高層懸空大跨弧形梁支撐施工技術

趙劍平，陳鈞頤，黃建和

（泰興一建建設集團有限公司，江蘇 泰興 225400）

1 工程概況

大嘉匯·尚悅一期-3#、5#、6#、8# 住宅樓及其商業裙樓工程,3#、5#樓為 33層住宅樓，建筑高度為 98.15 m；6#、8#樓為 30層住宅樓,建筑高度100.50 m?？偨ㄖ娣e為 115 815.26 m2。3#、5#、6#、8#四棟樓北立面在26層/29層處設計了一個圓弧梁，梁跨度8 100 mm，兩端與采光井兩端的柱子相連，梁截面高度為2 950～3 450 mm，平面尺寸上弧形梁距離建筑物邊達5 100 mm，其中3#、5#樓圓弧梁從 29層樓面向下懸掛2 950～ 3 450 mm,6#、8#樓圓弧梁從26層樓面向下懸掛2 950～3 450 mm。一方面由于弧形梁地處高空，橫跨建筑物的采光井，下端懸空、無任何可靠作業施工面，搭設模板支撐系統困難，再者截面尺寸很高，施工荷載較大，給施工帶來了很大難度，施工方案必須經過嚴密計算論證，確保安全。

2 方案的選擇

2.1 方案1

搭設落地式鋼管腳手架，但弧形梁處于26/29層樓面處，搭設工作量過于龐大，費工耗時，成本上不經濟，工期上滯后，且搭設如此高度的模板支撐系統也不穩定(支撐高度超過8 m即屬于高支模體系，此方案架體高度將近80 m)，普通施工工藝無法達到很好的安全保障，給施工帶來較大安全隱患。

2.2 方案2

考慮在采光井縱橫方向擱置工字鋼作為主要受力構件，在工字鋼上搭設鋼管支撐系統，該方案結構受力明確，雖然工字鋼一次性投入較大，但可周轉使用，相對成本不大，通過驗算，采取一定的構造措施即可使支撐體系的安全性得到較好保證。

3 方案簡介

（1）選用 18#工字鋼，3#、5#樓從 27層開始搭設工字鋼支撐腳手架，6#、8#樓從 24層開始搭設工字鋼支撐腳手架。在工字鋼擱置的樓面上預埋鋼筋環，做法同工字鋼懸挑腳手架，確保工字鋼錨固端牢固可靠。

（2）先擺放橫向工字鋼作為主梁，間距1700mm，因為與弧形梁底支撐鋼管立桿接觸的工字鋼是受力最大的，所以弧形梁下端并排擺放兩根工字鋼。再擺放縱向工字鋼作為次梁，間距1 200 mm。

（3）兩根并排擺放的橫向工字鋼與縱向工字鋼節點處（共 7個節點）采用鋼絲繩反拉，防止橫向工字鋼變形過大。

（4）搭設梁底支撐鋼管支撐系統及施工作業用腳手架，所有鋼管立桿底端均落在縱向工字鋼上，以6#/8#樓為例工字鋼擺放平面布置、剖面如圖1，2所示。

圖1 支撐系統平面布置

圖2 支撐系統剖面

4 受力計算

4.1 驗算思路

縱向工字鋼在工字鋼平臺中看作框架的次梁，橫向工字鋼看成主梁，次梁承受弧形梁結構支撐立桿傳來的集中力，主梁承受次梁傳來的集中力。 主要驗算工字鋼的抗彎強度、變形、抗剪強度的驗算。

4.2 計算假定

（1）因為弧形梁構件截面高度在2950～3450mm，如果一次性澆筑，梁側模板的側向剛度不易保證，且模板制作時的加固措施較為繁瑣，再者梁底支撐立桿承受的荷載較大，傳至工字鋼的集中荷載相應加大。綜上所述，為安全起見，每次澆筑高度暫定1 000 mm，驗算時取梁截面高度為1 000 mm。

（2）假定縱向工字鋼擱置在建筑物端為鉸接。

4.3 驗算縱向工字鋼受力情況

橫向工字鋼受力示意如圖3，4所示。

Ra/Rb/Rc即弧形梁底支撐立桿傳來的集中力，梁底支撐如圖3所示，梁底立桿縱向間距同橫向工字鋼＠1 200 mm，可求得 Ra=Rc=0.45 kN、Rb=9.5 kN，繼而求得支座D的支座反力Rd=13.4 kN，桿件的最大彎矩在 D支座，Mmax=Md=3.98 kN·M,計算 σ=抗彎承載力滿足要求。 最大撓度出現在橫向工字鋼最右側懸挑端撓度驗算滿足規范要求。

圖3 橫向工字鋼受力示意

圖4 梁底支撐

4.4 驗算縱向工字鋼

選擇受力最大的兩根并列工字鋼進行驗算，兩根工字鋼共同分擔上部次梁（縱向工字鋼）傳來的集中力，f=Rd/2=6.7 kN。橫向工字鋼受力如圖5所示。

圖5 橫向工字鋼受力示意

5 施工實施

5.1 工藝流程

預埋工字鋼錨固鋼筋環→擺放工字鋼→滿鋪腳手板→搭設支模系統及腳手架→反拉鋼絲繩→檢查驗收→混凝土分段。

5.2 施工要點

（1）在澆筑24層樓面前，根據設計計算的工字鋼間距預埋錨固鋼筋環，以免在放置工字鋼時出現錯位和受力與理論相差過大的情況。

（2）在 24層樓面澆筑 2～3 d混凝土達到一定強度后，吊裝工字鋼，吊裝必須由專業架子工施工，工字鋼兩端與預埋鋼筋環用木楔固定。在工字鋼上搭設鋼管支模架及腳手架，工字鋼平臺上鋪腳手板。

（3）弧形梁支模過程中，必須使用對拉螺桿，防止混凝土澆筑過程中出現爆?；驖q?，F象。搭設必須嚴格按照方案執行，各項參數必須符合設計計算要求。

（4）扣件螺栓擰緊扭力矩應達 40～60 N·m，以保證節點具有足夠剛性和傳遞荷載的能力。

5.3 檢查驗收

架體搭設完成后，由總監理工程師、專業監理工程師、項目經理、技術負責人、專職安全員等聯合驗收，形成驗收記錄，驗收合格后方可投入使用（圖6）。

圖6 高層懸空大跨弧形梁支撐體系立面

6 其他注意事項

（1）澆筑混凝土時必須分段澆筑。

（2）由于工程結構的特殊性（弧形結構），施工難度相對較大，施工前要專人采用 CAD輔助放線，在地面上畫出弧形大樣后再制作模板，確保尺寸準確無誤。

（3）懸挑工字鋼上不支設鋼管架，鋼管架設在工字鋼面時工字鋼上焊接25 mm鋼筋內膽，且長度必須大于100 mm。

（4）嚴格按施工方案實施，避免隨意更改工字鋼規格、間距，避免隨意除去加固或拉結點，施工過程中必須技術負責人、專職安全員等到場監督。施工中避免驟然的巨大荷載作用在懸挑架體上。工字鋼平臺形成后，必須滿鋪腳手板，并綁扎牢靠，最外排腳手架外滿掛安全網，形成封閉的整體。工字鋼吊裝固定時必須由專人指揮吊裝。

（5）混凝土澆筑過程中，要安排專人觀測支撐體系，關注支撐體系的變化情況，發生較大或突然變形，必須及時向上匯報。

7 結語

利用工字鋼搭建操作平臺的方法，操作簡便，施工成本低廉，受力形式明確可靠。但是在方案制定過程中，仍然必須全面細致地策劃，保證設計計算可靠準確，在施工過程中嚴格按照審批的施工方案進行，確保支撐體系受力合理，安全可靠。