山东办公楼高空大跨度悬挑混凝土屋面斜拉支模施工工法

'高空大跨度悬挑混凝土屋面斜拉支模施工工法1前言为了满足建筑设计时突出建筑立面造型的效果以及高层上部空间扩展的需要,近年来高层悬挑混凝土结构、构件的建筑越来越多。但是高空悬挑混凝土结构构件施工难度较大尤其模板支设较为复杂。常用的模板支撑系统有落地满堂支撑架系统和三角型钢桁架支撑系统，落地满堂支撑架系统因搭设高度过高以及场地受限等问题很难实施，三角型钢桁架存在加工安装周期较长、造价过高等缺点，而斜拉悬挑式支撑系统具有成本低、施工速度较快且不占用施工场地等优点，能较好的解决以上问题。我公司在2014****博览会**大厦工程5.35米悬挑混凝土屋面施工过程中，组织技术攻关，采用斜拉悬挑式支模施工新工艺，进行研究、实施、总结、归纳，形成了本工法。2工法特点2.0.1本工法采用的模板支撑体系均为普通周转材料，易于选材，且可重复使用，不占用场地，造价较低。2.0.2构件现场制作加工，安装便捷，施工速度较快，节省工期。2.0.3本工法所采用的模板支撑体系结构定性好，安全性高。3适用范围本工法适用于场地较狭窄的高层建筑悬挑混凝土屋面结构施工，对其他复杂造型悬挑混凝土结构施工有参考作用。4工艺原理15 4.0.1斜拉悬挑支模体系由水平悬挑的工字钢、斜向拉结钢筋及搭设在工字钢上的模板支架组成。工字钢作为模板支架的基础，每根工字钢由两根锚固于上层结构边梁的斜向钢筋拉结，屋顶结构荷载、施工荷载、模板架自重等由模板支架传递至工字钢梁，继而全部由由斜拉钢筋承担。斜拉悬挑支模体系示意详见图4.0.1。4.0.2斜拉悬挑支模体系须按下面方法进行计算。1荷载计算分析见式4.0.2-1。图4.0.1斜拉悬挑支模体系示意S=1.2Q1＋1.4Q2（4.0.2-1）式中：Q1——恒荷载，包括结构、模板架自重等；Q2——活荷载，包括施工活荷载等。由荷载S值通过力学分析计算即可求得最大轴力Nmax、最大弯矩Mmax。2水平悬挑工字钢梁的截面选型计算1）实腹式压弯构件平面内稳定性计算见式4.0.2-2：N/φ×A+βm×M×/γ×W1×(1-0.8N/NE×)<[f]（4.0.2-2）式中：N——压弯构件的轴心压力设计值；φ×——在弯矩作用平面内的轴心压杆稳定系数；A――构件截面面积；βm×——弯矩作用平面内等效弯矩系数。βm×≤1.0；M×——所计算的构件段内对X轴的最大弯矩；W1×——弯矩作用平面内较大受压纤维的毛截面模量；γ×——截面塑性发展系数；NE×——为对x轴的欧拉临界力除以抗力分项系数1.1；NE×=π2EA/1.1λ×2。2）实腹式压弯构件平面外稳定性计算见式4.0.2-3：N/φyA+ηβt×M×/φbW1×<[f]（4.0.2-3）15 式中：N——压弯构件的轴心压力设计值；φy——弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数；A——构件截面面积；η——调整系数:箱形截面η=0.7,其他截面η=1.0；βt×——弯矩作用平面外等效弯矩系数，取值方法与弯矩作用平面内等效弯矩系数相同；M×——所计算的构件段（构件侧向支撑点之间）的最大弯矩设计值；φb——均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数；W1×——弯矩作用平面内较大受压纤维的毛截面模量。3斜拉钢筋截面选型计算见式4.0.2-4：N/A≤[σ]（4.0.2-4）N——斜拉杆的轴心拉力设计值；A——斜拉杆截面面积；σ——斜拉杆的抗拉强度设计值。4.0.3斜拉悬模体系细部构造措施1工字钢梁斜拉点处细部构造。采用100×80×10mm的不等边角钢在悬挑工字钢底部焊接牢固，在角钢上冲直径27mm的圆孔，斜拉钢筋在端头套丝，穿过圆孔，加上垫片后用直螺纹套筒紧固。见图4.0.3-1～4.0.3-2。图4.0.3-1工字钢梁斜拉点处细部构造图4.0.3-2双角钢细部构造15 2斜拉杆锚固端细部构造。斜拉杆上端锚固于上层楼面边梁内，锚固长度不小于11G101图集所规定的锚固长度。下端预先套丝，与下部工字钢梁斜拉点处拉杆采用直螺纹套筒连接。上层楼面边梁承载力应通过原结构设计院复核验算。斜拉杆锚固端细部构造见图4.0.3-3。图4.0.3-3斜拉杆锚固端细部构造3阳角部位特殊构造措施。在楼体转角阳角部位，工字钢梁无法由楼层内部悬挑，故考虑在上层柱混凝土结构中预埋钢板，工字钢梁端部与预埋钢板焊接作为悬挑端支座，上部采用斜拉杆拉结。阳角部位构造措施见图4.0.2-4～4.0.2-7。图4.0.2-4工字钢平面布置图4.0.2-5阳角悬挑部位剖面图4.0.2-6预埋钢板布置图4.0.2-7工字钢连接详图15 5工艺流程及操作要点5.1工艺流程计算机辅助深化设计→现场测量放线→构件的加工制作→水平工字钢梁预埋拉环设置→水平悬挑钢梁安装就位→外防护架搭设→上层结构施工斜拉杆锚固端预埋→斜拉杆安装、紧固→检查、验收→水平连系杆安装→模板支架搭设→后续结构施工。5.2操作要点5.2.1计算机辅助深化设计。根据建筑结构施工图以及斜拉悬挑模板体系设计计算书，建立CAD模型，确定工字钢梁、斜拉杆等各构件的位置及下料尺寸。5.2.2现场测量放线：1根据计算机模拟定位结果，将计算机定位点转为现场定位，将工字钢梁固定预埋件、斜拉杆锚固端位置用红色油漆标注。2根据现场各构件定位，对斜拉杆尺寸校核，并将此数据与计算机模拟计算结果进行对比分析，修正偏差，保证拉杆安装时的准确性。5.2.3构件的加工制作。构件的加工制作应严格依据深化设计时下料尺寸施工。水平工字钢梁加工制作时，将梁底角钢焊接在梁上。5.2.4水平工字钢梁预埋拉环设置。结构层施工时，按照预埋拉环相应位置进行预埋施工。锚固筋采用Φ20钢筋，加工成U型，预埋在砼中，工字钢安装后，钢筋上口封闭焊接。5.2.5水平悬挑工字钢梁安装:1采用塔吊将每根工字钢梁依次吊装到位，按照定位位置安装，并用预埋钢筋固定牢固。每道钢梁端部固定点不少于2处。2钢筋固定抱环与工字钢之间空隙采用木方塞紧，保证工字钢梁不滑动。3阳角部位工字钢梁安装。阳角部位工字钢梁采用地面拼装焊接完成后，由塔吊整体吊装到位，与预埋钢板埋件焊接。5.2.615 外防护架体的搭设。水平工字钢梁吊装完成后，外围防护架及时跟进搭设，以保证上层结构施工的安全。5.2.7斜拉杆上部锚固端的预埋:1上层结构边梁钢筋绑扎施工时，先将斜拉杆锚固端按照预定位置放入梁骨架内，再进行其他梁筋绑扎。2边梁靠斜拉杆一侧合模时，再次对斜拉杆位置校核微调，调整到位后，将斜拉杆处模板上口。5.2.8斜拉杆的安装、紧固：1将斜拉杆钢筋用直螺纹套筒与预埋拉杆锚固端连接，斜拉杆下端穿过工字钢梁上的角钢孔，用普通直螺纹套筒及14mm厚钢垫片紧固好。2每根工字钢梁由两根拉杆拉结，斜拉杆紧固时，必须保证两根拉杆同时上紧。3预埋拉杆锚固端与下部拉杆连接采用特制直螺纹套筒，套筒长度为标准套筒长度增加3-5cm。套筒套丝采用正反丝，保证拉杆上丝时，同进同退。同时，斜拉杆加工时，加工长度为实测长度减掉3-5cm，即直螺纹套筒中有一部分中空段，作为调节尺寸，以调节斜拉杆准确受力。5.2.9检查验收：1工字钢梁安装完毕、斜拉杆紧固后，采用水准仪对同一侧工字钢梁整体找平，对存在偏差的构件进行局部微调，保证结构体系受力均匀。2安装完毕后应对斜拉杆进行全面检查，保证紧固到位。5.2.10水平连系杆安装。在工字钢梁悬挑段加设2到水平连系杆，采用20号槽钢，与工字钢梁焊接，以增强斜拉杆支撑体系的平面稳定性。5.2.11模板支架搭设。模板支架的搭设按照普通悬挑模板支架相关搭设要求进行施工。6材料与设备6.1材料6.1.115 工字钢其主要质量性能指标应符合《热轧工字钢尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T706-2008要求。型号及数量根据现场实际情况计算确定。6.1.2钢管必须具有合格证和备案证。壁厚、尺寸允许偏差等须符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011的质量规定。6.1.3钢筋。应采用HRB400级钢筋，其性能指标应符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499.2-2007规定要求。6.2机具设备6.2.1施工机具主要包括：塔吊、电焊机、直螺纹套丝机、圆盘锯、经纬仪、水准仪、钢尺、卷尺、管钳、焊缝检查尺。7质量控制7.1规范与标准7.1.1《建筑工程施工质量验收统一标准》GB503007.1.2《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ1307.1.3《钢结构工程施工质量验收规范》GB502057.1.4《钢筋机械连接技术规程》JGJ1077.2质量控制措施7.2.1严把材料质量关，各种材料无合格证及检验报告不予验收。7.2.2预埋件的安装必须严格按照设计要求及验收规范制作、预埋。必须保证位置正确，规格型号符合设计要求。7.2.3斜拉杆上部锚固端预埋施工时，应先将锚固端放入梁骨架内，后绑扎梁主筋。7.2.4钢结构施焊作业必须由专业焊工施工，项目部质检员应对焊缝厚度、垫片开孔尺寸等全部进行检查，保证钢结构的施工质量。7.2.5　15 直螺纹套筒须有合格证和材料质量证明书。钢筋丝头螺纹应饱满，不得有螺纹大径低于螺纹中径的不完整丝扣。加工的钢筋丝头应逐个自检，出现不合格丝头时严禁使用。7.2.6斜拉杆紧固施工时，上下端斜拉杆应一次性紧固到丝头位置。斜拉杆底部套丝长度应适当加长，丝长约标准丝长得1.5倍。以保证每根斜拉杆均能调试到均匀受力状态。8安全措施8.0.1施工负责人必须对职工进行安全生产教育，提高职工安全生产思想意识及自我保护能力，自学遵守安全纪律、安全生产制度，服从安全生产管理。8.0.2所有的施工及管理人员必须严格遵守安全生产纪律，正确穿、戴和使用好劳动防护用品。8.0.3特殊工种的操作人员必须按规定经有关部门培训，考核合格后持有效证件上岗作业。起重吊装人员遵守十不吊规定，严禁不懂电气、机械的人员擅自操作使用电器、机械设备。8.0.4施工用电要符合国家现行标准《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46的有关规定。8.0.5氧气、乙炔、油漆等易爆、易燃物品，应妥善保管，严禁在明火附近作业，严禁吸烟。8.0.6当有六级及六级以上大风、雾、雷雨和雪天应停止脚手架搭设与拆除作业。雨、雪、大风后应及时检查脚手架，合格后方可允许施工人员使用，上架作业应有防滑措施，并应扫除积雪。8.0.7搭拆脚手架时，地面应设围栏和警戒标志，并派专人看守，严禁非操作人员入内。人员上下脚手架必须走设安全防护的人行道和斜道，严禁攀爬脚手架上下。在脚手架上进行电、气焊作业时，必须有防火措施和专人看守。9环保措施9.0.115 保证施工噪声符合《建筑施工场界噪声限制》（GB12523）的要求，昼间不大于62分贝，夜间不大于55分贝。9.0.2现场材料应分类统一堆放，标识清楚，废弃垃圾应集中堆放、处理。10效益分析10.1经济效益分析10.1.1以2014**会**大厦工**例，该工程悬挑屋面檐口高度37.35米、最大跨度5.35米。采用斜拉悬挑支模的方式同落地满堂支撑架、三角型钢桁架支模体系相比，成本分析如下。表10.1.1三种支模方式建筑面积单平方米造价分析对比项目材料单价人工费工期备注落地满堂支撑架139.4元/㎡22元/㎡18天根据规范规定，搭设高度不宜超过36m，且架体上荷载总和标准值不应大于7.5kN/m2。三角型钢桁架702元/㎡45元/㎡45天成本与工期、悬挑构件高度无关斜拉悬挑支模281元/㎡21.41元/㎡30天成本与工期、悬挑构件高度无关10.2社会和环保效益采用本工法，提高了劳动生产率，加快了施工进度，达到设计效果，提高了公司的社会信誉。11应用实例11.12014年青岛****博览会**村项目（**大厦**11.1.1工程**。本工程位于青岛市崂山区**大道以北，涧西以路西，纵五路东侧。总**面积约46000平方米。地下2层，地上1#楼9层，建筑高度为37.4米；2#楼7层，建筑高度为29.2m。本工程抗震等级为三级，框架结构，采用筏板基础。本工程将来作为2014年青岛**会展会期间行政指挥中心，为**15 会重点工程。质量**确保“泰山杯”。工程效果图见图11.**1。11.1.2施工情况：图11.1.1工程效果图1#楼悬挑部位为1-3～1-8/1-A～1-F轴，结构悬挑长度分别为5.35米、4.95米、2.85米。斜屋面最外侧设计一道横梁，梁截面尺寸为300mmx600mm。屋架层高度为5.38米，混凝土强度等级C30。施工时，在7层楼面安放18号悬挑工字钢梁，局部部位采用22号工字钢。布置间距为900mm，采用两道Φ16预埋钢筋固定。悬挑工字钢离端部1.35米处设两根直径25mmHRB400螺纹钢筋作斜拉，荷载全部由斜拉钢筋承担，在8层楼面边梁处预埋直径25mm的HRB400钢筋两根（锚固长度＞1000mm），钢筋端头均预先套丝，斜拉钢筋与锚固端采用直螺纹套筒连接。在工字钢梁悬挑段加设2到水平连系杆，采用20号槽钢，与工字钢梁焊接，以增强斜拉杆支撑体系的平面稳定性。水平悬挑工字钢上搭设满堂脚手架作为屋面模板支撑体系。悬挑结构模板支撑体系采用扣件式满堂脚手架，立杆横向间距900㎜，纵向间距900，步距1500㎜，操作层小横杆间距900㎜。2#楼悬挑部位为沿屋面四周，结构悬挑长度为4.6m和3.5m两种。屋架层高度为4米。其中在2-1～2-G轴、2-3～2-G轴阳角处悬挑4.6米，混凝土强度等级C30。施工时，在5层楼面安放18号悬挑工字钢梁，局部部位采用22号工字钢。布置间距为900mm，采用两道Φ16预埋钢筋固定。悬挑工字钢离端部1.7米处设两根直径25mmHRB400螺纹钢筋作斜拉，荷载全部由斜拉钢筋承担，在6层楼面边梁处预埋直径25mm的HRB400钢筋两根（锚固长度＞1000mm），钢筋端头均预先套丝，斜拉钢筋与锚固端采用直螺纹套筒连接。在工字钢梁悬挑段加设2到水平连系杆，采用20号槽钢，与工字钢梁焊接，以增强斜拉杆支撑体系的平面稳定性。阳角部位采用22-b号工字钢梁按设计方案地面拼接完毕后，整体吊装至5层楼面与柱结构内预埋钢板焊接，每根工字钢梁由2根直径25mm斜拉钢筋拉结。模板支撑架搭设要求同1#楼。1#、2#楼屋面结构施工时间为2012年11月至2013年1月。现场施工图见图11.1.2-1～11.1.2-4。15 图11.1.2-1工人安装斜拉杆图11.1.2-2架体施工完毕效果图11.1.2-3斜拉杆细部节点图11.1.2-4屋面成型效果11.1.3应用效果。本工程采用该工法施工，工人施工简单快捷，悬挑架系统稳定，施工平稳有序，工期质量目标顺利达到既定要求，得到了建设单位的好评。11.22014青岛世界园****国际睡莲文化交流中心工程图11.2.1工程效果图11.2.1工程概况。本工程位于天水路27号，原百果山森林公园内。总建筑面积16389㎡15 。地下2层，地上3层，建筑高度为24米。本工程抗震等级为三级，框架结构。工程效果图见图11.2.1。11.2.2施工情况。本工程屋面为斜坡现浇结构，悬挑部位为沿屋面四周，结构悬挑长度为2.5m。屋架层高度为3.5m。混凝土强度等级C30。由于本工程工期非常紧，现场无搭设落地式模板支撑架的条件，施工时，在3层楼面安放18号悬挑工字钢梁，布置间距为1200mm，采用两道Φ16预埋钢筋固定。悬挑工字钢离端部1.5米处设两根直径22mmHRB400螺纹钢筋作斜拉，荷载全部由斜拉钢筋承担。施工时间为2013年6月-2013年7月。11.2.3应用本工法屋面施工速度较快，且施工质量较好，观感质量也达到了预期效果，得到了建设单位及监理单位的一致好评。编制：李世俊审核：贾杨批准：李兆龙15 15 工法应用证明2014年青岛**博览会**村项目（****）位于青岛市崂山区**大道以北，涧西以路西，纵五**侧。总建筑面积约46000平方米**下2层，地上1#楼9层，建筑高度为37.4米；**楼7层，建筑高度为29.2m。本工程抗震等级为三级，框架结构，采用筏板基础。本工程将来作为2014年青岛**会展会期间行政指挥中心，为**会重点工程。质量目标确保“泰山杯”。1#楼悬挑部位为1-3～1-8/1-A～1-F轴，结构悬挑长度分别为**35米、4.95米、2.85米。斜屋面最外侧设计一**梁，梁截面尺寸为300mmx600mm。屋架层高度为5.38米，混凝土强度等级C30。施工时，在7层楼面安放18号悬挑工字钢梁，局部部位采用22号工字钢。布置间距为900mm，采用两道Φ16预埋钢筋固定。悬挑工字钢离端部1.35米处设两根直径25mmHRB400螺纹钢筋作斜拉，荷载全部由斜拉钢筋承担，在8层楼面边梁处预埋直径25mm的HRB400钢筋两根（锚固长度＞1000mm），钢筋端头均预先套丝，斜拉钢筋与锚固端采用直螺纹套筒连接。在工字钢梁悬挑段加设2到水平连系杆，采用20号槽钢，与工字钢梁焊接，以增强斜拉杆支撑体系的平面稳定性。水平悬挑工字钢上搭设满堂脚手架作为屋面模板支撑体系。悬挑结构模板支撑体系采用扣件式满堂脚手架，立杆横向间距900㎜，纵向间距900，步距1500㎜，操作层小横杆间距900㎜。2#楼悬挑部位为沿屋面四周，结构悬挑长度为4.6m和3.5m两种。屋架层高度为4米。其中在2-1～2-G轴、2-3～2-G轴阳角处悬挑4.6米，混凝土强度等级C30。施工时，在5层楼面安放18号悬挑工字钢梁，局部部位采用22号工字钢。布置间距为900mm，采用两道Φ15 16预埋钢筋固定。悬挑工字钢离端部1.7米处设两根直径25mmHRB400螺纹钢筋作斜拉，荷载全部由斜拉钢筋承担，在6层楼面边梁处预埋直径25mm的HRB400钢筋两根（锚固长度＞1000mm），钢筋端头均预先套丝，斜拉钢筋与锚固端采用直螺纹套筒连接。在工字钢梁悬挑段加设2到水平连系杆，采用20号槽钢，与工字钢梁焊接，以增强斜拉杆支撑体系的平面稳定性。阳角部位采用22-b号工字钢梁按设计方案地面拼接完毕后，整体吊装至5层楼面与柱结构内预埋钢板焊接，每根工字钢梁由2根直径25mm斜拉钢筋拉结。模板支撑架搭设要求同1#楼。1#、2#楼屋面结构施工时间为2012年11月至2013年1月。本工程采用该工法施工，工人施工简单快捷，悬挑架系统稳定，施工平稳有序，工期质量目标顺利达到既定要求，得到了建设单位的好评。15'