高空長(zhǎng)懸挑勁性結(jié)構(gòu)模架支承臨時(shí)鋼平臺(tái)施工技術(shù)

李德輝，唐強(qiáng)達(dá)，徐 晨（上海建科工程咨詢有限公司， 上海 200032）

1 工程概況

某商辦樓項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”）建筑高100 m，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，自結(jié)構(gòu)標(biāo)高29.85 m起為長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)，懸挑長(zhǎng)度6.95 m。其中，懸挑勁性混凝土梁截面尺寸為800 mm×1 200 mm，勁性鋼梁H800 mm×500 mm×20 mm×35 mm，懸挑一側(cè)結(jié)構(gòu)柱內(nèi)設(shè)置H750 mm×750 mm的鋼柱。該長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)下方為通向地下室的汽車坡道，且考慮到主體與裙房的不均勻沉降，汽車坡道上設(shè)置的沉降后澆帶暫未封閉，汽車坡道標(biāo)高為-1.65 m。

2 懸挑結(jié)構(gòu)模架方案比選

為確定長(zhǎng)懸挑勁性混凝土結(jié)構(gòu)模架施工方案，通過(guò)多方參與論證，對(duì)以下兩個(gè)施工方案進(jìn)行比選，從造價(jià)、工期及實(shí)施技術(shù)方面選出最佳組合。

2.1 方案一

采用盤扣式腳手架作為結(jié)構(gòu)模板支撐架。支撐架體搭設(shè)總高度超過(guò)40 m，須預(yù)留時(shí)間組織方案專家論證及回復(fù)備案。架體基礎(chǔ)為在建地下室汽車坡道，坡道位置存在未封閉的后澆帶，架體投影區(qū)域地下室須采取加固措施，且鋼管腳手架本身重量較大，坡道位置傳力較為復(fù)雜。因本項(xiàng)目建設(shè)特殊性，地下室為其他建設(shè)單位所有，協(xié)調(diào)難度較大，且存在索賠風(fēng)險(xiǎn)。本方案滿堂架體搭設(shè)工程量大、施工場(chǎng)地有限，地下室轉(zhuǎn)運(yùn)鋼管時(shí)，只能依靠人工搬運(yùn)，施工周期較長(zhǎng)，如應(yīng)用在本項(xiàng)目上，在工期、造價(jià)、協(xié)調(diào)以及安全性方面不占優(yōu)勢(shì)。

2.2 方案二

采用懸挑鋼平臺(tái)作為臨時(shí)支撐平臺(tái)。單獨(dú)采用臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)成本較高，為降低鋼結(jié)構(gòu)材料成本，借用上部懸挑梁內(nèi)已加工好的型鋼梁作為懸挑鋼平臺(tái)主梁，將懸挑鋼平臺(tái)搭設(shè)在懸挑型鋼混凝土結(jié)構(gòu)下一層，只需要搭設(shè)一層（4.5 m高）盤扣腳手架作為模板支撐體系。該方案無(wú)需其他單位協(xié)調(diào)配合，鋼平臺(tái)材料可事先在場(chǎng)外加工完畢后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，不占用現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，只需現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成即可，施工速度較快。受力方面，懸挑鋼平臺(tái)采用三角架鋼支撐+鋼次梁+18號(hào)工字鋼+硬質(zhì)隔離方式，主梁下方采用斜撐主要受力，主梁上方采用斜拉方式輔助受力，受力傳遞路徑較為清晰（如圖1和圖2所示）。

圖1 鋼平臺(tái)平面布置圖

圖2 鋼平臺(tái)立面圖

通過(guò)以上對(duì)比，選用懸挑鋼平臺(tái)作為支撐平臺(tái)施工上部懸挑勁性混凝土結(jié)構(gòu)。

3 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況建模進(jìn)行受力分析可知，設(shè)計(jì)方案采用平臺(tái)主梁H800 mm×500 mm×20 mm×35 mm，次梁H800 mm×300 mm×20 mm×35 mm，斜撐及封頭梁H400 mm×408 mm×21 mm×21 mm，中間根據(jù)盤扣腳手架立桿間距設(shè)置18號(hào)工字鋼，組成如圖1形式的框架平面圖，立面形式如圖2所示，構(gòu)件重量分析如表1所示。

表1 懸挑鋼平臺(tái)主要構(gòu)件重量分析

鋼平臺(tái)斜撐設(shè)置在標(biāo)高20.85 m～25.35 m之間，上端支撐在平臺(tái)主梁上，設(shè)置傳力牛腿，支撐點(diǎn)位置為懸挑端鋼柱中心到斜撐支撐點(diǎn)中心4.7 m位置，與平臺(tái)主梁成45°夾角；在標(biāo)高20.85 m鋼柱上同樣設(shè)置牛腿，將斜撐承受的軸向力分解為對(duì)樓板的水平力及豎向壓力，鋼平臺(tái)布置在標(biāo)高25.35 m的結(jié)構(gòu)上。現(xiàn)場(chǎng)鋼梁與鋼梁之間均采用高強(qiáng)螺栓連接，其余均在工廠完成，有利于減少現(xiàn)場(chǎng)施工周期，方便后期拆除。

為減小鋼平臺(tái)施工對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響，鋼平臺(tái)吊裝安裝施工時(shí)，標(biāo)高20.85 m及25.35 m結(jié)構(gòu)位置的混凝土強(qiáng)度均應(yīng)大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，平臺(tái)承受荷載在考慮放大安全儲(chǔ)備后確定相關(guān)荷載參數(shù)，確定考慮2層混凝土結(jié)構(gòu)自重，2層盤扣架體自重，操作層自重及施工層自重，另取操作平臺(tái)及施工層活荷載均為2.5 kN/m2，經(jīng)過(guò)整體建模計(jì)算，其產(chǎn)生的彎矩及剪力滿足結(jié)構(gòu)的正常使用要求。同時(shí)利用模型檢查鋼梁構(gòu)件應(yīng)力比，分析懸挑鋼平臺(tái)對(duì)標(biāo)高20.85 m和25.35 m部位的柱梁的影響，以及對(duì)標(biāo)高25.35 m結(jié)構(gòu)處的梁支座配筋的影響，計(jì)算使用螺栓連接受力安全性及牛腿焊縫受力安全性。為保證安全，減少不確定因素的影響，在平臺(tái)主梁牛腿位置設(shè)置向上層斜拉的鋼絲繩，鋼絲繩與主梁成36°夾角，上部拉結(jié)點(diǎn)與鋼柱連接，并以鋼柱為對(duì)稱中心線，設(shè)置對(duì)稱鋼絲繩拉結(jié)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)梁撓度變化與施工工況變化相關(guān)。

施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制上部施工時(shí)間，確保上部施工時(shí)，本層混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，根據(jù)混凝土強(qiáng)度發(fā)展與齡期的關(guān)系，根據(jù)混凝土試塊檢測(cè)數(shù)據(jù)，六月份至七月份施工過(guò)程中，混凝土澆筑完成11 d以后，混凝土強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，因此應(yīng)控制該部位每層施工時(shí)間間隔為11 d，形成如表2所示的施工工況。

表2 懸挑鋼平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工工況

4 懸挑鋼平臺(tái)施工技術(shù)

臨時(shí)鋼平臺(tái)施工難度較大，吊裝順序?yàn)椋褐螚U件安裝（臨時(shí)固定）→主梁安裝（主梁與撐桿連接）→次梁安裝（主次梁連接）→工字鋼（工字鋼與次梁連接）。關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)主要是鋼梁及斜撐吊裝就位、高強(qiáng)螺栓安裝、立桿排布及安全管理。

4.1 鋼梁及斜撐吊裝

吊裝前應(yīng)檢查各個(gè)吊索用具，確認(rèn)其是否安全可靠。準(zhǔn)備螺栓專用扳手及加力桿。在吊點(diǎn)綁好防墜器，并將防墜器的掛鉤段拉至鋼梁的端部固定好。在鋼梁臨時(shí)連接耳板上掛好纜風(fēng)繩并固定好。

對(duì)鋼平臺(tái)組成鋼梁構(gòu)件重量進(jìn)行分析（如表1所示），主梁帶連接板重3.02 t，次梁重1.93 t，斜撐重0.75 t，現(xiàn)場(chǎng)采用JP7020型塔吊進(jìn)行吊裝作業(yè)。根據(jù)塔吊起重量范圍可知，距離50 m范圍起重量為4.14 t，距離55 m范圍起重量為3.7 t，為減少鋼梁在半空中拼接施工的工作量，加快鋼平臺(tái)施工進(jìn)度，在塔吊起重范圍內(nèi)將主梁與斜撐在地面組合拼裝完成后，再起吊至安裝點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算，主梁與斜撐組合完成后重量為3.77 t，大于距離55 m范圍起重量為3.7 t的要求，超出重量70 kg，雖然距離最遠(yuǎn)構(gòu)件距離為52 m，但考慮到構(gòu)件吊裝擺動(dòng)幅度問(wèn)題，為保證安全，將部分連接板拆卸掉，使總重量小于3.7 t，待鋼梁安裝到位后，在現(xiàn)場(chǎng)將拆卸的連接板安裝到位。

本項(xiàng)目斜撐為安裝難點(diǎn)，斜撐采用兩點(diǎn)起吊法進(jìn)行吊裝，使鋼絲繩受力均衡，起吊過(guò)程平穩(wěn)。采用手拉葫蘆將斜撐拉結(jié)在6樓樓面上進(jìn)行臨時(shí)固定。

4.2 高強(qiáng)螺栓安裝

高強(qiáng)螺栓安裝應(yīng)遵循由中間向四周施工的原則，螺栓不得一次性擰緊，應(yīng)分三次進(jìn)行，即初擰、復(fù)擰、終擰，初擰扭矩不超過(guò)終擰扭矩80%，復(fù)擰扭矩與初擰扭矩值相同，安裝螺栓應(yīng)順利插入，不得用暴力強(qiáng)行穿入，當(dāng)存在無(wú)法直接穿入、需要擴(kuò)孔的情況時(shí)，擴(kuò)孔直徑不得超過(guò)1.2d孔徑。

4.3 立桿排布

為保證盤扣腳手架立桿全部受力在鋼平臺(tái)受力構(gòu)件上，應(yīng)事先根據(jù)上部梁位置排布出排架立桿位置，包括梁下需要增設(shè)立桿的情況，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)立桿排布圖進(jìn)行放線，確定18號(hào)工字鋼中心位置，并嚴(yán)格按照放線位置將工字鋼焊接在次梁上。最后在平臺(tái)上鋪設(shè)3 mm花紋鋼板，臨邊焊接鋼管做臨邊防護(hù)，鋪設(shè)花紋板應(yīng)與18號(hào)工字鋼點(diǎn)焊固定，花紋板端部應(yīng)落在18號(hào)工字鋼上，不得懸挑。花紋板鋪設(shè)完成后，重新放出立桿位置中心線，確保立桿全部落在18號(hào)工字鋼上。

4.4 安全管理

鋼平臺(tái)安裝及拆除工作危險(xiǎn)性較大，施工作業(yè)前，必須落實(shí)人員的施工安全技術(shù)交底、進(jìn)場(chǎng)安全三級(jí)教育及施工方案交底，杜絕憑經(jīng)驗(yàn)盲目野蠻施工的現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)做好安裝區(qū)域警戒，安排專人旁站檢查，定人定崗，專人指揮。

為保證結(jié)構(gòu)施工安全，鋼平臺(tái)上方搭設(shè)滿堂腳手架前提確定為+25.35 m梁板柱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%；滿堂腳手架拆除前提確定為+29.85 m結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度100%，+34.35 m結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度90%以上，即+43.35 m結(jié)構(gòu)梁板混凝土澆筑完成之后。

5 過(guò)程管理及變形監(jiān)測(cè)

5.1 施工過(guò)程管理

鋼平臺(tái)搭設(shè)完成及正常使用期間，應(yīng)安排專人定期巡視檢查，檢查施工工況變化對(duì)鋼平臺(tái)撓度變化的影響；檢查鋼平臺(tái)臨邊防護(hù)情況及區(qū)域材料堆載情況，確保其未超過(guò)設(shè)計(jì)值；檢查混凝土澆筑分層分塊情況，保證混凝土未堆積在一個(gè)區(qū)域形成集中堆載；檢查施工間隔情況是否按規(guī)定要求實(shí)施，每層是否按11 d的施工進(jìn)度推進(jìn)，不得盲目縮短該部位的施工周期。本項(xiàng)目中，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的巡視和檢查，確保了以上各要點(diǎn)均按方案要求實(shí)施。

5.2 變形監(jiān)測(cè)

臨時(shí)鋼平臺(tái)在安裝、混凝土澆搗施工過(guò)程中，必須隨時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在受力最大位置，局部大截面梁布設(shè)不少于3個(gè)支架沉降觀測(cè)點(diǎn)?？紤]到超過(guò)6 m長(zhǎng)懸挑型鋼結(jié)構(gòu)撓度安全控制問(wèn)題，在鋼平臺(tái)懸挑端支撐模架掃地桿上均勻布置了26個(gè)固定觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行懸挑鋼梁端部位移監(jiān)測(cè)。安排專人在澆筑混凝土期間每1 h測(cè)量一次；澆筑完成后8 h內(nèi)按照不少于2 h一次的頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，懸挑型鋼梁在完成兩層混凝土澆筑后端部累計(jì)豎向沉降達(dá)到峰值9 mm，現(xiàn)場(chǎng)巡查未見(jiàn)異常。隨著其上層勁性結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度不斷提高，端部位移尚有少量抬升。典型平臺(tái)懸挑梁端部豎向位移與時(shí)間監(jiān)測(cè)情況，如圖3所示。

圖3 臨時(shí)鋼平臺(tái)懸挑端部豎向位移測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)情況

6 鋼平臺(tái)拆除

6.1 方案比選

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，本項(xiàng)目對(duì)臨時(shí)鋼平臺(tái)拆除提出兩種方案并進(jìn)行論證。方案一計(jì)劃在標(biāo)高29.85 m結(jié)構(gòu)上預(yù)留洞口，梁下預(yù)埋定滑輪，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行拆除。該方案為吊裝常用方案，施工成本較小。設(shè)置吊裝點(diǎn)使得主體懸挑結(jié)構(gòu)受到集中荷載，對(duì)長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)極為不利，且卷?yè)P(yáng)機(jī)每拆卸完成一處后，須將鋼梁移位，鋼梁拆卸完成后，施工人員腳下無(wú)可靠著落點(diǎn)，移位卷?yè)P(yáng)機(jī)存在較大安全隱患。方案二為采用100 t汽車吊進(jìn)行拆除。該方案靈活性較好，拆除周期較短，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú)影響。拆除時(shí)，吊車操作高度僅4 m，大梁下操作高度僅3.3 m，施工難度大。經(jīng)充分論證，決定采用汽車吊進(jìn)行拆除作業(yè)，并制定專項(xiàng)施工方案。

6.2 方案實(shí)施

為降低臨時(shí)鋼平臺(tái)拆除過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)，拆除順序?yàn)椋汉附又髁旱跹b用吊耳（次梁直接在翼緣上開(kāi)孔）→次梁螺栓拆除→次梁吊裝拆卸→主梁和斜撐作為一個(gè)整體與結(jié)構(gòu)鋼柱螺栓拆卸→主梁和斜撐吊裝拆卸。

（1）由于鋼平臺(tái)至上部結(jié)構(gòu)梁底距離僅3.3 m，應(yīng)充分利用有限高度，將鋼絲繩與主梁夾角設(shè)置為45°，鋼絲繩高度控制在1 m范圍內(nèi)，預(yù)留2.25 m高度作為汽車吊操作空間，汽車吊頂端距離結(jié)構(gòu)至少50 mm。具體情況，如圖4所示。

圖4 吊裝空間立面圖

（2）復(fù)核汽車吊吊裝高度及起重量，根據(jù)汽車吊起重參數(shù)可知，回轉(zhuǎn)半徑為26 m時(shí)，吊裝高度達(dá)46 m，滿足26.35 m高度吊裝要求，此時(shí)起重量為6.5 t，滿足重量最大構(gòu)件3.77 t起吊要求。

（3）鋼平臺(tái)拆除前，先在主梁上采用φ48 mm×3.2 mm鋼管焊接立柱，間距1.5 m，用φ8 mm鋼絲繩作安全繩，拆除工人應(yīng)佩戴雙帶雙扣安全帶，掛在安全繩和安全防墜器上。吊裝前吊裝區(qū)域5 m外拉設(shè)安全警戒線，并由專人看護(hù)。在標(biāo)高20.85 m結(jié)構(gòu)處搭設(shè)懸挑腳手架作為操作平臺(tái)拆除鋼梁連接螺栓，搭設(shè)腳手架時(shí)，應(yīng)注意避免與拆下瞬間正在擺動(dòng)的鋼梁碰撞。拆除主梁與斜撐時(shí)，應(yīng)使汽車吊就位并稍加應(yīng)力，吊裝鋼梁時(shí)應(yīng)在端部綁好纜風(fēng)繩，防止鋼梁在吊裝過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)。

7 結(jié) 語(yǔ)

本文以實(shí)際在建工程為背景，詳細(xì)描述了高空長(zhǎng)懸挑勁性結(jié)構(gòu)施工用臨時(shí)支撐鋼平臺(tái)施工技術(shù)，并提出了相應(yīng)關(guān)鍵控制點(diǎn)。在工程實(shí)踐中，經(jīng)過(guò)事前詳細(xì)的方案比選論證、事中方案執(zhí)行到位及變形監(jiān)測(cè)，臨時(shí)鋼平臺(tái)從安裝、使用到拆除均順利完成，在確保安全的前提下，對(duì)主體結(jié)構(gòu)影響降至最低，降低了本項(xiàng)目總體施工成本及風(fēng)險(xiǎn)，加快了現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，取得了顯著的效果。