筑设计及施工的要求，取得了“投入少，见效快”的综合经济效益。其特点是：
(1)采用分部直埋式：将大托架分部拼装、分部安装，施工方便，有利于吊装，节点埋点准确，节点牢固，特别适合现场施工。
(2)整个体系在空间工作中的整体性好，刚度大，承担及传递力的可靠性大。
(3)从经济角度上比较，减少工程建设资金投入。
实践证明，这种型钢三角形支撑体系，稳定性好，刚度大，施工简便，安全可靠，可缩短施工工期，经施工过程中的跟踪检查，未发现任何问题，保证了工程质量。
参考文献：
[1]江正荣，朱国梁．简明施工计算手册(第三版)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005．
[2]GB50009—2001，建筑荷载规范[s]．
[3]侯君伟，关柯．建筑施工手册(第四版)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2003．
[4]GB50017—2003，钢结构设计规范[s]．
[5]汪一骏，顾泰昌．钢结构设计手册(第三版)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2003．