摘要：本文结合某高层建筑工程项目的施工实例，详细介绍了高空大悬挑结构模板支撑体系的方案选择及模板支撑体系的计算，并就该工程的高空大悬挑结构模板支撑方案、实践提出了几点思考。
关键词：大悬挑结构；模板支撑；计算；思考
0 引言
随着我国城市建设中高层建筑的日益增多，高空大悬挑结构支撑体系以其操作方便、搭设灵活、施工时间较短、造价较低等优点得到越来越多的应用。但是由于高空大悬挑结构支撑体系施工跨度大、高度高、难度大、施工工艺要求高等特点，如果设计不合理，则会造成安全事故隐患，威胁到人们的生命财产安全。目前部分工程直接借用施工脚手架进行悬挑模板搭设，正是由于这类特殊位置及相关节点处理的不合理，给工程实施留下了众多事故隐患。
1 工程概况
某高层建筑占地面积20893.8㎡，总建筑面积达102705.10㎡。由1#A区、1#B区、2#、3#、4#楼组成，地下1-2层，地上7-20层，最高建筑高度102.3m，标准层高为4.5m，底部1～4层层高基本为6.0m。本工程2#楼20～22轴、B轴部位，7层有一部分悬挑结构，在7层悬挑结构对应的6层部位没有悬挑结构，具体设计如下：20～22轴悬挑长度为1m、B～D轴为1.7m，悬挑结构高度32.45m，6层层高为4.5m，5层层高为4.5m。
2 方案的比选
由于2#楼悬挑结构是从7层开始，该悬挑结构的模板支撑方案较为复杂（详见图1），根据经验有以下2种方式：
图1 2#楼建筑平面设计图
（1）搭设落地架至施工层。此方案为常规方案，但是工作量大，将耗费大量的材料与劳动力，最关键的是7层楼面标高为32.45m，搭设落地架不安全、不经济。
（2）采用在下一层布置型钢悬挑搭设模板支架。此方案操作较为简便，节省材料和劳动力，安全系数高。
经过综合比较分析，采用第（2）种方案最为经济适用。
2.1 本工程高空大悬挑结构模板支撑计算的难点
难点1：悬挑型钢布置不同于一般悬挑脚手架布置，需根据模板支撑计算结果进行优化布置，同时相应的荷载也比外围护脚手架高。
难点2：角部悬挑模型无法通过当前使用较多的2款安全计算软件进行计算。
难点3：本层层高4.5m，且下层层高也相对较高，达到4.5m，用于支模和悬挑型钢支撑的下撑杆件长细比较大。
难点4：本工程外围柱截面相对较大，给悬挑型钢布置带来了较大困难，尤其在阳角部位。
2.2 高空大悬挑结构模板支撑计算
因本工程阳角部位斜向布置的主梁与联梁交点间距超过2m，目前主流安全计算软件（PKPM、品茗）无法计算。本工程采用几个计算软件组合进行验算。
结合难点分析，本工程的悬挑模板设计主要有以下关键点：型钢布置；阳角部位计算；下撑杆件计算。
（1）首先通过模板支撑计算，得出梁板模板支撑立杆间距，根据立杆间距布置悬挑型钢。
模板支撑计算时，因悬挑结构存在封口梁及悬挑梁，立杆轴向力较大。采用梁底立杆最大轴向力进行验算。
立杆稳定性计算中，立杆长细比容许值[λ]：《模板规范》取150，《脚手架规范》取210。
因《脚手架规范》中立杆计算长度中存在系数μ1、μ2，长细比容许值为210，而模板规范中，则不需考虑系数μ的影响，故两个规范计算公式不一样，相应的判断要求也不一样，经计算比较，两个规范判定标准基本相同，说明两个规范体系基本是一致的。（图1）
图2 模板支撑平面图
本工程采用主梁悬挑，主梁间距800mm；因柱截面尺寸较大为1m×1m，柱两侧以及阳角部位采用联梁悬挑。（图3）
图3 工字钢平面布置图
（2）阳角部位计算
①联梁验算
根据模板支撑计算结果，B-D轴主梁上共搁置3根联梁，通过对模板支撑架的验算得出B-D轴外排联梁受力最大，只需对此联梁、悬挑主梁和支撑验算，若能通过，则其他杆件也能满足要求。
将模板支撑架立杆的最大轴心压力导入理正结构系列计算软件计算得出该根联梁采用16号工字钢满足要求。计算模型如图4。
图4 外排连续梁计算简图
②主梁验算
通过理正计算软件对B-D轴内、中、外3排联梁的分别进行计算：（表1）
表1 主梁验算
经计算，发现第二个支座即①号主梁（见平面布置图）受力最大。对该主梁进行验算：
该主梁先采用16号工字钢进行验算；主梁长度4.5m；主梁建筑物外悬挑长度1.8m；主梁建筑物内锚固长度2.4m；锚固点采用Φ16U型锚固螺栓；下撑杆件参与计算。
共布置3排荷载
内排：15.6kN；中排：19.96kN；外排：26.7kN（荷载值均为设计荷载，由理正软件计算所得）（图5，图6）
图5 立面图
图6 荷载图
经计算，16#工字钢强度、抗剪、挠度验算均满足要求。
（3）下撑杆件计算
下撑杆件先采用12号槽钢进行验算，层高为4.5m。
12号槽钢回转半径：ix=4.95cm、iy=1.57cm，考虑最不利因素i取iy=1.57cm。
经计算：12号槽钢下撑不满足要求。
采用12号槽钢双拼进行验算，下撑杆长细比计算：
回转半径：ix=4.78cm、iy=4.72cm，考虑最不利因素i取iy=4.72cm。
经计算采用12号槽钢双拼下撑，轴心受压稳定性满足要求。
下撑杆件计算时，安全计算软件回转半径取值时未区分下撑杆件强弱轴，这是不正确的。
本文所采用的长细比是突破《钢结构设计规范》，在临时工程中，是否可行需要探讨，但实践表明，采用《钢结构设计规范》GB50017-2003表C得到的稳定系数进行计算，在实际工程中是安全的。（图7）
图7 模板支撑位置
2.3 高空大悬挑结构模板支撑的搭设
本工程该区域模板支撑施工时，公司技术人员在搭设过程中全程进行了跟踪指导，阳角部位斜向主梁铺设时，通过CAD进行精确定位，从而确保位置的准确性，对于在阳角及柱两侧区域设置联梁的，严格监控联梁的水平度，在下撑杆件焊接中，严控焊缝质量，见图8。
图8 悬挑梁布置大样图
3 相关思考
针对本工程的高空大悬挑结构模板支撑方案设计、实践，在以下几个方面还值得思考。
3.1 设计方面
（1）阳角部位主梁悬挑布置
本工程由于阳角部位大截面柱的存在，悬挑主梁放置时根部有两种常规处理方式：一是主梁穿过柱，二是柱根部预埋锚板，主梁与锚板焊接连接。因本工程柱竖向钢筋间距过密，主梁穿柱时，钢筋会被截断，会对工程产生安全隐患，所以采用预埋锚板焊接连接方式。
（2）支撑杆件的选取
当前很多工程的支撑杆件采用槽钢作为支撑，然而由于槽钢的截面特性决定其强弱轴回转半径相差非常大，对于支撑长度大，荷载相对较高时，采用槽钢显然是不合理和不经济的，如12号槽钢强轴弱轴的回转半径之比4.95/1.57=3.15，加之部分软件没有考虑这种特性，仅按强轴的回转半径考虑给支撑带来了较大安全隐患。
3.2 计算方面
本工程悬挑结构模板支撑，采用了当前使用较多的2款安全计算软件（PKPM、品茗）进行了计算分析，从中发现，2款软件都有一定的局限性。
（1）在阳角部位的计算，PKPM目前还未有此功能，而在品茗中，联梁的分析，无法支撑超过4根悬挑梁的计算，且悬挑梁与连梁的交点间距不能过大，超过2.0m就无法计算，而在实际工程中，这种情况是较为常见的。
（2）在下撑杆件的计算过程中，品茗对槽钢的分析未对弱轴的稳定性进行分析，对下撑杆件与预埋节点板的焊缝计算未按照实际受力状况进行分析，即焊缝承担竖向抗剪和水平向抗压的作用。
（3）两个软件均未能对下撑杆件的预埋件进行分析。
（4）根据《钢结构设计规程》GB50017-2003，对于受压的支撑杆件，构件的长细比宜控制在200以内，这个是对永久结构而言的，而对于模板支撑这种临时结构是否可以放松，目前PKPM软件中是根据长细比的计算来求解稳定系数的，并没有考虑长细比的影响，是否合适？这些都需要规范及软件继续进行完善的，当然本文所采用的长细比是突破《钢结构设计规范》，在临时工程中，是否可行需要探讨，但实践表明，采用《钢结构设计规范》GB50017-2003表C得到的稳定系数进行计算，在实际工程中是安全的，这需要在今后的规范中能够规范，同时最好能采用强弱轴惯性矩一致的构件。
3.3 实践方面
（1）因本工程阳角部位有一大截面柱，悬挑主梁布置时，采用柱脚预埋钢板，然后主梁与预埋钢板进行焊接，因角部主梁呈斜角布置，焊接时需对主梁进行切割。现场施工时，由于施工人员操作水平，焊接质量得不到有效保证，容易产生质量缺陷，若采用锚栓连接，可大幅度提高安全度，且方便施工。
（2）一直以来，下撑杆件均采用12号槽钢，但本工程下撑杆件采用12号槽钢验算不满足要求，为避免重复采购，编制方案时采用双拼12号槽钢作为下撑杆件。现场施工时发现槽钢槽口焊接处理不好，宜采用更为可靠的方钢管作为下撑杆件。
4 结语
综上所述，高空大悬挑结构模板支撑体系的设计十分重要，其设计是否合理影响到后期工程的施工质量及安全，并关系着人们的生命财产安全。但是由于目前并无相关设计规范，因此，设计人员在工程设计时要认真地进行计算，保证计算的精确，为工程设计提供准确的数据，同时还要严格对工程中的各个部分进行合理的设计，保证工程的施工安全及质量。
参考文献：
[1]王胜，孙磊，李翠翠.高空大悬挑结构新型斜拉悬模体系设计与施工[J].施工技术.2014（05）
[2]吕铁飞，吴浩，蒋贤龙.高空大悬挑结构模板支撑架的设计与施工[J].建筑施工.2014（07）
论文作者:陈科文
论文发表刊物:《基层建设》2015年第35期
论文发表时间:2016/12/1
标签：撑杆论文; 模板论文; 槽钢论文; 工程论文; 结构论文; 空大论文; 部位论文; 《基层建设》2015年第35期论文;