高空悬挑支模钢平台的设计与施工技术

高空悬挑支模钢平台的设计与施工技术
摘要：高空大跨度悬挑结构的荷载大、施工技术复杂、安全风险高，采用7
字型支撑结构设置高空悬挑支模支承钢平台，支承上部悬挑结构模板体系，运用
有限元分析软件等优化悬挑钢平台设计方案，严格控制施工过程，悬挑结构施工
效果良好。

关键词：临时悬挑钢平台；MIDAS有限元分析；高空悬挑结构；7字型钢构
件
引言
随着社会经济的高速发展、建筑技术的不断进步，上部带悬挑的高层建筑具
有外立面丰富多彩、建筑造型新颖等特点，在城市建设中越来越多的被设计师采用，但同时给建筑施工带来巨大挑战。

一般高度小于36米可采用满堂支模架的
形式施工，但高度大于36米及以上时，高空大悬挑结构可采用7字型钢构件锚
固于下部结构，外加上部结构悬挑形成高空悬挑支模钢平台。

1工程概况
本商业综合体项目位于重庆市解放碑CBD，为框架筒体结构，高297.5米，
项目异性悬挑结构较多且造型奇特，在12层结构平面图T6-9轴~TE-2TG轴区域，13层结构边缘线条相较于12层结构悬挑出最长5.8米，为弧形结构且临空高度
为65.7米，为保障13F主体结构施工，需在架体投影位置搭设临时悬挑钢平台
并在其上搭设支模架体。

2钢平台方案确定
根据12、13层结构平面图叠图，13层在12层结构边缘的基础上结构悬挑面
积约为75平方米，悬挑梁最长为5.8米。

考虑到高空搭设支模架、绑扎钢筋、
浇筑混凝土作业安全，在钢平台设计时，在13层结构投影基础上增加1.2米双
排落地防护架的空间。

考虑到施工便利、安全经济，本项目将钢平台设计成7字
型，在斜撑上加设一道联梁，采用Q345钢梁、钢板、焊接采用E40进行施工，
选取具有丰富施工经验的劳务进行施工。

图2-1 高空悬挑支模钢平台BIM模型图
2.1荷载计算
钢平台恒载取悬挑钢平台自重，采用Q345钢材，其重量取为78.5kN/m3，活
载根据品铭软件及探索者计算出外架及模板支架反力设计值，为方便MIDAS建模
计算，模板支架每根立柱节点荷载取为16kN，外架每根立柱节点荷载取为13kN。

根据建筑结构可靠性设计统一标准，荷载的基本组合为：1.3恒载标准值+1.5活
载标准值；标准组合为：1.0恒载标准值+1.0活载标准值。

2.2有限元分析
2.2.1悬挑钢平台反力
根据MIDAS GEN计算结果，悬挑钢梁最大反力为Fz=120.6kN（压力）、
Fx=510.9kN、Fy=336.8kN；斜撑最大反力为Fz=602.5kN（压力）、Fx=623.1kN、Fy=335.5kN、My=80kN·m、Mx=47.4kN·m。

2.2.2钢构件强度有分析
根据MIDAS GEN计算结果（图2-2），悬挑钢平台最大应力值为209MPa，小
于强度设计值295MPa，因此悬挑钢平台强度满足要求。

图2-2 悬挑钢平台构件应力云图
2.2.3悬挑钢平台刚度分析
根据MIDAS GEN计算结果（图2-3），悬挑钢平台竖向变形最大值为25mm。

根据《悬挑式脚手架安全技术规程》（DG/TJ08-2002-2006）第3.3.6条，型钢支撑架受弯构件容许挠度[ν]为L/400=12000/400=30mm，因此悬挑钢平台变形满足要求。

图2-3 悬挑钢平台构件变形云图
2.2.4悬挑钢平台稳定性分析
根据悬挑钢平台设计图纸，采用MIDAS GEN建立数值分析模型。

其中悬挑钢平台所有梁构件采用梁单元模拟，钢板采用板单元进行模拟。

斜撑与埋件、悬挑钢梁采用焊接，边界条件取为固结；悬挑钢梁翼缘与埋件进行焊接，边界条件采用铰接模拟；连梁（除悬挑位置）与悬挑钢梁和斜撑为铰接。

根据MIDAS GEN计算结果可知（图2-4），悬挑钢平台最大应力比为0.6<1，因此悬挑钢平台构件稳定性满足要求。

图2-4 悬挑钢平台构件应力比云图
2.3预埋件及节点设计
根据MIDAS软件计算出的最不利荷载情况，悬挑主梁、斜撑边界条件均采用
固结连接，其中悬挑主梁埋件分为U型受拉构造埋件、埋板受压埋件，斜撑采用
埋板埋件。

对埋板预埋件进行设计时，根据MIDAS计算出的支座反力，在探索者
软件中输入计算条件，弯矩、剪力值，直锚筋层数、列数，锚板厚度、锚板高度，锚筋直径、级别、混凝土强度等参数后，反复验算锚筋截面面积，焊缝强度，计
算出锚筋长度，再结合锚板埋件构造要求，可得到埋板设计，同时在悬挑主梁远
端处设置U型拉环。

图2-5 埋件大样图
2.4钢构件截面计算
根据有限元分析选定的钢材截面类型，从施工便利、安全经济、技术可行考虑，悬挑钢平台构件采用钢材Q345，其中悬挑钢梁和斜撑截面尺寸为
350mm×350mm×12mm×19mm，连梁和斜撑拉结梁截面尺寸为
175mm×175mm×7.5mm×11mm，钢板厚度为5mm；连梁沿悬挑钢梁轴线方向每隔900布置一道，斜撑拉结梁距斜撑固结节点三分之一处布置一道。

3施工工艺
3.1工艺流程
施工准备（熟悉图纸，并对作业人员进行安全、技术交底）→测量放线→埋件预埋→悬挑梁与斜撑梁拼装→吊装7字梁→7字梁加固→吊装次梁→吊装斜撑拉梁→吊装花纹板。

3.2安装方法
测量定位后将预U型埋件及埋板埋入11层、12层梁板相应位置，待混凝土强度达到50%后，进行临时悬挑钢平台吊装。

安装时先将钢梁及斜支撑在地面焊接成7字型构建，用塔吊将组合后的每榀7字型钢构件以此吊至预埋件位置进行安装。

钢梁及斜撑支座焊接固定完毕后，进行整体加固连接，具体施工步骤为:钢材下料→钢梁及斜撑焊接成7字型钢构件→吊至预埋件位置进行连接→组合钢构件与主体结构固定→9榀7字钢构件斜撑之间设置联梁→悬挑主梁上铺设次梁→铺设花纹钢板。

3.3安装操作要点
水平梁与斜撑梁在地面进行拼装，拼装成9榀7字型钢梁，后进行吊装，本项目钢梁的尺寸、重量均在塔吊的吊运能力范围内，可直接现场吊运安装；吊装过程中塔吊吊运、倒链索具的选用、吊耳的设置必须通过严格计算；节点焊接必须保证焊接质量，焊接完成后请第三方焊缝探伤并出具报告方可投入使用。

3.4钢平台变形监测
悬挑钢平台使用过程中的变形监测是施工安全控制节点，在浇筑13层悬挑结构混凝土时，测量员每半小时监测一次变形。

变形监测出现异常情况时，立即停止上部施工作业，分析原因，采取措施保证钢平台施工安全。

本项目钢平台施工全过程变形监测结果正常，最大变形量满足施工要求。

结束语
通过MIDASGEN有限元模型的优化计算，反复的方案论证，以及施工过程的
严格质量验收管理，本项目采用的H型钢7字型支撑搭设的高空悬挑结构支模钢
平台施工效果良好，达到了预期悬挑结构施工目标。

相比采用大截面窄翼缘H型
钢纯悬挑钢平台及三角形钢桁架外加吊杆钢平台设置方案，本方案施工方便快捷、施工成本低、安全系数高。

可供类似工程施工参考的主要经验有:
(1)本钢平台水平悬挑主梁采用两种锚固方式：端部远端采用U型锚环受拉
铰接、端部近端采用预埋锚板焊接，且埋件尽量埋入梁内，在板处预埋埋件时，
需对预埋件50CM范围内，楼板钢筋加密。

（2）7字型斜撑两端采用焊接连接，施工受力及变形均满足设计要求；
(3)斜撑与悬挑主梁在地面焊接成7字型钢构件，整体吊装与主体结构连接，减少高空悬挑焊接作业。

（4）悬挑钢平台应严格按规范设计，形成方案、图纸再施工，施工及使用
过程中应做好安全防护工作，并加强平台安全检查及监测，严禁超载及其他违规
作业，并做好应急预案。

参考文献
[1]程显风.高空悬挑结构模板支架设计与施工控制[D].浙江工业大学,2011.
[2]彭林海,徐麟,张文华,彭丽红,李盛勇,周定.某超高层多重高空悬挑结构
选型及设计[J].建筑结构,2020,5004:68-72.
[3]王兵,王思源,郑娟.高空悬挑结构三角支撑钢平台设计及施工技术[J].扬
州职业大学学报,2018,2201:35-38.
[4]熊士斌,付成刚,彭丁星,齐晓建.金立大厦高空悬挑结构施工技术[J].施
工技术,2016,45S2:738-741.。