斜拉型钢梁支撑高空外伸高大模板施工技术

斜拉型钢梁支撑高空外伸高大模板施工技术

陆炜

广西建工集团第二建筑工程有限责任公司

摘要：近年来许多高层建筑在屋面悬挑一定长度的结构，当搭设落地满堂脚手架的高度超过允许高度或现场场地条件不满足搭设落地满堂脚手架时，对于在高层建筑高空中如何施工悬挑结构，给建筑施工提出了一系列的难题。本文提出利用水平悬挑工字钢，一端支承在已完结构上，另一端用钢丝绳斜拉至上层已完结构边梁内，并在钢梁上搭设满堂脚手架和安装悬挑结构的模板，它的特点是利用已完成的建筑结构共同承受上部荷载，能承受悬挑长度较大的结构模板体系，且较从地面搭起的满堂架实用和节约成本。为类似结构如何搭设模板体系提供了参考。

关键词：斜拉型；钢梁支撑；模板；施工技术

某工程地上28层，地下2层，框架剪力墙结构，总建筑面积为82112m2，建筑高度为99.6m。该工程在屋面（29层）有直升机停机坪、飞机监控塔，其中飞机监控塔设计有外伸悬挑结构，悬挑长度为4.45m。其模板体系安装方法如下：在26层对应位置设置钢梁，当施工完27层主体结构后开始安装钢梁，并安装第一道拉索（内端），当施工完28层主体结构后安装第二道拉索（外端）。在安装稳固好的工字型钢梁的平面上搭设模板体系，并搭设防护栏杆。本文仅对支撑钢梁做法具体介绍，对于模板体系与普通模板体系基本一样，这里不再详细介绍。

1、设计计算

本文仅对钢梁体系进行计算，计算前应确定最不利布置的钢梁，一般为荷载较大，悬挑长度较长的钢梁，选择最不利布置的钢梁作为计算单元，并分析钢梁体系受力简图。

作用在钢梁上立杆传来的荷载在模板方案中已经得出，本工程经过计算得出各立杆荷载分别如下：

P1=6.69kN；P2==10.38kN；P3==16.32kN；P4==16.37kN；P5=P4=16.37kN；P6==16.28kN；P7=8.19kN

1）内力计算

图1钢梁计算简图

经过采用结构力学求解器计算得到钢丝绳最大拉力为38.34kN·m；钢梁最大弯矩；节点A位移为42mm；节点D位移为22mm。

2）钢丝绳拉索选择

钢丝绳选用2Φ18.5（6×19＋1）

经过以上计算知道钢丝绳最大拉力=38.34kN·m

钢丝绳允许拉力

--钢丝绳的钢丝破断拉力总和，按施工手册第四版P801表14-2取199.5kN

钢丝绳的允许拉力

钢丝绳的安全系数，按施工手册第四版P802表14-5取8

换算系数，按施工手册第四版P802表14-4取0.85

钢丝绳选用2Φ18.5（6×19＋1），钢丝绳公称抗拉强度为1550kN/㎡，允许破断拉力为2×21.2=42.4kN>38.34kN，满足要求。

3）钢梁抗弯验算：

选用22a工字钢，查得抗弯刚度为；

。

最大弯矩从弯矩图知道，。

工字钢最大应力

，满足要求。

4）钢梁外侧连接钢板与钢梁之间的抗剪验算

连接钢板采用5mm厚，长×宽为300mm×250mm，焊缝长按200mm计算。

剪应力按下式计算

N为单根钢丝绳最大拉力：0.5×38.34=19.17kN

则

在垂直方向力下产生的剪应力

角焊缝的计算厚度，取0.7焊角尺寸为0.7×10=7mm

焊缝计算长度为2×（200mm-2）×10=360mm

在水平方向力下产生的剪应力

总的剪应力为

满足。

5）工程结构上的预埋吊环及钢梁焊接的吊环计算

吊环采用Ф16圆钢制作，埋入边梁内，钩住结构主筋。每端点有两根钢丝绳拉住钢梁，每根钢丝绳均采用一个吊环钩住，每个吊环可按两个截面计算，根据《混凝土结构设计规范》规定：

则：吊环钢筋截面应力

，小于《混凝土结构设计规范》中9.7.6的规定，满足要求。

2、悬挑钢梁架体安装要点

工艺：预埋件加工、预埋→钢梁安装→钢丝绳安装→模板体系安装。

2.1钢梁和预埋件加工

①钢梁采用工字钢加工，按施工方案要求切割成规定的长度，并在钢梁的外端及中间确定的部位焊接吊环。为了避免钢丝绳阻碍满堂架立管的搭设，先在钢梁两侧焊接两块钢板，然后在钢板上焊接拉环，用于拉结钢丝绳。钢板厚度不少于5mm，拉环采用直径Ф16mm圆钢材料，均采用满焊焊接。

②钢丝绳另一端的拉钩预埋件采用圆钢加工成Ω型，平直段长度不少于600mm>30d。（规格通过计算确定）埋入梁或剪力墙内。

③钢梁搁置在楼面的固定端卡箍采用Φ16mm圆钢加工成Ω型，平直段长度不少于600mm>30d。埋入梁或楼板内。

④钢梁末端底部的钢板，主要是抵抗钢梁往结构内移动。采用5mm厚的钢板制作，钢板尺寸长×宽为300mm×250mm。

2.2预埋件的安装

安装的预埋件主要有：①设置在27、28层外边梁的圆钢拉钩，用于拉结钢丝绳；②设置在26层楼面的圆钢卡箍，用于固定钢梁内端；③设置在26层楼面钢梁末端底部的钢板，用于防止钢梁在钢梁轴线上的移动。预埋件安装应在结构混凝土浇捣前进行，预埋前要核对方案中预埋件的数量、规格及具体位置，并由施工员负责组织验收。

2.3剪力墙留洞

根据平面布置图确定钢梁外伸的位置，有剪力墙的部位，在剪力墙立面上预留150×250mm的预留洞口。待钢梁拆除后采用比原混凝土强度等级高一等级的混凝土封堵。

2.3钢梁的安装方法：

①安装工艺：钢丝绳安装→花篮螺栓安装→吊运就位→钢梁尾部固定→内端拉索安装→焊接钢梁尾部→外端拉索安装。

②注意事项：安装过程现场必须由主管施工员统一协调指挥，各安装人员、起重工、其他配合人员一切行动要听指挥。钢梁安装时间应在27层楼面结构施工完后，所有安装钢梁的操作人员必须按规定佩戴安全用品才能操作。

在确定钢梁起吊点时应注意：进入主体结构室内的起吊点离钢梁端部至少2000mm（伸入电梯井墙的4000mm），如果不足应用∠63×63×5角钢加焊补足，以便钢梁能从外架穿入。

③钢丝绳安装：钢丝绳夹选用4个相应配套夹头，每个夹头间距为150mm在离最后一个绳夹500mm处安装一格安全夹头。将用于拉结钢梁的吊环及花篮螺栓（0-0型）按要求安装好。

④钢梁安装：

第一步，使用塔吊将钢梁吊到定位附近，此时安排人工在安装层下层（25层）的外架将钢梁扶住，使钢梁缓缓进入预留洞或钢筋套箍，钢梁就位后，用方木将钢梁与钢筋箍空隙插紧，以临时固定钢梁。

第二步，临时固定钢梁后塔吊缓缓放松钢丝绳，同时人工用长勾将钢丝绳钩住后，慢慢将塔吊吊钩往外架拉近，直至能解除塔吊的吊钩为止。按同样方法连续安装紧挨的另外两根钢梁，此后可利用安装好的三根钢梁，在其上面铺设脚手板并固定，作为安装其他钢梁的平台。

第三步，当临时固定三根钢梁后开始安装钢梁内端的拉索，将拉索的花篮螺栓调紧，使两边钢丝绳拉索受力均衡，并按照要求焊接钢梁尾部。伸入电梯井的钢梁利用电梯井墙体作为钢梁尾部的锚固（预留洞口150mm×250mm）。

第四步，钢梁外端拉索待28层楼面结构完成7天后才开始安装，安装方法同内端拉索。

第五步，调整钢丝绳，调整的方法主要采用仪器测内力。根据设计所确定的内力值作为最大控制内力，施工中采用扭矩扳手来控制拉索的内力，使钢梁的拉索受力均衡，同时用铁棍敲打钢丝绳检查钢丝绳的松紧程度，此过程持续至混凝土浇筑完毕，并做好相关记录。在调整花篮螺栓时应注意，使钢梁外端比内端高出50mm（采用水准仪控制）。

第六步，当钢梁、拉索安装完成后，为了增强架体的整体性，在各钢梁间焊接水平稳定角钢，角钢为∠63×63×5，与钢梁成45○焊接，角钢应放置在钢梁上翼缘的下部，以免影响脚手板的铺设。

2.4钢梁拆除：

①拆除方法：安装葫芦→烧除钢梁尾部焊缝→拆除固定钢筋箍的方木→调整可调拉钩→拆除外、内端钢筋拉索→同时收紧葫芦一、葫芦二→钢梁进入主体→拆除葫芦→拆除各种预埋件。

②钢梁拆除：

图2钢梁拆除简图

由于悬挑结构施工完成后，塔吊不能再运行到钢梁安装的位置，根据本工程特点，借用葫芦拆除钢梁，具体方法如下：

第一步，当达到拆除条件时先拆除钢梁上的架体（钢丝绳拉索先不拆除），并在以下两个位置安装葫芦：a在钢梁外端吊环和29层结构吊环处安装葫芦一，即用葫芦一代替外端拉索，作用是替代原拉索不使钢梁坠落；b在室内钢梁尾部和室内柱子或合适固定的地方安装葫芦二，此葫芦作用是将钢梁拉进室内。葫芦安装好后，烧除预埋钢板的焊缝及松开结构内固定钢梁的钢筋箍。

第二步，慢慢调整花篮螺栓，放松拉索，逐步用葫芦一代替拉索拉住钢梁。当葫芦代替拉索后，拆除内、外端的拉索。

第三步，慢慢收紧葫芦一、葫芦二，使钢梁平稳缓缓进入主体结构内，当钢梁进入主体结构碰到剪力墙或柱子时，在固定钢筋箍处（内侧）将钢梁截断，以获取钢梁继续往结构内移动的空间，重新安装葫芦二，直至整条钢梁能移进主体结构内。

第四步，拆除最后三根紧挨的钢梁时，必须准备好4个葫芦，同时在最后三根钢梁外端各挂一个葫芦，这样主要是考虑在拆除最后几根钢梁时，人不能安全的在悬挑钢梁外面去挂葫芦。此时拉索也应在挂好葫芦后同时拆除。在做好上述准备后，用另外一个葫芦将钢梁逐根拉进。

最后拆除葫芦及各种预埋件。

3、质量标准

3.1应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204、《建筑结构荷载规范》GB50009、《钢结构设计规范》GB50017、《混凝土结构设计规范》GB50010、《建筑施工钢管扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130、《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162的规定和技术标准的要求。

3.2所有模板体系、钢梁悬挑体系均必须对强度、刚度、稳定性进行验算。

3.3现场安装过程中必须严格按照本方案设计的要求进行，特别是钢梁、钢丝绳、支架架体、背楞、横杆以及支撑等有影响安全和构件的尺寸、间距等必须严格控制。

4、原材料要求

4.1所有钢梁、钢丝绳及配件、钢管、扣件、模板、木方、穿墙螺栓等的供应商必须是合格供应方。

4.2所有钢梁、钢丝绳及配件、模板、架料进场后均严格按照合同和施工方案的要求逐一检查，对不合格品必须退货，不得投入使用。

4.3钢梁、钢丝绳及配件、钢管、扣件必须按有关要求进行检验合格后方可使用。

5、安全措施

5.1在施工前应编制专项方案，有详细的钢梁设计加工图，并有计算复核书，还应有应急预案。

5.2对参加施工的工人施工前要做好三级教育和安全技术交底，并有相关记录。要求工人必须熟悉本工种的安全技术操作规程。必须戴好安全帽，高空作业必须系安全带特殊工种持证上岗

5.3在支设梁模板时，钢梁、脚手架搭设必须稳固，并按照规定的钢梁、立杆间距搭设，不得在未经技术人员允许的情况下擅自更改钢梁、立杆间距。

5.4要随时检查钢梁、钢丝绳及钢丝绳配件、模板及模板支架配件的情况，做好日常保养工作。

5.5混凝土浇筑时应注意天气预报，必须选择在白天、晴天，混凝土浇捣时泵管严禁架立在悬挑部分，可采用悬挑泵管的方式，以尽量减少悬挑部分的活荷载。

6、总结

通过采用上述方法，解决了高空悬挑较大结构的施工，实践证明，当搭设落地满堂脚手架的高度超过允许高度或现场场地条件不满足搭设落地满堂脚手架时，利用斜拉型钢梁支撑高空外伸高大模板施工技术，不仅节约了大量材料和人工，加快施工进度，还有效确保安全。在该工程上的运用取得了很好的效果，也为以后类似结构施工提供了参考。

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，（5）：50-53；

[2]《建筑施工钢管扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130；

[3]《建筑结构荷载规范》GB50009；

[4]《钢结构设计规范》GB50017。