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高空四周悬挑钢桁架支模体系
施工工法
广厦建设集团有限责任公司
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高空四周悬挑钢桁架支模体系施工工法
广厦建设集团有限责任公司
1、前言
为了满足现代人们对建筑物的各种使用功能和美观要求，越来越多设计新颖的项目大量涌现，特别是在公建项目中采取在建筑物几十米甚至上百米高空中悬挑大跨度结构更是普遍，传统的悬挑结构承重支模系统大多都采用从地面搭设满堂钢管脚手架或在下层楼面混凝土结构中采取预埋钢板（钢筋），现场采用型钢悬挑或焊接拼装而成一个承重施工平台二种施工方法。搭设钢管脚手架支模体系虽然操作方法简便，受力计算直观，但实际施工中需要花费大量的周转材料和人工，而且由于此类架体运用于搭设高度较高和承受施工荷载及自身荷载均较大的情况时，架体的整体稳定性往往难以保证，容易发生高大支模架体垮塌质量安全事故。另一种采用悬挑型钢承重平台支模体系，其悬挑跨度仅适用于2—3米，使用范围往往有其局限性，而且需要耗费大量的各种钢型材，对现场焊接工人技术要求较高，象这类施工平台往往都是一次性的投入，不可重复利用、费工耗材。本文通过某会展中心办证楼工程中采用高空悬挑伸出的贝雷钢桁架作为支模架体系的承重施工平台，成功地解决了这两种传统施工方法的弊端，不仅显著缩短了工期，还节约了大量的周转材料和人工，取得了显著经济效益和社会效益。
2、工法特点
钢桁架具有承载能力高，刚度大，传力路径明确，设计验算简便，能满足承载力和变形要求，安全可靠。
钢桁架安装、拆卸施工方便快捷，能重复周转利用，可以节约大量的周转材料和人工，具有显著的经济效益和社会效益。
缩短工期，低碳节能环保。
3、适用范围
本工法适应于悬挑跨度为5.0米—15.0米，高度在30米以上的高空悬挑混凝土结构支模体系。
4、工艺原理
4.1本工法采用标准化的可装拆钢桁架作为高空悬挑混凝土结构支模体系承
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重施工平台受力构件，桁架的构件均可以在结构楼层进行现场组装拼接而成，然后利用工地塔吊和人工配合方法将钢桁架移至安装所需位置，为防止出现钢桁架倾覆，每安装好一榀钢桁架，应立即对桁架进行临时固定，待下层所有承力钢桁架全部安全装好后，再搭设上层横向型钢（或钢桁架），纵横连接组成支模架体系的施工承重平台，然后再利用钢桁架施工平台搭设所需的混凝土支模架体系。
4.2利用精确有限元数值模型摸拟预测整个施工过程中钢桁架的静内力与挠度变化情况，尤其对浇筑混凝土过程中钢桁架悬臂端出现下挠变形进行关注。
5、施工工艺流程及操作要点
5.1工艺流程 最不利荷载值计算初步确定承重平台布置方案钢桁架强度及刚度
验算 初步选定钢桁架型号结构梁承载力验算 局部受压强度验算
防倾覆稳定性验算 吊装就位桁架分段组装利用CAD软
件下料配置构件材料 楼层结构钢管扣件支模架搭设加固连接悬挑楼层结构施工 施工平台拆除
图5.1-1施工工艺流程图 操作要点：
5.2.1最不利荷载值计算：恒荷载：○1贝雷桁架自重；○2支模架钢管扣件自重；○3梁板模板木方自重；○4现浇楼层钢筋混凝土自重。活荷载：○1施工人员及设备；○2振捣混凝土产生的荷载；○3风力产生的荷载。
5.2.2根据荷载及楼层平面布置初步确定承重施工平台布置方案如下： 1、在悬挑长度为5ｍ方向分别设置A、B、C3个受力计算单元，在A、Ｃ两个计算单元区域下分别布置４片贝雷架，B区域下布置６片贝雷架作为办证楼悬挑结构模板架支撑体系的承重钢梁。
2、在A，B，C3个受力计算单元的纵向承重钢梁上间距900mm（标准贝雷支架间距）均匀布置贝雷架作为横向支架平台。在其平台上搭设钢管脚手架支模，立杆横向间距与贝雷片同步为0.9m,纵向0.7m布置，步距1.5m。
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上排贝雷片悬挑长3000原楼层结构梁底排贝雷片悬挑长6000图5.2.2-1 贝雷片平面布置图纵横水平钢管 立杆钢管纵向@900 上排悬挑贝雷片 （布置参见平面图） 下排贝雷片 （布置参见平面图） 300×870梁4 图5.2.2-2 贝雷片竖向布置图区区区
3、根据结构设计图，在楼层的楼梯间设有一道剪力墙，B区中间轴线位置设有斜柱。剪力墙部位下排贝雷片有七榀不能联通，斜柱位置上排贝雷片有三榀贝雷片不能拉通，为防止在吊装过程中出现失稳不利情况，在不能拉通的贝雷片断头位置设计锚固钢筋，上端用两根10#槽钢、钢垫板、螺帽等连接固定。具体布置按图4.2.2-3：
地锚杆2[10#槽钢2[10#槽钢2[10#槽钢图5.2.2-3地锚杆及槽钢平面布置图
地锚杆要与上排贝雷片连接固定，锚杆长度达到3200mm。为不影响楼层混凝土浇捣及上部贝雷架安装固定的正常施工，施工中可采用预埋高出混凝土面200mm带有机械连接口的钢筋，待贝雷架安装完以后，再连接上段锚杆钢筋与槽钢一起加固。如下图：
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螺帽100×100×20钢板2根10#槽钢φ18地锚杆锚固30d
图5.2.2-4地锚杆详图
5.2.3钢桁架承重施工平台验算： 5.2.3.1钢桁架强度、刚度验算：
1、根据工程实际情况，初步确定选取型号为321型钢桁架，其力学性能设计值如下表：
材料名称 桁架节 销子 900支架 450支架 支架螺栓
重量（KG） 规格(MM) 270 3 245 180 3 1500*3000 900*1500 450*1500 容许内力（弯矩KN.M） 788.2 容许内力（剪力KN.M） 245.2 惯性矩I（mm4） 2.06*105 弹性模量E(N/mm2) 2.505*109 表5.2.3.1-1杆件性能表
2、钢桁架抗弯、抗剪强度验算：
P1q1q2P2 6
图5.2.3.1-1贝雷片受力简图
MmaxRAL1RBL2L3QmaxRARBL1L2L3图5.2.3.1-2支座处贝雷架最大弯矩、剪力计算图
Mmax=1/2q2L22+P1L2+P2(L2+L3)≤M(容许)4.2.3.1-1 Qmax=q2l2+p1+p2≤Q（容许）4.2.3.1-2
根据最不利荷载组合计算出支座处的最大弯矩和最大剪力，在材料的最大容许弯矩力和剪力值之内，可以满足要求。
3、根据计算简图中均布荷载和集中荷载的共同作用，对贝雷片的刚度进行验算，其下挠度应满足以下要求：
均匀布荷载：F1=ql4/8EI4.2.3.1-3 集中荷载：F2=pl13/3EI+PL23/3EI4.2.3.1-4
最大下挠度：Fmax=F1+F2≤F（容许）满足要求4.2.3.1-5
5.2.4钢筋混凝土框架结构承载力验算：
由于施工时采用贝雷钢桁架座落于结构楼面上，为了保证结构在施工阶段安全，需对承受贝雷片钢架的框架梁进行承载力验算。为避免单层楼层结构承受的过大集中荷载，在施工悬挑部分结构混凝土浇筑阶段，采取对承受钢桁架楼面下二层楼板模板支撑体系先不拆除，待浇筑完悬挑层结构混凝土后再行拆除。在验算该层框架梁承载力荷载时，只考虑框架梁恒载和支撑在框架梁上钢桁架传来的
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局部集中荷载，而不考虑与梁相连的楼板面传递来的荷载。
1、经过正截面承载力验算，框架梁抗弯承载力满足要求。
2、经过对斜截面进行验算，发现框架梁抗剪承载力不能满足施工强度要求。故在施工中采取将框架梁内箍筋改用Φ12@100（二级螺纹钢筋）来达到满足框架梁的斜截面承载力要求。
5.2.5悬挑钢桁架支撑点局部压力强度验算：
为保证钢桁架支撑点局部受压强度不被破坏，采取在支撑点作用位置加垫钢板，增大支撑点与混凝土梁面接触面积，以达到满足局部强度要求。
5.2.6悬挑钢桁架防倾覆整体稳定性验算：
为了防止承重贝雷桁架在安装和浇筑混凝土过程中出现倾覆和滑移事故，浇筑结构楼面板混凝土时在计算贝雷桁架计算单元两侧每间距1.5米左右预埋一根Φ18螺栓杆，螺栓杆顶部用[10槽钢将贝雷钢桁架压住，上用螺帽拧紧，以防发生倾覆和滑移。
5.2.7CAD计算机技术应用：从施工平台初步设计开始，到最后验算结束的全过程，大量应用CAD技术，提高设计人员工效，精确确定每一片贝雷片、每一根钢管的位置，保证施工材料有效利用，不造成浪费，并根据现场实际进度情况按照配料单材料分批进场，节约租赁费。利用CAD技术，确定承重平台上钢管支模架平面布置和立面构造：
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立杆间距参见梁计算书（余同）参见抱柱连接节点详图（余同）图5.3-1承重平台上钢管支模架平面布置图
图5.3-2钢管支模架立面图
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5.2.8贝雷架安装就位
用配套的销子、支架螺栓、支架根据设计间距在地面将贝雷片组装成桁架，组装时要计算好分段桁架的重量不能超过吊升设备的最大起重重量。组装吊装操作流程如下：
选好组装操作场地 确定分段组装长度楼层放样确定每
组贝雷架位置 桁架底部楼面找平 分段组装吊装
分段就位固定 承重平台连接加固 上部支模架搭设上部楼层结构施工
安装就位控制要点：
1、连接大横杆的对接扣件，开口应朝架子内侧，螺栓向上，以防雨水进入。 2、装螺栓时应将根部放正和保持适当的拧紧程度，这时脚手架承载能力，稳定和安全影响很大，要求扭力矩控制在40~65N·M。
3、贝雷片安装时，要保证贝雷片上的匀布线荷载均匀有效传递到下层结构，避免楼层结构受到集中荷载作用，要先在楼面采用比结构高一强度等级的砂浆或细石混凝土找平楼层，达到设计强度后才能安装贝雷桁架。
4、贝雷片安放平稳后及时采用钢管扣件进行临时固定稳定，待上层贝雷架 安装完毕后，及时用10#槽钢固定，确保整个架体稳定。 5.2.9楼层结构混凝土浇捣：
1、浇捣顺序：楼层柱→中间平板结构→南北方向短向悬挑结构→东西长方向悬挑结构
2、楼层柱应提前在梁板钢筋绑扎前浇捣（一般提前5天左右），浇捣完后及时用钢管扣件与支模架连接（架体抱柱），以加强支模系统的整体稳定性。
3、混凝土浇捣顺序应遵循先中间后四周的原则。
4、混凝土浇捣过程应加强对支模系统的监测，及时了解支模系统受荷的动态情况，并对悬挑端桁架在受荷前后的下挠度数据进行比较。
5、浇捣过程应注意控制楼层上施工人员不要过于集中，混凝土堆积厚度不能大于200mm，控制小面积范围内振捣机械的数量和振捣时间。
5.2.10贝雷架拆除:
5.2.10.1施工平台拆除顺序：上部结构支模架→悬挑层钢管支模架→钢管、模板清理→贝雷架拆除→清理。
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拆除施工控制要点：
1、贝雷架施工平台拆除前提条件：一是必须混凝土强度达到设计强度100%以后，二是上部施工荷载已经全部卸除，特别是悬挑端部。
2、贝雷架拆除时必须遵守先搭后拆，后搭先拆的逆顺序原则进行拆除。 3、严格按照安全生产管理要求操作，合理使用安全带、安全帽、安全网等安全防护用品，在确保作业面和作业人安全的前提下施工。
5.2.10.2贝雷片拆除施工流程：拆开中间贝雷片支架及连接插销→使用钢丝绳固定断开贝雷架，以防贝雷架滑移、倾覆→固定牵拉贝雷架的手拉葫芦和千斤顶→由外向内逐个拆除固定贝雷架预埋螺杆→将贝雷架悬挑端完全拖入楼层内→逐片拆除贝雷片并清理干净。
6、材料与设备
6.1所需材料有：钢桁架片、支架、插销、螺栓、钢管、扣件、钢丝绳、槽钢、螺杆、直螺纹钢筋连接套筒、安全网等常用材料。
6.2所需设备有：
安装工具类：撬棍、千斤顶、16磅榔头、扳手、手拉葫芦。 运输类：塔吊、人货梯。
测量计量类：经纬仪、水准仪、长短卷尺、角尺。
加工制作类：钢筋直螺纹机、钢筋切断机、钢筋弯曲机、电焊机、木工圆盘锯、平刨机。
混凝土施工类：平板振动机、插入式振动棒、车载泵、布料机。
7、质量控制
7.1质量标准及质量要求 7.1.1质量控制执行标准
1、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2002）
2、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001） 3、《建筑施工安全安全检查标准》（JBJ59-99）
4、《建筑施工扣件式钢管模板支架技术规程》（DB33/1035-2006） 5、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002） 6、《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）
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7.1.2主控项目
1、所用贝雷桁架、钢管、扣件、螺杆、钢筋等材料材质应符合相应材料规范要求。
2、贝雷架与楼层结构接触面应平整、严实，没有上冒头、刺头的点接触方式。
3、搭设承重平台时，搭设楼层混凝土结构须达到设计强度100%要求，且下层支模架不得拆除，并具有上层荷载的承重能力。
7.1.3一般项目
1、支模架连接固定扣件扭力要求控制在40-60N/M范围内。
2、固定桁架槽钢的预埋螺杆不得有遗漏，拼接时搭接接头应错开布置。 3、贝雷桁架连接销子间隙、插入深度以及支架螺栓拧紧程度应全数检查，不能有没有插到位的插销，间隙大的插销要予以更换。
4、上层楼层结构模板接缝严密、不漏浆，在浇捣混凝土前，木模板应浇水湿润，但模板内不应有积水。
5、现浇楼层结构模板安装允许和检验：
项次 1 2 3 4 5 项目 轴线位置 底模上表面标高 截面尺寸（柱、墙、梁） 相邻板面标高差 表面平整度 允许偏差（mm） 5 +5-5 +4-5 2 5 检验方法 用钢尺检验 水准仪或钢尺检验 钢尺检验 钢尺检验 钢尺检验 表7.1.3—1模板安装质量允许偏差表
8、安全措施
8.1安全控制标准：
1、严格执行《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80—91） 严格执行《塔式起重机安全规程》（GB5144-94）
严格执行国家《安全生产法》、《建筑施工安全检查标准》及有关部门地 区颁发的安全规程，坚持“预防为主，安全第一”的方针。 8.2具体措施：
8.2.1编制有针对性的安全专项施工方案，施工前对具体施工班组全体施工人员进行安全技术交底，施工过程严格按照施工方案的有关措施实施。
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8.2.2成立安全领导小组，负责整个工程的安全管理工作，并接受有关部门的领导和监管。加强全体施工人员的安全意识教育，各工种均设安全员，做到安全工作时时处处有人管。
8.2.3由于搭设平台在高空施工，在没有搭好封闭安全维护前，在施工操作面的下面划出警戒区，拉好警戒线并派专人负责警戒。每搭设好一个部位要及时做好全封闭的安全维护。
8.2.4做好抗台风、防雷击措施。每施工完一个片区要及时予以加固，并接好防雷击的接地网，遇大风雷雨天气，易飘移材料如脚手片、木板等要绑扎好，施工人员要及时撤离。
8.2.5施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规定执行。
8.2.6提前检查平台搭设操作人员是否有恐高症、高血压、心脏病等不良病史，禁止有不适于高空操作的人员参与平台搭设施工。
8.2.7正确使用安全“三宝”，高空作业一定要戴好安全帽，系好安全带，并及时拉好安全维护平网、立网。
9、环境保护
9.1贯彻国家及地方有关施工现场环境保护管理规定及标准，建立健全环境 保护管理体系，建立施工现场文明施工及环境保护管理制度。
9.2项目部成立环保组织机构，落实岗位责任制，专人负责检查、协调，制定专项对策、措施。开展对职工文明施工、环境保护知识识教育和培训，提高职工的环境保护意识。
9.3采取有效措施控制施工现场的粉尘、废气、废弃物、噪声、光源等对环境的污染和危害，保证职工身心健康，不扰民，不影响周围单位的正常工作和居民的日常生活。
9.4在建筑工程物资采购过程中，选用绿色、环保、节能产品，对进场主要生产物资，包括：原材料、成品、半成品、构配件、器具设备等进行有害物含量检测，符合标准的物资方可使用。
9.5具体环保措施：
1、在大门口处设立洗车槽，配备洗车设备，进出施工现场的所有车辆车轮
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需经过冲洗后才能开出工地。
2、工地环形施工便道每天定时安排人员进行清扫，保证混凝土施工便道不能有积水、污泥等影响环境卫生的废料。
3、每天定时安排人员对生活区的生活垃圾按可回收和不可回收进行分类清理，不可回收垃圾及时与垃圾填埋场联系，予以填埋处理。
4、生活区食堂、卫生间按标准要求建造隔油池、化粪池，生活污水、废水经过处理后才能就近排入市政管网。
5、采用商品混凝土施工，减少现场因混凝土搅拌产生的噪音、粉尘及废水对环境的污染。
6、因整个工程占地面积大，各种设施、设备、材料、构配件须按施工总平面布置图规定位置合理堆放，符合现场管理要求。
10、效益分析
本工法首次在中国科技五金城会展中心工程塔楼显示屏成功应用，施工过程 的安全性、施工效率及施工质量有了显著提高，取得了良好的经济效益和社会效益。
10.1经济效益：
1、与普通钢管脚手架对比各项费用对比按下表：
方案内容 租赁费 人工费 合计 贝雷桁架 15.3万 12.5万 27.8万 钢管扣件落地脚手架 26.7万 24.2万 50.9万 价差 11.4万 11.7万 23.1万 表10.1—1效益对照表
2、搭设工期大大缩短，既节约了租赁费，也为整个工程施工工期赢得了宝贵的时间。
3、超低损耗，除特殊构造要求有部分预埋外，其余均为租赁配件，无需另外加工制作，没有损耗浪费情况。
10.2社会效益
崭新工法的应用，不仅取得了很好的经济效益，受到业主和社会的好评，也为企业和同行在今后类似工程提供了宝贵的借鉴经验。
应用实例
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永康五金城办证楼钢桁架悬挑支模
架，采取四周悬挑，跨度为6.0米，高度为50.47米。
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