高空悬挑结构支撑体系的研究与应用(DOC)

高空简支梁结构支撑体系的研究与应用

中建三局一公司贵阳分公司省委办公业务大楼64m高支模

一、工程概况

贵州省委办公业务大楼建设地点位于贵州省省委大院内，总建筑面积5.5万平方米，其中地面以上约4.5万平方米，地下室约1万平方米。主楼17层，裙房4层，地下2层。楼高76.4米，长104米，宽48.8米。地下-2层为人防地下室，平时为地下停车场，地下-1层为停车场。

本工程为综合性办公业务大楼，裙楼层高4.5m，主楼层高4.2m，柱距为8m，梁的跨度大，门厅高度达到14m。结构相对复杂。

本工程在1~3/J~L及25~27/J~L轴处（大楼东西面）64.75m（十六层）标高处设计有一转换层，转换层梁板正下方1~15层均无楼板，净空高度达到64.8m。

64m高空简支梁混凝土结构截面大、跨度大，安全施工面临严峻考验，质量要求严格，工期紧迫，本工程64m高空简支梁施工贵阳市尚无此先例。

传统满堂脚手架使用存在以下问题：

1、钢管、扣件均需人工搭设、拆除，不仅增加投资，而且严重影响工期；

2、64米高钢管自身重量达450KG，钢管脚手架承载能力几乎为零，需设置双钢管立杆，且立杆密度加至@500，，脚手架钢管、扣件使用较多，仅高支撑模板一项将需投入钢管300吨，扣件6万个，人工、运输、租赁费用等极其昂贵；

3、由于立杆、水平杆密度大，人无法操作、检查；构造要求的水平、垂直方向剪刀撑也无法搭设，架体垂直度无法控制，容易失稳，安全隐患较多；

4、由于此处结构施工完后还需进行装修吊顶施工，同样需要脚手架操作平台，如结构施工完后不拆除，则钢管闲置时间过长，如在结构施工完后拆除，则在装修吊顶施工时又需要再行搭设64米高脚手架。

5、依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）6.4.4”对高度24米以上的双排脚手架，必须采用刚性连墙件与建筑物可靠连接。”(强制性条文)，但施工现场无法按规范6.1.1条款中“二步三跨或三步三跨“的规定设置连墙件。

由此可见，传统钢管脚手架无法满足要求，项目部需创建新型的支撑体系来替代。二、课题目标

（一）目标

贵州省委办公业务大楼64米高空简支梁结构支撑系统稳定、安全。

（二）目标值

1、施工加荷过程中竖向构件侧向变形控制在10mm以内；

2、支撑系统刚度满足要求，砼浇筑过程中沉降控制在5mm以内；

（三）目标可行性论证

1、有利条件

1）任何支撑体系均为型钢作构件组成有限元的结构体系，即可通过钢结构等专用软件实现结构的应力、应变模拟试验；

2）本工程高支撑体系方案的研究得到公司总部技术顾问的支持；

2、不利条件

1）、工程量大，工期紧迫；

2）安全隐患多；

综合以上情况，经过客观分析，项目认为目标完全能够实现。

三、提出方案，确定最佳方案

(一)方案的提出

在开工之初，围绕课题，项目成员通过“头脑风暴法”集思广益对其高空支撑模板方案进行讨论，按支撑结构形式归纳提出四种方案及其立面图如下：

1、格构式钢柱支撑体系

2、钢桁架梁支撑体系

3、上部斜拉工字钢支撑体系

4、下部斜撑工字钢支撑体系

(二)方案的分析、评估与选定

1、方案一的分析论证

采用工字钢梁和格构式钢柱的支撑平台与钢管排架相结合的办法。具体施工方案是在±0.00结构上浇筑混凝土基础，竖钢结构的型钢格构柱，于柱顶上沿纵向架设工字钢梁，工字钢梁两端附着在主题结构的60.6m楼面上，再在工字钢平台上搭设支撑64.75m层的满堂钢管脚手架支撑系统，来解决64.75m的高支模体系。

由格构柱、工字钢梁构成平台直接支撑脚手架体系，荷载通过钢管排架传递给工字钢梁和格构钢柱，再传给基础。但由于格构钢柱高度达到60米，中部需增加附墙杆，且附墙杆过长。格构钢柱基础落在地下室顶板上，需对地下室顶板进行回顶，格构钢柱达到60米，用钢量大，施工周期长，施工复杂，费用高。

该方案具有：1）安全可靠，万无一失；

2）传力明确，受力合理；

3）施工周期长，施工复杂；

4）用钢量大，费用高；

经研究分析对比，该支撑体系安全性高，但施工周期长，施工复杂，费用太高不经济。通过项目的讨论，认为此方案不可行。

2、方案二的分析论证

采用钢桁架梁和工字钢梁的支撑平台与钢管满堂架相结合的办法。具体施工方案是在60.6m楼面上安装钢桁架梁，桁架梁两端固定在60.6m楼面上，在桁架梁上铺设工字钢，再在工字钢平台上搭设满堂钢管脚手架支撑系统，来解决64.75m的高支模体系。

由钢桁架梁、工字钢构成平台直接支撑脚手架体系，荷载通过钢管脚手架传递给工字钢和钢桁架梁，再传给60.6m楼层结构。桁架梁的吊装需要依靠塔吊，但塔吊不能覆盖高支模范围。

该方案具有：1）安全性高；

2）桁架梁的吊装困难，桁架梁位于塔吊吊运范围之外；

3）费用较高。

经研究分析对比，该支撑体系安全性高，但桁架梁的安装难度大，费用相对较高不够经济，通过项目的讨论，认为此方案不可行。

3、方案三的分析论证

采用工字钢梁和上部斜向钢拉索共同承载。具体施工方案是在56.4m楼面上安装工字钢梁，上部采用四道钢索斜拉，钢索固定在60.6m楼层框架柱上。再在工字钢梁上搭设钢管满堂脚手架支撑系统，来解决64.75m的高支模体系。

由工字钢梁和上部斜拉钢索组成的平台直接支撑脚手架体系，荷载通过钢管脚手架传递给工字钢梁和钢索，再传给楼层结构及框架柱。但钢平台必须安装在56.4m楼面上，上部搭设的钢管脚手架高度达到8.4米，脚手架本身存在安全隐患，钢索固定在60.6m楼层框架柱上，须等60.6m层混凝土强度达到设计强度后，钢索才能受力，工期无法保证，钢索的张拉不便检查，四根钢索的张拉不能保证一致，安全隐患比较多。

该方案具有：1）安全隐患多；

2）须待60.6m层结构框架柱砼达到设计强度，才能承载；

3）钢索张拉不便检查，钢索之间的张拉不能保证完全一致，受力不均应。

经研究分析对比，该支撑体系安全隐患多，需等待60.6m层结构框架柱砼达到设计强度后才能承载，钢索张拉不便控制，钢索受力不均匀，施工周期长。通过项目的讨论，认为此方案不可行。

4、方案四的分析论证

采用工字钢梁和下部斜撑组成的平台直接支撑脚手架体系，具体施工方案是在60.6m楼层上安装工字钢梁，下部采用工字钢斜撑，工字钢与预埋在结构内的钢板焊接固定，再在工字钢平台上搭设钢管脚手架支撑系统，来解决64.75m的高支模体系。

由工字钢梁和下部斜撑工字钢组成的平台直接支撑脚手架体系，荷载通过钢管脚手架传递给工字钢梁和斜撑工字钢，再传给楼层结构。工字钢平台安装较简易，受力明确，安全可靠，拆卸方便。

该方案具有：1）安全可靠；

2）工字钢平台安装简易，工字钢轻巧；

3）平台拆卸方便，工字钢可回收利用，经济性好。

经研究分析对比，该支撑体系安全性高，安装简易，费用低，经济性好。通过项目的讨论，认为此方案可行。