在混凝土水平构件施工中, 特别是在超高、悬挑等混凝土结构施工时, 解决好承重支撑体系安全、稳定问题是施工关键。遵义市档案馆工程的屋面悬挑结构施工在常用的外墙悬挑整体三角桁架的基础上, 将整体钢桁架改进成组拼式钢桁架, 通过外墙悬挑形成支撑平台, 在支撑平台上搭设支撑架体, 完成混凝土悬挑结构施工, 使一般的三角桁架应用从整体加工、运输转变成工厂加工杆件、现场拼装的方式, 为悬挑结构施工提供了一种新方法。

遵义市档案馆工程位于遵义市新蒲新区 (见图1) , 工程东西长117.6m, 南北长75.6m, 总建筑面积46 863.83m², 地下1层, 地上6层, 建筑高度34.3m, 屋面上部设有悬挑混凝土结构, 悬挑跨度为4 950mm。

本工程在标高34.300m位置的建筑物四周均设计有屋面构架梁板, 构架梁悬挑出建筑立面以外4 950mm, 悬挑结构为横向长4 950mm的500mm×500mm混凝土矩形构架梁, 每道梁下部设1道300mm×500mm混凝土斜撑结构, 悬挑结构末端为500mm×500mm矩形梁及800mm宽、120mm厚混凝土挑板组成的通长纵向结构。悬挑构架梁纵向间距主要为8 400mm, 部分为12 000, 6 000mm等 (见图2) 。

高层悬挑现浇混凝土结构施工的支撑架体一般采用满堂落地支撑架和悬挑支撑架2种方案。结合现场施工条件及工期安排, 对2种支撑体系进行分析对比, 决定采用设置悬挑钢平台方式完成悬挑结构施工, 即利用三角钢桁架与下层混凝土结构固定形成悬挑工作平台, 在工作平台上搭设满堂支撑架, 进行屋面悬挑构架的混凝土结构施工和装修。

本工程屋面悬挑混凝土构架采用“高空三角钢桁架平台+满堂支撑架”的模板支撑体系。

1) 直线段标准三角桁架设计

屋面外挑檐悬挑跨度为4.95m, 在屋面直线段采用标准三角桁架, 标准三角桁架设计长度5.7m、高度5.16m。悬挑三角桁架设计主构件由[14及100mm×100mm×3mm矩形钢管组成, 节点采用销栓连接。桁架各部件在工厂加工, 运输至现场进行组拼, 组拼后验收合格进行吊装安装。在三角桁架上设置[14纵向分配梁, 每榀桁架设置5道纵向分配梁, 形成工作平台。直线段标准悬挑三角桁架设计如图3所示。

2) 阳角部位三角桁架设计

屋面外挑檐阳角部位最大悬挑跨度为7m, 三角桁架设计长度7.62m、高度4.5m。构造要求与直线段标准三角桁架相同, 如图4所示。

3) 桁架锚固节点设计

在保证安全的基础上, 首先要操作简便、稳定性好;其次锚固点不能影响结构内部砌筑和装修工程。本工程将锚固点设置在结构梁或柱外侧, 每榀三角桁架上、下各设1个锚固支座, 上支座采用M42D26.5爬锥预埋锚固, 下支座采用M20D20爬锥预埋锚固 (见图5) 。

阳角部位三角桁架锚固点特别设计异形转向挂座固定在结构柱上, 实现阳角部位三角桁架转向, 以满足阳角空间可布置三角桁架支撑 (见图6) 。

悬挑三角桁架上支设60盘扣式脚手架作为支撑架。支撑架立杆横向间距900, 1 200mm;纵向间距1 200, 1 500mm;步距1 500mm。扫地杆距离≤550mm;自由端≤650mm。盘扣式支撑架在桁架顶部的纵向分配梁上。为保证架体稳定性, 将悬挑部分支撑架与结构内部非悬挑部分支撑架采用钢管扣件进行拉结, 在有结构柱位置用钢管扣件与结构柱拉结, 拉结间距水平方向每2跨、竖直方向底层及顶层水平杆位置各1道。满堂支撑架设计如图7所示。

预埋位置梁侧模板开孔→预埋件上涂抹黄油再用胶带包裹→模板就位前将预埋件用螺栓提前安装在模板面板上→预埋件端头用胶带封堵, 防止浇筑时注入混凝土→模板就位后须按照图纸检查每个埋件的位置及紧固程度→混凝土浇筑。

1) 标准三角桁架位置上部支撑点采用单个M42D26.5爬锥预埋。下部支撑点采用单个M20D20爬锥预埋。

2) 阳角部位三角桁架上、下部支撑点均采用双埋件M42D26.5爬锥预埋, 转向挂座直接采用2个M42受力螺栓固定在混凝土结构上;在每个转向挂座的外侧再固定1个M42受力螺栓, 阳角三角桁架挂在转向挂座外侧的受力螺栓上, 其做法同标准桁架固定方法。

3) 预埋件两端须用胶带封堵, 防止浇筑时注入混凝土。同时为便于爬锥拆卸, 安装前先在预埋件上涂抹黄油再用胶带包裹。

4) 施工中, 应将梁外侧模板按设计位置开洞, 预埋系统固定在梁外侧模板 (开洞) 上, 预埋件与附加钢筋点焊, 防止浇筑时预埋件位置偏移。

5) 锚固支座相邻上锚固点预埋件中心点标高误差≤5mm, 上、下锚固点预埋中心位置水平方向误差≤10mm, 上、下锚固件间距误差≤10mm。

6) 安装三角桁架时, 预埋件位置的梁混凝土强度需≥15MPa。

1) 本工程悬挑三角桁架设计最突出的特点是工厂加工单根构件, 现场组装成三角桁架, 架体节点采用螺栓连接和销栓连接, 三角桁架与预埋支座采用悬挂方式, 具有运输方便、组装方便、安装方便的特点。

2) 标准三角桁架的主框架采用[14, 内部构造杆件采用100mm×100mm×3mm矩形钢管, 主框架间采用法兰与4M16螺栓连接, 矩形钢管与主构件之间采用20销栓连接。

3) 主承力钢桁架的制作与安装是整个悬挑钢平台的关键所在, 应严格把控。

4) 桁架安装采用塔式起重机吊运至安装位置, 人工配合将三角桁架的悬挂部位挂在上部预埋支座上, 随即将下支座利用紧固件与桁架下端紧固。

5) 阳角部位的三角桁架吊装前, 应先在预埋支座上安装专用转向挂件, 在转向挂件上安装螺栓, 再悬挂阳角部位的桁架。

6) 三角桁架安装好后, 需在三角桁架上部安装纵向分配梁, 根据上部盘扣式脚手架立杆间距共设5道纵向分配梁, 纵向分配梁采用2[14, 与悬挑三角桁架采用双向扣板与螺栓紧固。

1) 支撑架立杆横向间距900, 1 200mm;纵向间距1 200, 1 500mm;步距1 500mm。扫地杆距离≤550mm, 自由端≤650mm。

2) 三角桁架端部采用盘扣架作为防护, 防护高度1 400mm。盘扣架上方防护高度1 700mm。在平台梁上铺50mm厚脚手板作为硬质防护。

3) 在有结构柱位置, 悬挑桁架上架体采用钢管扣件进行抱柱, 扫地杆1道、竖向每间隔1.5m位置1道。

根据理论计算, 共监测6组悬挑三角桁架, 每组悬挑三角桁架选择3个点进行贴片。监测过程中按每30s采集1次数据的频率进行记录, 采样的持续时间依据混凝土的浇筑量及浇筑速度确定。

监测测试采用TST3822EW静态应变测试分析系统, 通过监测数据的收集分析, 进行预警并与理论计算进行比较, 保证混凝土浇筑施工安全。

对悬挑结构混凝土浇筑, 除应符合常规要求外, 应特别注意以下几点。

1) 混凝土浇筑采用汽车泵, 行动方便灵活, 避免使用地泵输送对支撑体系的冲击振动, 减少动荷载, 保证架体安全。

2) 浇筑顺序遵循先柱后梁、先结构内悬挑梁、后结构外悬挑梁的原则进行。

3) 悬挑梁浇筑应从根部均衡向悬挑端推进, 浇筑过程中控制人员和设备数量, 减少施工活荷载。

4) 梁柱混凝土应分层浇筑, 每次浇筑厚度宜≤40cm, 分层振捣, 控制混凝土坍落度为140～160mm, 掌握好混凝土浇筑和振捣间隙, 避免梁端出现翻浆现象。

5) 混凝土浇筑必须安排专职人员进行指挥管理, 严禁无关人员进入施工区域。

6) 混凝土浇筑的设备均应置于非悬挑区域, 最大限度地减小施工中可能产生的荷载。

待悬挑结构混凝土浇筑达到设计强度100%时, 拆除模板体系及上部立杆, 铺设平台板作为外挑檐装修的脚手架使用。利用该脚手架完成屋面挑檐龙骨安装及铝扣板面板安装。屋面外檐装修完成并验收合格后, 拆除脚手架及三角桁架。支撑体系转换为装修操作架过程如图8所示。

悬挑混凝土结构浇筑和装修完成后, 应拆除支撑架体和桁架。盘扣式脚手架及三角桁架拆除遵照“先支的后拆、后支的先拆”的原则。

1) 盘扣式脚手架拆除工艺流程松动可调顶托→次龙骨拆除→主龙骨拆除→模板拆除→斜杆拆除→横杆逐步拆除→立杆拆除。

2) 三角桁架拆除工艺流程钢管剪刀撑拆除→松动分配梁紧固螺栓→分配梁拆除→三角桁架拆除→悬挂螺栓拆除→爬锥拆除。

加工质量标准如表1, 2所示。

1) 进入施工区域的作业人员及管理人员必须戴好安全帽。作业人员必须使用安全带, 安全带应挂在牢固的地方。高空作业人员衣着整齐, 应穿戴防滑鞋, 禁止赤脚或穿拖鞋及硬底、易滑的鞋。

2) 架子工在搭设架子过程中, 必须熟悉和严格遵守安全技术操作规程, 正确佩戴劳动保护用品, 搭设时设专人指挥。

3) 架子搭设完毕后, 经相关部门和人员共同签认后方可投入使用。

1) 拆除前, 全面检查支撑架, 根据检查结果拟定作业计划, 报请批准、技术交底后才能工作。

2) 架体拆除前, 应划分作业区, 周围设警戒线和竖立警戒标志, 地面应设专人指挥, 禁止非作业人员进入。

3) 拆架时要统一指挥, 上下呼应, 动作协调, 当解开与另一人有关的结扣时, 应先通知对方, 以防坠落。

4) 运至地面的材料应按指定地点随拆随运, 分类堆放, 当天拆当天清, 妥善保管。

遵义市档案馆工程屋面周边悬挑跨度4.95m的梁板结构, 通过利用高空三角桁架平台形成支撑体系, 经过现场监测, 主要杆件的应力未超过预警值, 这种支撑体系安全可靠。组拼式三角桁架在工厂加工, 现场拼装, 不占用施工关键工序时间, 悬挂点设在外墙上, 对室内装修不产生影响且拆除方便, 是对整体三角桁架施工方法的改进和创新, 取得了良好的经济和社会效益。