高空大悬挑模架与外架组合施工技术研究与应用
任春雨 罗红党 段张涛 陈辛
（中国建筑第四工程局有限公司， 昆明 650220）
摘要：现代建筑人们都是追求外观新颖，造型美观，因此悬挑结构在很多建筑设计上都是常见的构造。利用悬挑结构达到更好的视觉效果，突出建筑个性风格。但悬挑结构的施工技术操作复杂，安全风险也比较高。本文将对高空大悬挑模架与外架组合施工技术进行详细介绍，以方便大家了解该工法的理论基础和实际应用。
关键词：高空大悬挑结构；模架；外架；组合施工
Abstract: People in modern architecture pursue a novel appearance and beautiful appearance, so cantilever structures are a common construction in many architectural designs. Utilize cantilever structures to achieve better visual effects and highlight the unique style of the building. However, the construction technology and operation of cantilever structures are complex, and the safety risks are also relatively high. This article will provide a detailed introduction to the combination construction technology of high-altitude large cantilever formwork and outer frame, in order to facilitate everyone's understanding of the theoretical basis and practical application of this construction method.
Keyword：High altitude large cantilever structure; mold base;Outer frame;Combination construction
0 引言
建筑工程对施工单位的安全质量要求“遵守国家、工程所在地法律、法规及合同有关安全生产的管理规定及要求进行施工，项目安全目标达到：无重大伤亡事故，做到五无标准（无死亡、无重伤、无火灾、无中毒、无坍塌）”。
高空大悬挑结构施工，技术复杂，危险性较大，悬挑长度超过规定后为超危大工程，为了保证施工顺利进行，设计出一种高空大悬挑模架与外架组合施工技术。
1工程概况
本工程位于昆明市呈贡区朝云街与景明北路交叉口，项目由2#康养综合楼、3#护理楼、4#超体中心、5#康养综合楼及整体地下室组成。总建筑面积：94493.06㎡，其中地上建筑面积：58950.75㎡，地下建筑面积：35542.31㎡
5#楼15层1-1至1-4轴交1-0/A至1-A轴，结构标高46.35m，悬挑宽度12.2m，向外悬挑长度3.9m，悬挑结构为C30现浇钢筋混凝土，板厚120mm，梁200×550mm。
图1 悬挑结构剖面图
2施工工艺原理
通过研究一种支撑体系，针对悬挑结构的模架与外架防护共用支撑，确保结构安全施工。选用合适的工字钢为悬挑主梁，根据受力计算选用支撑杆件。用角钢整体连接悬挑主梁与斜撑，保持悬挑平台的的稳定性。用角钢焊接在锚环位置的主梁上，使主梁保持抗滑稳定性。在悬挑主梁下方用钢管斜撑，起加强作用。悬挑结构混凝土达到一定强度后悬挑梁斜拉钢丝绳。
图2 悬挑结构支撑体系
3 施工工艺流程及操作要点
3.1工艺流程
下撑层下支撑预埋件→悬挑层预埋件、下撑杆备料→悬挑梁备料、定位放置→型钢梁定位复核、下撑杆稳固件安装→外架搭设→外架初验→下方外架调整→硬防护→悬挑模架搭设→作业层悬挑构件甩筋留槎→外架、模架联合验收浇砼→作业层砼强度75%拆模板架→上拉钢丝绳→悬挑结构剩余混凝土浇筑→装饰装修施工完具备拆架
3.2操作要点
（1）下支撑预埋
在下撑层预埋连接板，用做斜撑的受力点。
图3 预埋板大样
（2）U型螺栓预埋
型钢悬挑梁固定端应采用2个（对）及以上钢筋拉环或锚固螺栓与建筑结构梁板固定。
图4 U型螺栓预埋大样
为防止板面因悬挑主梁受力较大，U型锚环预埋过多而造成质量及安全问题，在U型锚环预埋的位置设置暗梁。
图5 暗梁做法大样
（3）悬挑主梁及支撑杆件
悬挑主梁采用工字钢，规格18号。支撑构件采用方钢，规格有80×80×5mm，工字钢应符合GB/T706中关于热轧工字钢的规定，且有相应的质保资料。
为满足规范要求，锚固长度为悬挑长度的1.25倍，大悬挑所需主梁较长，需对构件进行接长处理，焊接采用二级焊缝，具体做法如下图：
图6 工字钢连接大样
图7 斜撑与主梁连接大样
4受力分析
主梁离地高度46.35m，主梁间距1200mm。主梁平铺在楼板上，锚固点设置方式为压环钢筋压环钢筋直径20mm，主梁建筑物外悬挑长度Lx(mm)5250mm。主梁建筑物内锚固长度Lm(mm)6750mm，梁/楼板混凝土强度等级C30。
18号工字钢主梁截面积A(cm2)30.74，主梁截面惯性矩Ix(cm4) 1660，主梁截面抵抗矩Wx(cm3)185，主梁自重标准值gk(kN/m)0.241主梁材料抗弯强度设计值[f](N/mm2)215，主梁材料抗剪强度设计值[τ](N/mm2) 125 主梁弹性模量E(N/mm2)206000，主梁允许挠度[ν](mm)1/360。
下撑杆件方钢管□80×80×4下撑杆截面积A(cm2)11.748，下撑杆截面惯性矩I(cm4)111.04下撑杆截面抵抗矩W(cm3)27.76 ，下撑杆材料抗压强度设计值f(N/mm2)205，下撑杆弹性模量E(N/mm2)206000，下撑杆件截面回转半径i(cm)3.07，下撑杆件角焊缝焊脚尺寸hf(mm) 6，下撑杆件角焊缝强度设计值ffw(N/mm2)160。
脚手架钢管类型Φ48×2.7。支模架步距1800mm，梁底横杆间距1200mm，梁底支撑架间距600mm，模架自由端高度500mm，模架底端定位件采用移动式定位桩，支托上方龙骨双钢管，底部木方加模板硬封闭。
外架步距1800mm，纵距1200mm，横距850mm。双扣件连接间距3600mm。设双腰杆，脚手板用钢笆网，一步一设。安全网全封闭设置。
装修脚手架作业层数1层，装修脚手架荷载标准值Gkzj(kN/m2) 2，基本风压ω0(kN/m2)0.3，风荷载体型系数μs1.04，风压高度变化系数μz(连墙件、单立杆稳定性)0.555，0.51，风荷载标准值ωk(kN/m2)(连墙件、单立杆稳定性)0.173，0.159。
4.1主梁验算
悬挑梁受力简图：
（1）强度验算
σmax=Mmax/W=14.559×106/185000=78.696N/mm2≤[f]=215N/mm2
符合要求
（2）抗剪验算
τmax=Qmax/(8Izδ)[bh02-(b-δ)h2]=20.079×1000×[94×1802-(94-6.5)×158.62]/(8×16600000×6.5)=19.647N/mm2
τmax=19.647N/mm2≤[τ]=125N/mm2
符合要求
（3）挠度验算
νmax=1.159mm≤[ν]=2×l/360=2×1300/360=7.222mm
符合要求
4.1下撑验算
下撑杆件角度计算：
β1=arctanL1/L2=arctan(3300/3000)=47.726°下撑杆件支座力：
RX1=nzR3=1×44.303=44.303kN
主梁轴向力：
NXZ1=RX1/tanβ1=44.303/tan47.726=40.276kN
下撑杆件轴向力：
NX1=RX1/sinβ1=44.303/sin47.726°=59.874kN
下撑杆件的最大轴向拉力：NX=max[Nx1...Nxi]=59.874kN，此时对应角度β=47.726°
下撑杆长度：L01=(L12+L22)0.5=(33002+30002)0.5=4459.821mm
下撑杆长细比：
λ1=L01/i=4459.821/30.7=145.271
查《钢结构设计标准》GB50017-2017表D得，φ1=0.326
轴心受压稳定性计算：
NX1/(φ1Af)=59874.213/(0.326×1174.8×205)=0.763≤1
符合要求
5结束语
高空大悬挑模架与外架组合施工技术在本工程中的成功实施，大大减少了悬挑材料的用量，保证了悬挑主体结构的施工质量和施工安全，保证了工程的施工进度。悬挑模架与外架的组合施工技术可在类似工程中应用。
参考文献
[1] 欣久彬. 浅谈高空大悬挑结构的施工,甘肃省建筑设计研究院，甘肃 兰州 730030.
[2] 张明. 高空大悬挑混凝土屋面挑檐施工技术. 武汉建工股份有限公司,安徽 滁州 239000.
[3] 建筑结构荷载规范：GB50009-2012.
[4] 建筑施工脚手架安全技术统一标准：GB51210-2016.
[5] 钢结构设计标准：GB50017-2017.
[6] 钢结构工程施工质量验收标准：GB 50205-2020.
作者简介：任春雨，男，1991年，云南楚雄人，云南农业大学水利水电工程，邮箱：1474241381@qq.com，研究方向：建筑工程
