长跨度悬挑消防连廊模板支撑方案优化设计
[摘要] 悬挑消防连廊在高层建筑设计中很普遍,特殊的消防通道给施工带来了很大的难度,模板支撑方案合理与否直接影响到施工安全、工期、成本乃至工程质量,基于上述考虑,×××高层住宅楼选用荷载传递法支模方案完成了在十层的长跨度悬挑消防连廊模板支撑设计，并顺利施工。该方案节约了支撑材料数量，在降低了施工费用的同时又保证了安全质量。
[关键词]高层住宅楼；悬挑消防连廊；支撑系统
[abstract] overhung fire in corridor in designing high-rise buildings are very common, special fire channels to bring much difficulty construction, templates support project reasonable or not, affects the construction safety, time, cost and engineering quality, based on the above consideration, XXX high-rise residential building selection method of load transfer mode branch plan completed in ten layers of long span overhung fire corridor templates support design, and the smooth construction. The scheme to save the support material quantity, in lower the construction cost, at the same time, ensure the safety and quality.
[keywords] high-rise residential houses; Overhung fire corridor; Support system 一、 工程概况
该工程建筑面积为30125㎡，地下1层，地上18层，短肢框架剪力墙结构，在十层有一悬挑消防连廊，连廊标高为+27.47 m，消防连廊距十层顶板的高度为-1.48m。因此, 选择合理的模板支撑方案是该悬挑消防连廊结构施工的关键。
图一一至九层主体结构示意图图二消防连廊部位图
二、模板支撑方案选择
该消防连廊施工方案可供选择的主要有落地满堂脚手架支撑方案、槽钢悬挑方案和荷载传递法方案，三种方案的原理、安全、受力及经济比较情况如下：
表—1
类别
方案 支撑原理 安全方面 受力方面 经济方面
落地满堂脚手架支撑方案 利用脚手架满堂支撑 搭设太高，不安全 地下室顶板承载力不能满足要求 支撑钢管用量太多，不经济
槽钢悬挑
方案 利用九层已浇筑砼形成的强度来承担悬挑自重及施工荷载 悬挑太长，不安全 槽钢抗弯、抗剪不能满足要求 悬挑槽钢用量太多，
不经济
荷载传递法
方案 利用九层及以下楼层结构已形成的强度来分担自重及施工荷载 安全 槽钢抗弯、抗剪、刚度满足要求 支撑材料用量较少，经济
综上比较我们得出最优方案：宜采用荷载传递法较为安全、经济。
三、编制依据 1、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001； 2、《现行建筑材料规范大全》中国建筑工业出版社； 3、《钢结构基本原理》第二版中国建筑工业出版社； 4、《建筑结构静力计算手册》第二版 中国建筑工业出版社； 5、《PKPM》软件2005版本。
四、材料选用及质量要求
1、悬挑梁：22#槽钢 必须符合国家标准，不得锈蚀，不得有刻痕损伤；
2、简支梁：22#槽钢 必须符合国家标准，不得锈蚀，不得有刻痕损伤；
3、预埋拉环：φ20圆钢 外观无颗粒状或片状老锈，无刻痕损伤；
4、架体构件：φ48×3.5㎜钢管 符合国标要求，无锈蚀、弯折，无孔眼、刻痕或损伤；
5、扣件：可锻铸铁制作的扣件（十字扣件，旋转扣件，对接扣件）
6、连墙件：φ48×3.5㎜钢管
7、架体外侧防护：密目安全网，不得采用防尘网代替。
五、基本要求
简支槽钢、悬挑槽钢、立杆、小横杆、大横杆是主要受力杆件，剪刀撑、扫地杆是保证整体刚度和稳定的杆件，有加强抵抗垂直和水平力作用的能力，扣件是整体的连接件和传力件。
六、荷载传递情况和具体方案
1、荷载传递：连廊结构荷载（含模板）→立杆→悬挑梁槽钢→简支梁槽钢
该方案中采用的简支梁槽钢是施工用临时结构，它主要承受施工过程中的各种垂直和水平荷载，包括施工材料、施工人员、风荷载等，因此必须有足够的承载能力，刚度和稳定性。在架体结构设计容许的条件下，必须满足避免出现不变形、倾斜、摇晃或扭曲现象的情况，以确保安全。
2、方案设计：该顶板支撑系统设计采用扣件式钢管脚手架搭设。钢管选用外径φ48，壁厚3.5mm的钢管，立杆间距1200×400mm，立杆总高度为1200 mm，横杆步距600mm，纵、横方向每2000mm设置一道剪刀撑，距底面300mm设置纵横向扫地杆；板底模板选用优质18mm厚胶合板， 立杆的底座由悬挑槽钢支撑，悬挑槽钢一端固定在九层砼楼板上，一端由简支槽钢支撑，简支槽钢的两端固定在九层剪力墙中。具体布置图如下。
图三 槽钢平面布置示意图
七、搭设要求
1、悬挑梁选取22#槽钢，长度为9000mm，间距按1200m布置。其中悬挑梁锚固端长度为3000mm。悬挑梁锚固端固定在第九层钢筋混凝土楼板上，每根槽钢与楼板的固定采用3个间距为600mm直径φ20圆钢拉环，根据楼板厚度制作高出楼板面270 mm—300 mm的圆钢拉环预埋在楼板钢筋网中，圆钢拉环底部与楼板下层钢筋连接牢固，并在拉环的两边分别加两根φ12长度为2000mm的钢筋压住拉环。
图四 1—1剖面图
图五 悬挑梁与楼板固定拉环节点图
2、悬挑槽钢锚固端固定时，将槽钢套入预埋钢筋拉环内，调整槽钢平整度，
用φ20钢筋将槽钢与拉环焊接固定，并采用木楔子全面加固。
3、悬挑梁最端部采用12#槽钢垂直与悬挑槽钢一字型铺设，并将与各悬挑槽钢焊接牢固，有效约束悬挑端部的自由度。
4、支撑模板立杆底座采用长度为50mm直径φ25的钢筋头焊接在悬挑槽钢上，搭设架体时将立杆套入，有效防止立杆移动，然后加扫地杆，支撑模板的钢管脚手架稳定性受到有效控制。
5、剪刀撑斜杆与水平面的倾角在45°~60°之间。剪刀撑应随立杆，纵向和横向水平杆等同步搭设。斜杆用旋转扣件与立杆或横向水平杆扣牢。
6、纵横向水平杆用直角扣件扣在立柱上，伸出内外立杆应不少于100mm，纵向水平杆应安置在横向水平杆上面，靠内外立杆的纵向横杆在立杆内侧用直角扣件与立杆固定，中间的纵向横杆与小横杆固定，间距不大于400mm。
7、扣件采用可锻铸铁制成，规格必须与钢管外经相同，扣件螺栓拧紧扭力距不应小于40N•M，且不应小于65N•M，在主节点处固定大、小横杆剪力撑等用的各种扣件的中心点的相互距离不应大于150㎜，各杆件端头伸出扣件盖板边缘距离不应小于100㎜。
8、简支梁采取两根槽钢叠合布置，叠合槽钢需焊接成整体，两简支端分别伸入剪力墙内，与剪力墙的搭接长度为400mm，并提前做好预埋，与剪力墙混凝土一并浇筑成型，确保叠合槽钢两简支端稳定。必须控制好叠合槽钢上表面标高比第九层混凝土楼板高30mm。
9、叠合槽钢的两简支端见3—3剖面图，东西方向纵向钢筋不变，箍筋改用二级钢φ12间距为100mm。
图六 2—2剖面图图七 3—3剖面图 10、叠合槽钢两简支端的固定在南北方向剪力墙内设暗梁，将叠合槽钢的底面与暗梁的上部钢筋焊接，确保牢固。具体布置如下图：
图八 4—4剖面图
图九暗梁的长度与截面尺寸
11、悬挑槽钢与简支梁叠合槽钢搭接部位必须焊接牢固，避免因上部承载力不均匀导致悬挑槽钢滑移而整体失稳。
八、 安全质量保证措施
1、该方案施工前要求项目技术人员全面掌握施工图纸，组织技术人员及相关劳务班组全面理解施工方案，对劳务班组组织学习及做好相关技术交底。
2、搭拆架体必须经安全教育，持特殊工程操作证的架子工承担，患有高血压、心脏病者不得上架体操作。
3、搭拆架体时，工人必须戴好安全帽，系好安全带，工具及零配件要装在工具袋内，穿防滑鞋工作，袖口、裤口要扎紧。
4、现场带电线路如无可靠的安全措施，不准通过架体，非电工不准擅自拉接电线和电器装置。
5、严禁在架体上堆放模板、钢筋、木材等施工多余的材料，以确保架体畅通及防止超载。
6、运脚手片、钢管等时必须用专用保险钩，否则严禁起吊，并要堆放平整，并严格控制架体上的荷载。
7、在搭拆作业时，注意力要集中，严禁开玩笑，严禁酒后上班作业。
8、置适当的灭火器，做好防火措施。
9、由架子班长单小时负责日常检查，维修，保养工作，确保施工安全。
10、严格执行架体检查验收制度，经项目部验收合格后，方可使用。
11、设置纵横向扫地杆及剪刀撑，剪刀撑每2m设置一道，与立杆有可靠的连接；
12 、模板搭设完成后应及时检查验收，特别对扣件安装质量采用测力扳手进行检查。如果扣件失效，会使立杆计算长度和长细比增大，导致立杆的承载力降低；
13、施工过程中，混凝土及其他设备堆放应符合施工方案规定要求，严禁超载，尽量使支撑系统受力均衡。单根立杆的承载力较小，不能承受过大的集中荷载，以防止由于因局部构件失稳而导致整体结构失稳。
14、雨雪、四级及以上大风、大雾等恶劣天气应停止作业。
15、该项作业极为危险，禁止夜间作业。
16、现场质检员、安全员必须全过程旁站监督、检查、指导。
17、现场坠物半径内禁止通行，必须设置警戒线。
九、主要材料需用量
表—2
十、荷载计算及支撑系统验算
1、计算单元
由于槽钢按1.2m等距布置，故取其中一根槽钢受力进行计算，计算单元宽度为1.2m，长度为2m。每根槽钢受荷载面积如图中阴影线所示，计算单元内的荷载则通过支架传给悬挑梁槽钢，再以集中力的形式传给简支梁，作用于各节点上。见下图：
图十 计算单元受荷面积
（1） 钢筋混凝土自重：新浇筑混凝土的自重标准值为24kN/m3，
即：24kN/m3×1.2×2×0.1＝5.76kN
（2）钢筋自重：根据设计图纸确定，一般梁板结构每立方米混凝土结构的钢筋自重标准值：楼板 1.1 kN ，梁 1.5 kN 。为安全起见，本工程取1.2 kN。 即：1.2×1.2×2×0.1＝0.288kN
（3）模板自重：本工程采用木模板，根据规范规定，楼板模板及支架自重在高度低于4m以下木模板0.75kN/m2。
即：0.75×1.2×2＝1.8kN
（4）施工荷载：2.5×1.2×2=6kN
（5）振动倾倒混凝土产生的荷载：2.0×1.2×2=4.8 kN
2、内力组合计算：
（1）悬挑梁：
进行内力组合时，考虑恒荷载起控制作用，活荷载比较大，故最终荷载组合时考虑以下几种组合方式：
① ② ③
在组合时，梁的弯矩以梁下部受拉为正，上部受拉为负；梁的剪力以使梁产生顺时针转动为正，反之为负。本方案由于是临时施工，故不考虑风荷载，按 进行内力组合。
荷载标准值为：F=（5.76+0.288+1.8）+（6+4.8）=18.6kN
荷载设计值为：F=1.2×（5.76+0.288+1.8）+1.4×（6+4.8）=24.5kN
图十一悬挑梁弯矩图 即
根据《现行建筑材料规范大全》查阅截面系数 ，22#槽钢截面系数 值为234cm3>199 cm3。
挠度验算：
(挠度满足要求)
故选取槽钢型号为22#。根据悬挑长度以及与楼板面拉环连接长度结合市场槽钢规格选取9m长为宜。
（2）简支梁：
悬挑梁所承受的上部荷载绝大部分的力传受给简支梁，悬挑梁与楼板拉环固定端承受一部分力。为安全考虑，在计算受力时由悬挑梁所承受的荷载全部传受给简支梁。
图十二 简支梁受力图
①根据《建筑结构静力计算手册》得简支梁4个等距离集中荷载时的弯矩为：
图十三 简支梁弯矩图 即
根据《现行建筑材料规范大全》查阅截面系数 ，30b#槽钢截面系数 值为433cm3>430.24 cm3。由于市场销售30b#槽钢较少，考虑绝对安全起见，改用22#槽钢两根叠放布置。根据简支长度结合市场槽钢规格选取6m长为宜。
②挠度验算：
(挠度满足要求)
3、悬挑梁锚固端与楼板连接计算：
悬挑梁与楼板压点采用φ20钢筋拉环强度计算
根据力的平衡进行计算得到拉环受力R=F 即
其中 为拉环钢筋的抗拉强度， 为拉环的截面面积，每个拉环按两个截面进行计算。
本方案在悬挑梁锚固端与楼板处采取φ20钢筋设置三个拉环连接，确保拉环强度。悬挑钢梁与楼板压点的拉环压在楼板的下层钢筋下面。两侧搭接长度为50cm。
4、 钢管及扣件抗滑能力验算：
钢管特性截面承载力〔N〕＝27.5kN。每根钢管承受的轴向荷载为：N＝24.5×1.2×0.4＝11.76kN<〔N〕＝27.5kN，满足要求。
在每根立杆最上部受力横杆采用双扣件联接，则：
N＝11.76kN<2〔τ〕＝2×7＝14kN，采用双扣件满足扣件抗滑要求。
5、 钢管稳定性验算：
钢管截面尺寸：ф48×3.5mm，截面面积A＝4mm2、回转半径：ⅰ＝15.78mm；考虑不利因素，立杆的计算长度系数μ取1.5，长度l取1200mm，则立杆的长细比λ＝μl/i＝1.5×1200/15.78＝114
由λ值查得构件的稳定系数Ψ＝0.45
N/ΨA＝11.76×103/0.45×4=53.44N/mm2
验算结果表明钢管立杆的稳定性满足要求。
十一、结束语
选用荷载传递法方案支模应用于长跨度悬挑消防连廊的施工，既节约了支撑材料，降低了施工费用，又保证了安全质量。同时该工程在十三层的外脚手架悬挑也采用该方案，进一步证明该荷载传递法方案的可行性、实用性与广泛性，据此特撰写该方案,为业内同行在类似工程中提供借鉴。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
