某高层建筑悬空弧形梁模板支撑系统设计与施工探讨

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摘要：本文对某高层建筑屋顶悬空弧形梁模板支撑系统进行了介绍，对钢桁架平台作了内力分析计算，重点阐述了钢桁架平台制作和安装、拆除的施工方法。

关键词：高层建筑，悬空弧形梁，模板，支撑系统，钢桁架，焊接，吊装，模板支撑

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

某工程为１栋30层高层住宅，钢筋混凝土框支剪力墙结构，层高2.8m，屋面板结构顶标高89.37m，总建筑面积19209.65m2。该工程屋面以上南北两侧（梁底标高为93.00m处）各设计有一个悬空弧形构架，其中南侧弧形构架悬空跨度较大，构架平面图如图1所示。17a～21a轴、Fa～Ka轴构架模板及其支撑系统可直接支承于屋面板上，支模高度4.23m（屋面板顶至弧形梁顶）。弧形梁21a×Fa轴～26a×Aa轴部分（最大弧长12.75m）距地高度93.90m，其模板及支撑系统在外侧和底部无任何防护结构，安全要求高，施工难度大。为确保该部位弧形构架施工能安全、顺利地进行，综合考虑结构受力、安全可靠、经济成本等各方面因素，需精心设计模板支撑系统。

2 支撑系统的设计与计算

2.1方案设计

由于弧形构架梁的悬空高度达到93.90m，不可能采用一撑到底的满堂支撑系统，经过多种方案比较，最终采用在悬空部位架设钢桁架施工平台，然后借助于施工平台进行上部弧形构架结构施工的方案。此处重点对悬空跨度较大的南侧钢桁架平台进行设计。首先，在屋面层即标高89.37m处架设钢桁架，桁架用I20b工字钢及[10槽钢焊接而成，上下弦杆用I20b，腹杆采用[10双槽钢背对背焊接，腹杆开口沿弦杆长度方向，在加工时认真放样，确保弦杆、腹杆的形心汇交于一点。每侧弧形构架使用2榀桁架。桁架详图见图2。每榀桁架焊接成2个半榀，运至现场拼装。桁架上弦杆与屋面结构预埋件可靠焊接。桁架安装焊接完毕后，垂直于桁架长边方向每747mm铺1根I12.6工字钢搁栅（桁架跨中3个节点各铺1根I16工字钢），工字钢外端出外圆弧1m，内端一直延伸至结构边，穿入已预埋的∩形卡中，加焊Ф20钢筋，工字钢与桁架接触处焊接连接。工字钢搁栅安装完毕后，立即进行工字钢部位的女儿墙结构的施工，再次确保工字钢搁栅不发生失稳。在工字钢搁栅上满扎大眼安全网，而后满铺钢笆片，与工字钢扎牢，再满扎密目式安全网。施工平台安装完毕，搭设满堂钢管支撑作为弧形构架的支撑系统，在工字钢搁栅上的立杆部位焊接50mm高Ф25钢筋内胆。

图2：外侧钢桁架祥图

2.2受力计算

考虑最不利荷载，验算弧形构架梁下的外侧钢桁架。桁架各杆件的内力按铰接分析计算，桁架对称，只计算左侧一半，计算简图如图3，桁架内力计算结果如表1。

图3：桁架受力计算简图

注：为内力最大的验算值；为螺栓连接杆件验算值。

3施工工艺

3.1桁架焊接施工及加载试验

3.1.1焊接

3.1.1.1型钢加工时应根据工艺要求预放焊接余量以及切割、刨边和铣平的加工余量。腹杆端部冼平，焊缝区表面的毛刺、锈、油污清除干净,使钢材表面露出银灰色。施焊前，要复查焊缝区的处理情况，如不符合要求，修整合格后方可施焊。构件上螺栓孔必须预先冲或钻好,不允许现场烧孔，焊条使用前必须按照质量证明书的规定进行烘焙。

3.1.1.2焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，须申报技术负责人查清原因，订出修补措施后才可处理。

3.1.1.3严禁在焊缝区以外的母材上打火引弧，在坡口内起弧的局部面积应熔焊依次，不得留下弧坑。焊件两端应配置引弧板，其材质和坡口形式应与构件相同。焊接完毕用气焊割除并修磨平整，不得用锤击落。

3.1.1.4为了减少焊接变形与应力，采取如下措施：

⑴焊接时尽量使焊缝能自由变形，焊接要从中间向四周对称焊接。

⑵收缩量大的焊缝应先焊接。

3.1.1.5为减少下料误差及确保桁架的顺利安装就位，在下料前至现场实际测量预埋件之间的距离。

3.1.2桁架加载试验

桁架焊接完成后，在基地预拼装进行加载试验。将一对桁架连成空间体系按方案间距每榀两端悬空搁置在角钢支架上（角钢支架采用8×8等边角钢焊接而成，上口焊接10厚钢板，上铺工字钢搁栅，向上累加塔吊标准节(重量990kg/节)和塔吊配重（1.64T/块），慢慢加至方案荷载，静至一天，认真检查焊缝、挠度，试验合格后运至现场拼装。试验方法如下：

⑴试验荷载计算和取值

荷载组合后的标准值q=297.6KN，扣除工字钢搁栅及桁架自重，荷载设计值为297.6-（8+10.1）×1.2=297.6-21.72=276KN。 由于该桁架为临时性结构而且还要在工程中使用，故以荷载设计值为试验值。

⑵加载步骤：

第一步：增加方案设计外力的25%；第二步：增加设计外力的25%；第三步：增加设计外力的25%；第四步：增加设计外力的25%；

共增至设计荷载的100%，施加荷载时要均匀增加，每步之间的间隔时间为1小时。进行一～三步加荷时对桁架进行观察，如果桁架有明显挠度、焊缝破坏等异常情况，应停止加荷，经查明原因后，再进行试验，直至一切正常为止。次日24小时后卸载，记录整理沉降变形结果。卸载分四步，每步卸载设计外力的25%，每步之间的间隔时间为1小时。

⑶挠度观测：

依据《钢结构设计规范》（GB50017-2003），受弯构件的挠度容许值的规定。对于南侧桁架，加载前在下弦杆中心线位置拉一道水平细线，并在跨中划上标志线，加载到位后测量标志线与水平细线之间的距离，即桁架的实际挠度；对于北侧桁架，加载前在下弦杆中心线位置拉一道水平细线，观测方法同南侧桁架。实际挠度与梁跨长的比值限制在1/400（即小于30mm），同时委托材料试验公司试验，在支座上和跨中的下弦底部分别布置百分尺测量荷载变形曲线。桁架焊接完成后必须涂刷防锈漆，焊缝区表面的毛刺、锈、油污清除干净,防锈底漆采用红丹性油性防锈漆涂刷两遍。

3.2钢桁架平台施工

3.2.1预埋件施工

在30层墙柱模板和30屋面梁模板施工时，按方案要求预先在结构的相应位置埋设铁件。预埋件的制作必须严格按照方案的要求进行，在预埋时要仔细定位并用水准仪进行抄平，在混凝土浇筑过程中由专人负责检查，避免移位。在30层～29层21a×Aa，26a×Fa，A1a×3a，B1a×4a梁端下各设置4根顶撑把部分荷载传递到下层结构。

3.2.2桁架安装就位

待30层结构混凝土达到设计强度，进行桁架的安装就位。先将内侧桁架吊装就位并焊接后，再吊装外侧桁架。为防止桁架平面外失稳，增强钢平台的整体稳定性，两榀桁架下弦杆用[8槽钢焊接连接，槽钢成之字型，与下弦杆角度为45°，置于下弦杆上侧。

3.2.3施工平台搭设

桁架安装就位后即进行施工平台的搭设。在垂直于桁架长边方向每个节点上铺1根I12.6（桁架跨中3个节点各铺1根I16工字钢），工字钢外端出外圆弧1m，内端一直延伸至结构边，工字钢与桁架接触处焊接连接。工字钢穿入已预埋的∩形卡中，加焊Ф20钢筋。在工字钢上满扎大眼安全网，而后满铺钢笆片，与工字钢扎牢，再满扎密目式安全网。

3.3模板及支撑系统施工