高层建筑悬挑外架及大跨梁高支模架的应用-建筑设计论文

高层建筑悬挑外架及大跨梁高支模架的应用
曹月芹

1.概述
目前，悬挑外架和高支模架多用于市政高层建筑及部分构筑物。悬挑架因其起架部位比较灵活、悬挑架上下可以同时施工、与结构之间能有效拉结等优势得到越来越广泛的应用；高支架为一种特殊的超高、大跨结构模板支架，随着大跨结构应用广泛而越来越受到重视。
2.工程概况
本工程为某宾馆改扩建工程，改造后为四星级酒店，框剪结构15层，总建筑面积为16224m2。宾馆主楼八层以上为新建部分，层高为3.5m；八层以下为改建部分，标准层高为3.2m。附房为扩建部分，钢筋混凝土框架结构，建筑面积3400m2。
2.1七层以下改造部分
宾馆原屋面（即八层楼面）构筑物拆除；七层以下梁、柱、板结构加固改造；增加2跨剪力墙结构施工；宾馆四层以下部分外墙悬挑结构拆除；室内墙体改造等。
2.2八至十五层及屋面花架、电梯机房部分等为新增加层部分，标准层高3.5米。
2.3宾馆附房为新建部分，基础、主体采用沉降缝与主楼分开，中间部分为大厅，两边为三层框架，层高分别为4.15m、5.8m和4.35m。标高 +9.95m平面东西方向横跨三道预应力框架梁（如下图），跨度为19.5m。预应梁截面尺寸500×1300mm，梁面标高为+9.95m，+9.95m板厚110mm。
3.工程施工特点
本工程为大型改扩建工程，业主工期要求非常紧，在施工过程中如何确保新建工程和改建工程同时施工，尽可能多地展开工作面进行平行流水作业成为选择悬挑架方案及高支架方案的难点。
4.方案比较
3.1外脚手架
3.1.1针对工程施工特点，制定了两套脚手架方案，方案一，从地面开始搭设双排脚手架至七层顶，用于七层以下相关项目的改造，待七层以下改造完成后，脚手架向上延续进行上部结构的施工；方案二，七层以下搭设简易脚手架进行七层以下的拆除和改造施工，八层以上搭设悬挑脚手架，且七层以下的改造和八层以上新建部分同时施工。
3.1.2方案一，从地面开始搭设脚手架方便了室内改造和屋面拆除，却不便于外墙悬挑结构（如原宾馆门厅上部外凸的圆弧结构）的拆除，而且关键是造成工期拖延；方案二，虽经上下可以同时施工节约了工期，但是对安全施工的要求较高，安全措施费用大。
3.1.3经过多次方案比选，并征求设计单位的意见，最后确定选择方案二，并加以改进。即选择只从七层窗台设挑架至屋面（八层面）形成屋面拆除施工的围护架，待屋面清理完后该围护架立即拆除，从八层面（原屋面）搭设八层以上结构施工的悬挑脚手架，悬挑架底部封闭严密；七层以下室内改造利用设置在建筑物北面的塔吊和南面的施工电梯运输材料，并辅以吊架进行外墙装饰施工。新增附房从地面搭设双排外架，按常规方法施工。
3.2附房预应力大跨梁
大厅部位预应力梁梁底支撑高度为9.95m，采用大跨度高支模体系，梁底满堂支撑座落于素土基层上（-0.900m）；大厅两侧梁底高度为5.8m，采用普通支模体系，梁底支撑座落于+4.15m楼面上。
4.方案构造及验算
4.1宾馆主楼悬挑外架
4.1.1材料选择
钢管型号Φ48×3.0；脚手板采用竹笆片；栏杆挡板采用竹笆片；悬挑水平钢梁采用16a号槽钢；采用ø16圆钢与八层楼面锚固。
4.1.2脚手架构造
立杆的纵距为 1.5米，立杆的横距为0.85米，立杆的步距为1.6 米,内排架与墙之间距离为0.30米,采用的钢管类型为 Φ48×3.0，横杆与立杆连接方式为双扣件，连墙件布置取两步三跨，竖向间距 3.2 米，水平间距4.5米，采用扣件连接，连墙件连接方式为双扣件。
4.1.3悬挑外架安全验算
从立杆稳定性（考虑风荷载影响）、连墙件稳定性、悬挑钢梁稳定性、钢丝绳稳定性及吊环稳定性几个方面对主楼悬挑外架进行结构安全验算，经验算，所选悬挑脚手架构造均满足要求。

4.2附房预应力大跨梁高支架体系（见上图）
4.2.1高支架体系构造
支撑系统立杆纵距为450mm，横距为700mm，立杆步距1.50m，梁支撑搭设高度9.55m（从基顶至梁底）。采用的钢管类型为Φ48×3，方木尺寸为60×80mm。
4.2.2高支架体系方案验算
从架体扣件抗滑移承载力（不考虑风荷载影响）、梁底支撑、梁底方木楞下钢管大横杆、梁底受力最大的支撑立杆稳定性(不组合风荷载)几个方面进行高支架体系验算，构造数据均符合要求。
5.施工管理
5.1架体搭设
⑴按规定要求对钢管、扣件、脚手板等材料进行检查验收，不合格产品不得使用。
⑵严格按照设计方案尺寸搭设，立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置。
⑶附房大跨梁的支撑体系通过水平撑与周围框架柱、板的支撑体系连接，在预应力梁底及大厅四周侧设置竖向剪刀撑，在预应力梁之间设置横向剪刀剪，与周围框架梁、柱、板支撑连成一体，以增加体系的整体刚度。
⑷主楼悬挑外架隔一层通过短钢管与预埋在边梁中的短钢管进行拉接，并在9层、13层边梁外侧预埋U型拉钩，采用钢丝绳与外架进行柔性拉接，以保证悬挑外架的稳定性。
⑸附房大跨梁底支承体系的基底土层经夯实后整体铺设碎石垫层，并在梁板支撑体系钢管底部设置通长垫木和纵横向扫地杆。
⑹确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差不超过《扣件架规范》的要求，每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N.m。
⑺主楼每层悬挑外架搭设完后及时挂设安全网，铺设脚手板。
⑻外挑架和模板支架搭设完毕，必须经验收验收合格后方可使用。
5.2架体使用和维护
⑴混凝土浇筑施工过程中确保高支架均衡受载，宜采用从中部向两端扩展的浇捣方式。
⑵严格控制架上施工荷载不超载，钢筋等材料不能在架上方堆放。
⑶做好高支架体系的维护工作，浇筑过程中派人检查支架支承情况，发现下沉、松动和变形情况及时解决。使用期间，严禁拆除支撑点处的纵、横向水平管和纵、横向扫地管杆件。
⑷注意高支架体系的沉降观测，在钢筋安装、砼浇灌等加载后进行沉降观测，并根据观测情况对梁底顶撑及时进行调整，加固支撑体系，确保支撑体系的安全。
5.3架体拆除
⑴高支架的拆除必须待预应力梁砼满足设计和规范要求的强度条件时方可进行模板和支架的拆除。
⑵支架拆除顺序遵循由上而下、先搭后拆的原则，先拆拉杆、剪刀撑、斜撑，再拆小横杆、大横杆、立杆，并按一步一清的原则依次进行。
⑶拆除施工时，最好不要中途换人，必须换人时要做好移交工作。拆除的材料要慢慢运下来，严禁抛掷，运到地面的材料要随拆随运，分类堆放。每天收工时，对未拆除的部位要采取临时加固措施。
⑷悬挑架拆除时应划出警戒范围，有醒目的标识，并派专人看守。拆除人员严格按规程操作，拆除的管件及时清理和堆放，严禁高空乱抛，拆除顺序从上至下，有序进行。
⑸严禁夜间进行拆架施工。
6.使用效果
6.1悬挑外架
目前，宾馆主楼土建部分施工已结束，正在进行装潢施工，采用悬挑脚手架保证了宾馆改扩建工程能够科学合理地组织施工，有效地防止了合同工期超限，确保了工程施工的适用性、安全性，使用效果显著。
6.2大跨梁高支架体系
预应力大跨梁砼浇筑后满28天进行预应力张拉，在预应筋张拉施工以及附房主体施工加载过程中预应力梁均无挠曲、裂缝等异常现象出现，说明该大跨梁高支架支模体系设计方案切实可行。
7.结束语
总之，在宾馆改扩建工程施工过程中采用的悬挑外架和大跨梁高支模体系的应用都取得了预期的效果，同时也为同类工程的施工提供了成功的经验。