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高空大跨度悬挑模架支撑体系施工技术

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高空大跨度悬挑模架支撑体系施工技术张建廷,王增民,邢世强,李雁鸣,王颖群,张春锋北京建工集团有限责任公司总承包二部摘要:山两丽华苑公建一酒店工程,在结构89.70m标高处四周有3.6m宽现浇钢筋混凝土悬挑板,无法采用落地式模架支撑体系。选用纯钢管构件搭设、与建筑物全刚性连接的新型高空大跨度悬挑模架支撑体系。解决了悬挑宽度大、临空剪力墙无支撑点、避免荷载层间传递等技术难题。克服了钢梁悬挑式模架支撑体的不足,具有用料省、结构轻、受力合理、操作简便、充分利用材料力学特性。安全、及时、经济的完成了悬挑板的施工。关键词:悬挑模架高空支模大跨度悬挑刚性拉接.前言山西丽华苑公建一酒店工程,因造型需要,在二十三层(顶层)四面设150mm厚混凝土悬挑板,挑出宽度为3.6m,悬挑板外侧设250×750mm混凝十边梁。由于该T程外形设计为长方形,在混凝土悬挑板以下结构施工时采用外挂架作为防护。混凝土悬挑板施』=,从工期、施T难度及经济方面考虑,不可能采用落地式模架支撑体系,悬挑式模架支撑体系成为必然之选。因此在89.7m的高空搭设大跨度悬挑承重模板支撑体系是一个需要研究的解决的课题。1工程概况山西丽华苑公建一酒店工程建筑面积8万m2,地下1层,地上25层,女儿墙高90.900m,建筑总高度98.100m。钢筋混凝土筏板基础,全现浇框架剪力墙结构。南北两侧为框架部分,东西两侧为剪力墙部分。在结构89.70m标高处四周有3.6m宽现浇钢筋混凝土悬挑板,悬挑脚手架施T部位工程结构概况见表卜1(图1,图2)。悬挑脚手架施工部位工程结构概况表表1-1部位截面尺寸(ram)层数强度等级楼板1502卜23层C35框架柱21、22层C501000×100023层C45剪力墙21、22层C5030023层C45挑板15023层C35边梁250×彻23层C35女儿墙150×120023层C35层高36002卜23层58部分图l二十三层顶板、梁平面图图2悬挑梁、板节点图2架体特点(1)悬挑宽度大:悬挑构件从结构向外悬挑达到3.6m,考虑悬挑构件最外侧250X750衄边梁的钢筋、模板的施工,留400ram宽操作面,模架悬挑宽度达4.0m。(2)使用荷载大:不同于普通脚手架只需满足施工中人、物及脚手板的荷载,而是要承受较大的结构及施工荷载,悬挑构件板厚为150ram,悬挑梁尺寸为350×900/750咖,悬挑边梁尺寸为250×750哪,女儿墙尺寸为1.2m高,150ram厚,悬挑结构部分板自重达到平均每平方米3.6KN/时,悬挑梁线荷载达到7.22KN/m。3方案选择(1)型钢悬挑架体主梁选用20aT字钢,悬挑长度3.9m,锚同长度8.1m,总长12.Om,间距900mm。优点:构造简单,受力明确,计算简单。缺点:对于使用荷载大、悬挑宽度大的要求,悬挑钢梁式模架支撑体系中钢梁的抗弯及自身稳定性难以满足要求,无法采用钢丝绳卸荷和增加钢梁的锚固长度措施,这些措施将影响楼板的模架59布置,使楼板承载增大、工程造价增高。钢丝绳在使用过程中,与建筑物或架体接触中有磨损及断丝情况,尤其是在建筑物锐角利口处的保护很难达到要求。如缺少并要的保养,还会产生腐蚀。这些都会使其承载能力降低。(2)纯钢管悬挑模架支撑体系纯钢管搭设,采用①48×3.5姗钢管,无需钢丝绳卸荷。优点:刚性结构,受力合理,搭设、使用、拆除方便灵活。钢管作为刚性材料,具有较强的抗拉能力,抗压、抗弯、抗扭能力。当与结构及自身整体刚性拉接后,可抵抗架体与结构间及杆件与杆件间的力的作用。克服了钢丝绳作为柔性材料,仅具有较强的抗拉能力的单一力学性能缺点。避免因卸荷钢丝绳形变影响模架的整体稳定性,导致模板变形,影响混凝土观感质量。缺点:受力复杂、计算凼难支撑体系受力复杂:一般的脚手架及模板支撑体系受力主要是垂直受力,不产生水平拉力。由于本结构为高层大跨度悬挑结构,支撑体系也为人跨度悬挑形式,其主要受力构件为立杆、斜拉杆计算难度大:由于脚手架体系异型,结构形式、受力模型相对一般脚手架复杂,手工计算繁琐、易出现错误。计算采用MIDAS/Civil软件,按格构架形式进行内力分析(图3)。\/\./X州//\/。\悄|X/。『\/V//\|\>/\/\///\¨图3受力模型图(3)选择结果经上述分析、比较,确定选用纯钢管悬挑模架支撑体系,与结构刚性拉接。由于在22层顶板上进行悬挑架体无法挑出宽度及模架承重的要求,采用连续三层分层挑出的方.60和斜压杆,斜压杆支座处产生垂直和水平两个方向的力,除斜压杆外的斜拉杆还承受比较大的拉力。本支撑体系除受较大垂直力外,为保证脚手架的稳定、安全,还具有较大的抗拉能力。4脚手架的设计:式以满足架体宽度及承载的需要,即分别在20、21、22层顶板作支挑构造,由支挑构造向外挑出。脚手架体系与21、22层顶板模板支撑体系互相,不影响2l、22层顶板模板及模板支撑体系的安装和拆除。(1)分层挑出宽度:自20层顶板开始向外悬挑,至2l层顶板时挑出宽度为2.4m,至22层顶板时挑出宽度达3.2m,至23层顶板下部1.2m时挑出宽度达架体总宽4.Om。(2)立杆、水平杆:立杆间距800)<900ram,水平杆步距1.2m(3)支挑构造:立杆纵距900mill、横距1.8m,水平杆步距1.2m,设剪刀撑。外侧立杆与结构板顶紧,内侧立杆与结构板顶断开以保证受力模型的体现。立杆与结构顶板预埋的2排m12的钢筋环联接牢固,钢筋环排距1.8m,纵向间距为900ram。水平杆与悬挑架体水平杆相通以保证架体稳定。(4)斜压杆:自每层的支挑构造根部生根挑出。(5)斜拉杆:自每层的支挑构造顶部水平杆处生根挑出(6)模板:面板采用15厚多层板,次龙骨50×100衄木方,间距250衄,主龙骨100×100咖木方,间距900衄,支撑体系生根于下部悬挑架。悬挑板模板按3.5‰向外侧起拱,最大起拱高度12.6衄。(7)计算参数及结果:计算参数:钢管材质:Q235A级钢焊接钢管,外径48mm,壁厚3.5mm。特征数据:截面积h=4.89X102mm2,惯性矩I=12.19×104mm4,截面抵抗矩W=5.08×103mm3,回转半径i=15.8mm,每米长质量3.84kg/m,弹性模量E=2.06×105N/mm2,抗拉压弯强度设计值205N/mm2。计算结果:最大压力为:N=18.435KN,最大拉力为:N=15.562KN。最大位移为:1.808mm斜压杆抗压强度:o=37.70N/咖2<f=68.33N/U2满足要求。支座处钢筋环单肢所受应力为:o--59.93N/m2<f=210N/m2满足要求。单杆稳定性,满足要求。容许挠度,满足要求。(8)搭设详图(图4_图7):61图4框架部位模架搭设详图图5剪力墙部位模架搭设详图塞紧密o/·用木楔塞紧密霞形∥云蔓顷留彩Ⅱ洧//∥8C绣图6节点一详图5材料要求图7节点二详图(1)钢管:外径为由48llllll,壁厚为3.2~3.5姗,钢管应平直光滑,无裂缝、结疤、分层、错位、硬弯、毛刺、压痕和深的划道。钢管应有产品合格证,必须涂有防锈漆并严禁打孔。钢管外径、壁厚、端面等偏差及表面锈蚀深度、弯曲变形需满足《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(jGjl30一2001)要求。62(2)扣件:采用可锻造铸铁制作的扣件,其材质应符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》GBl5831—1995的规定。验收称重标准为直角扣件13.2N/个,旋转扣件14.6N/个。出现滑丝的螺栓严禁使用,保证扣件能承受40--一65N·m力矩。(3)预埋钢筋环:未经冷拉的HPB235级由12钢筋。(4)木脚手板:采用杉木或松木制作,其长度为2~6m,厚度不小于50咖,宽度230~250衄,不得使用有腐朽、裂缝、斜纹及大横透节的板材。两端头应设直径为4mm的镀锌钢丝箍两道。(5)安全网:宽度不得小于3m,长度不得大于6Ⅲ,网眼不得大于100m,必须用维纶、棉纶、尼龙等材料,严禁使用损坏或腐朽的安全网和丙纶网。密目安全网只准做立网使用。6主要施工方法及技术措施从20、2l、22层顶板三层支挑钢管完成挑架的骨架;通过地锚进行拉接。整个架子体系及其所受的荷载全部通过架子传递到20、21、22层顶板及边梁上。具体步骤如下:(1)预埋地锚:框架部位:在第20、21、22层顶板面预埋2排排距为1.8m的巾120900钢筋环,钢筋环直径80珊,钢筋环与顶板下铁绑扎连接,锚固长度不小于300咖。剪力墙部位:在第20、21、22层顶板面具外墙1.8m预埋由120900钢筋环,钢筋环直径80姗,钢筋环与顶板下铁绑扎连接,锚固长度不小于300mlll。(2)预留孔洞及凹槽:对于内外架体无法直接拉接的剪力墙部位,在墙体上预留①60mm洞口,穿水平横杆。在洞口侧预留150x80珊凹槽,斜立杆戳于墙体。(3)立杆:立杆纵距900mm,有楼板部位横距为1.8m,悬挑部位横距800衄,从楼板里侧地锚开始排布。21层悬挑部位设两排立杆,22层悬挑部位设三排立杆,23层悬挑部位设四排立杆。立杆与水平杆、斜压杆、斜拉杆相交部位,采用扣件拉接。(4)水平杆:外挑钢管纵距900珊,外挑长度21层顶板2.4m,22层顶板3200衄,23层顶板梁底外伸至3.8m。立杆步距1.2m,有楼板部位搭设两步,悬挑部位向上连续搭设。每排钢筋环内穿,I)48×3.5衄钢管,钢筋环与钢管之间用木楔塞紧。水平杆与穿地锚的扫地杆及立杆用卡扣连接。(5)斜压杆:从20、21、22层顶板设置斜向支撑,与悬挑部位的纵向水平杆及立杆用卡扣连接。有剪力墙部位,剪力墙里侧斜压杆与穿墙的水平杆拉接。框架部位:21层斜压杆三道,里侧锚环生根一道,项在第3步3排节点;外侧锚环生根两道,顶在8步6排节点和3步5排节点。22层斜压杆两道,里侧锚环生根一道,项在第5步2排节点;外侧锚环生根一道,顶在8步5排节点。23层斜压杆三道,里侧锚环生根一道,顶在第8步2排节63点;外侧锚环生根一道,项在8步4排节点;在第6步6道生根,顶在第8步7道。剪力墙部位:21层斜压杆三道,里侧锚环生根一道,顶在第2步2排节点;外侧凹槽生根两道,顶在8步6排节点和3步5排节点。22层斜压杆两道,里侧锚环生根一道,项在第5步2排节点;外侧凹槽生根一道,顶在8步5排节点。23层斜压杆三道,里侧锚环生根一道,顶在第8步2排节点;外侧凹槽生根一道,顶在8步4排节点;在第6步6道生根,顶在第8步7道。(6)斜拉杆:21层斜拉杆两道,由第2步1排节点生根,拉在扫地杆上;由第2步2排节点生根,拉在第1步3排节点。22层斜拉杆两道,由第5步l排节点生根,拉在第3步2排节点;由第5步2排节点生根,拉在第3步4排节点。23层斜拉杆三道,由第8步1排节点生根,拉在第6步2排节点;由第8步2排节点生根,拉在第5步5排节点;由第8步4排节点生根,拉在第6步6排节点。(7)模板支撑:项板模板采用15厚多层板,次龙骨50×100衄木方,间距250film,主龙骨100×100mm木方,间距900衄,支撑体系生根于下部悬挑架。女儿墙及梁模板采片j15厚多层板,主、次龙骨由48×3.5rain钢管,巾12对拉螺栓拉接。在距立杆顶端100咖位置增加一道横、纵向水平杆。悬挑板模板按3.5‰向外侧起拱,最大起拱高度13姗。顶板模板采用硬拼缝,多层板的接头必须用同一条次龙骨压缝,次龙骨的接头必须搭在同一条主龙骨上,主龙骨的接头处必须加支撑,次龙骨必须垂直于板长布置。(8)脚手板:为便于支架及模板施工,在23层纵向满铺脚手板。脚手板采用对接平铺,在对接处,与其下两侧支撑横杆的距离应控制在300ram以内,脚手板外伸长度130~150mm。脚手架的两端和拐角处;脚手板与支承横杆绑扎同定,铺稳铺牢,板头应压牢。(9)安全网:在悬挑架内部按楼层挂水平大眼网,悬挑架外侧满挂密目安全网。7质量要求脚手架搭设的技术要求、允许偏差与检验方法按表7.1执行。脚手架搭设的技术要求、允许偏差表项次1表7.1项目悬挑钢管验收垂直度偏差步距间距水平杆高差纵距排距技术要求(ram)f|1200‘容许偏差(Blm)±10±100±20±50检查工具卷尺2经纬仪或线坠卷尺钢板尺3900800±20±204一根杆的两端同跨内外步杆高差{{±10水平尺攒州外仲K度偏蕈}:节点处行扣件中一0点相5L距离同,p置朴f1两棚0H对丰¨什安装接扣们的帛7,-字50050钠扳尺(j50<l50≥5006,¨}_L对接_|{1忭距i协点的距离楼射1.埘接扣州gri_l打,t的姐,高毪1L≤『I,01600≤1门40v65N·TII45一一60l:j(}一lj(j《50()40—65N-1扣川蠓l_{=拧紧力矩料托、乐打’,地压的倾舶8{『f力扳下仇R卷尺4彳一60l:j0一{5(j脚}扳外伸艮度对接8实施与总结(1)实施散粜:通过选川纯蜊管,器携挂架支撑体系,与结j};_』刊性拉拉的臆『方法曩仝、投7什完成了挑扳部位构施h经检卉,卣壕’卜粘、控m整齐|‘商.硪瓶jtl准确,厄弼浆、脓模、裂缝现苏fH8蝌10J。陶8i雅实麒吲10j群实照3(2)经济分析本承重悬挑模架用料、造价统计,见表8-2-1(按使用时间为30天计):本承重悬挑模架材料造价统计表材料钢管表8-2-1总造价数量153吨单价5.4元/吨·天(租赁单价)0.015元/个·天(租赁单价)对接扣件直角扣件3200个12900个32031元0.015元/个·天(租赁单价)如果采用18#钢梁悬挑加公称直径①15.5哪的钢丝绳卸荷的方式搭设本脚手架(钢梁长12m,间距1.5m一根,卸荷钢丝绳长7m,间距3m一道)则用料、造价见表8-2-2(按使用时间为30天计):钢梁悬挑加钢丝绳卸荷脚手架材料造统计价表材料钢梁钢管钢丝绳数量37.4吨63.81吨0.8吨单价3700元/吨表8—2—2总造价5.4元/吨·天(租赁单价)4900元/吨156150元对接扣件直角扣件2000个5805个0.015元/个·天(租赁单价)0.015元/个·天(租赁单价)通过两种方案的对比不难看出,采用纯钢管搭设此承重悬挑脚手架,仅材料一项就减少造价12.4万元,经济适用。附:高空大跨度悬挑模架支撑体系施工技术计算书钢管材质:Q235/I级钢焊接钢管,外径48mm,壁厚3.5mm。特征数据:截面积h=4.89×102mm2,惯性矩I=12.19×104m4,截面抵抗矩W=5.08×103mm3,回转半径i=15.8mm,每米长质量3.84kg/m,弹性模量E=2.06X105N/mla2,抗拉压弯强度设计值205N/咖2。(1)悬挑结构混凝土自重:61=28.35KN转换成点荷载:G=28.35÷5=5.67kN(2)脚手架钢管自重在结构计算软件中自动根据实际情况加载。(3)醚挑结树脚F架敬施|活甜载:q.=0.9×08X3=216kN/mr4)衙载设计俄:q=12G十14q,=12x567+14×216=6804+3024=9828kNf5)受山镗’‰{≈≈9≮《藤豁稚矧豁},目I(6)通过计算('}尊软们训锋,得剑受力瞄2l2;;’☆≈≈≈/彩。臻—辫隅慝口㈠露随一=;{;;;;嚣嚣一竺掇嚣№薹瑟||。二L乞E≮。(7)得到位移睛况目∞of8j受力及忙移如l、:15562KN?帆j】鞋¨∽j为:N-!R135哦,磕J冉}i油:x似咎晴况:最人似移山:}808mm(9j朴州蠊蔸:由结构¨尊软忭MlDAS/CiviI汁钟得剑最大为_【];i力18435Kn,,取斜∞阡·分Z截面受压2嘶N/m。/3-6833K/m。t8(】=lZ435N/A135/489X】02mm2-3770N/n盯(p6833~/栅。r10)支肚验镩:HPB235缏12铡筋,娥翻积^=={J.{04唧支脾最人拉儿为:R1358kN执但强f2山f2l¨、/II】ⅡI:支庸处锏j】ji环币胜所受脚力为”R/2Al3550/2A59‘{.{N/m‘“=2lO、/mⅢ.‘.支庸娃钢筋环安全”J椎。f11j荦}_f_稳,芒性验罐N/vA+om≤¨×KH×r入=1200/15.8=76,查表得到1l,=0.74418435/(0.744X4.89X102mm2)+55≤0.85×0.8×205N/mm2105.67N/lllln2≤139.4N/mm2满足要求。(12)挠度验算V’=1-808m容许挠度V=800/150=5.3mm...V’<V,满足要求。参考文献:[I]丁威蒲剑云《悬挑扣件式钢管脚手架在超高层建筑施工中的应用》[2]JGJ/130一2001,建筑施工扣件钢管脚手架安全技术规范。[3]JGJ/80—91,高处作业安全技术规范。[4]GB/15831—1995,钢管脚手架扣件。[5]JGJ/59—99,建筑施工安全检查标准。[6]建筑施工手册编写组建筑施工手册北京:中国建筑工业出版社,2003。高空大跨度悬挑模架支撑体系施工技术

作者:作者单位:

张建廷, 王增民, 邢世强, 李雁鸣, 王颖群, 张春锋北京建工集团有限责任公司总承包二部

1.会议论文 李久林.张颖 国家体育场(鸟巢)施工科技创新 2008

本文对国家体育场施工科技创新进行了介绍。作为2008年奥运会的主会场国家体育场(鸟巢)其巨大的施工技术难度科技创新成为决定工程成败的关键。通过开展系统的科技攻关和新技术推广应用工作,解决了施工关键技术难题,使鸟巢由图纸变成了现实,同时形成了一批科技成果、专利、工法和技术标准、推动了我国建筑技术水平的提高。

2.会议论文 朱晓锋.任红利 高空大跨度钢网架结构滑移脚手架搭设施工技术 2007

本文对高空大跨度钢网架结构滑移脚手架搭设施工技术进行了介绍。搭设滑移脚手架是为解决高空大跨度钢结构网架安装而采用的新型工艺,即利用牵引设备将组装好的整体脚手架操作平台沿轨道滑移至钢结构网架拼装位置。此方法解决了大量钢结构网架吊装安装难题,节约了施工场地,其交叉施工,加快了施工进度。

3.会议论文 梅晓放.刘秋实.张宝元 超重大跨度钢骨梁模板支撑施工的应用实例 2007

超重大跨度钢骨梁的模板支撑施工,对模板支撑设计的安全性、可靠性及经济性提出了严格的要求。本文对工程中如何设计和施工才能取得更好的综合效果进行了阐述。

4.会议论文 隋坤.李志愿 模板高支撑架在悬挑结构中的应用与施工安全管理 2007

模板高支撑架是工程施工中的重点。本文以晟基·香格里SOHO商办楼工程为例,介绍了模板高支撑架在高位置、大跨度悬挑结构中的设计特点与施工安全管理。

5.会议论文 张立新.王颖群.陆鸿雁.翟淑彩.陈虹 高大空间重荷载井字梁楼盖模板支撑体系设计与施工技术 2007

本文通过远洋山水西区学校工程体育馆高大空间井字梁楼盖支撑体系设计与施工实践,阐述了高大空间井字梁楼盖支撑体系的设计方法与施工技术。

6.会议论文 高亚楠.闫小昆.张荣 奥运网球中心大倾角悬挑斜梁脚手架支撑体系论证 2007

本文对奥运网球中心大倾角悬挑斜梁施工中,大倾角支撑体系抗倾覆性、稳定性、竖向变形进行了详细的论证,并采取了有效的技术及管理措施。

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