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摘要：本文对某高层建筑屋顶悬空弧形梁模板支撑系统进行了介绍，对钢桁架平台作了内力分析计算，重点阐述了钢桁架平台制作和安装、拆除的施工方法。
关键词：高层建筑，悬空弧形梁，模板，支撑系统，钢桁架，焊接，吊装，模板支撑
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
某工程为１栋30层高层住宅，钢筋混凝土框支剪力墙结构，层高2.8m，屋面板结构顶标高89.37m，总建筑面积19209.65m2。该工程屋面以上南北两侧（梁底标高为93.00m处）各设计有一个悬空弧形构架，其中南侧弧形构架悬空跨度较大，构架平面图如图1所示。17a～21a轴、Fa～Ka轴构架模板及其支撑系统可直接支承于屋面板上，支模高度4.23m（屋面板顶至弧形梁顶）。弧形梁21a×Fa轴～26a×Aa轴部分（外围最大弧长12.75m）距地高度93.90m，其模板及支撑系统在外侧和底部无任何防护结构，安全要求高，施工难度大。为确保该部位弧形构架施工能安全、顺利地进行，综合考虑结构受力、安全可靠、经济成本等各方面因素，需精心设计模板支撑系统。
2 支撑系统的设计与计算
2.1方案设计
由于弧形构架梁的悬空高度达到93.90m，不可能采用一撑到底的满堂支撑系统，经过多种方案比较，最终采用在悬空部位架设钢桁架施工平台，然后借助于施工平台进行上部弧形构架结构施工的方案。此处重点对悬空跨度较大的南侧钢桁架平台进行设计。首先，在屋面层即标高89.37m处架设钢桁架，桁架用I20b工字钢及[10槽钢焊接而成，上下弦杆用I20b，腹杆采用[10双槽钢背对背焊接，腹杆开口沿弦杆长度方向，在加工时认真放样，确保弦杆、腹杆的形心汇交于一点。每侧弧形构架使用2榀桁架。桁架详图见图2。每榀桁架焊接成2个半榀，运至现场拼装。桁架上弦杆与屋面结构预埋件可靠焊接。桁架安装焊接完毕后，垂直于桁架长边方向每747mm铺1根I12.6工字钢搁栅（桁架跨中3个节点各铺1根I16工字钢），工字钢外端出外圆弧1m，内端一直延伸至结构边，穿入已预埋的∩形卡中，加焊Ф20钢筋，工字钢与桁架接触处焊接连接。工字钢搁栅安装完毕后，立即进行工字钢部位的女儿墙结构的施工，再次确保工字钢搁栅不发生失稳。在工字钢搁栅上满扎大眼安全网，而后满铺钢笆片，与工字钢扎牢，再满扎密目式安全网。施工平台安装完毕，搭设满堂钢管支撑作为弧形构架的支撐系统，在工字钢搁栅上的立杆部位焊接50mm高Ф25钢筋内胆。
图2：外侧钢桁架祥图
2.2受力计算
考虑最不利荷载，验算弧形构架梁下的外侧钢桁架。桁架各杆件的内力按铰接分析计算，桁架对称，只计算左侧一半，计算简图如图3，桁架内力计算结果如表1。
图3：桁架受力计算简图
注：★为内力最大的验算值；☆为螺栓连接杆件验算值。
3施工工艺
3.1桁架焊接施工及加载试验
3.1.1焊接
3.1.1.1型钢加工时应根据工艺要求预放焊接余量以及切割、刨边和铣平的加工余量。腹杆端部冼平，焊缝区表面的毛刺、锈、油污清除干净,使钢材表面露出银灰色。施焊前，要复查焊缝区的处理情况，如不符合要求，修整合格后方可施焊。构件上螺栓孔必须预先冲或钻好,不允许现场烧孔，焊条使用前必须按照质量证明书的规定进行烘焙。
3.1.1.2焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，须申报技术负责人查清原因，订出修补措施后才可处理。
3.1.1.3严禁在焊缝区以外的母材上打火引弧，在坡口内起弧的局部面积应熔焊依次，不得留下弧坑。焊件两端应配置引弧板，其材质和坡口形式应与构件相同。焊接完毕用气焊割除并修磨平整，不得用锤击落。
3.1.1.4为了减少焊接变形与应力，采取如下措施：
⑴焊接时尽量使焊缝能自由变形，焊接要从中间向四周对称焊接。
⑵收缩量大的焊缝应先焊接。
3.1.1.5为减少下料误差及确保桁架的顺利安装就位，在下料前至现场实际测量预埋件之间的距离。
3.1.2桁架加载试验
桁架焊接完成后，在基地预拼装进行加载试验。将一对桁架连成空间体系按方案间距每榀两端悬空搁置在角钢支架上（角钢支架采用8×8等边角钢焊接而成，上口焊接10厚钢板，上铺工字钢搁栅，向上累加塔吊标准节(重量990kg/节)和塔吊配重（1.64T/块），慢慢加至方案荷载，静至一天，认真检查焊缝、挠度，试验合格后运至现场拼装。试验方法如下：
⑴试验荷载计算和取值
荷载组合后的标准值q=297.6KN，扣除工字钢搁栅及桁架自重，荷载设计值为297.6-（8+10.1）×1.2=297.6-21.72=276KN。 由于该桁架为临时性结构而且还要在工程中使用，故以荷载设计值为试验值。
⑵加载步骤：
第一步：增加方案设计外力的25%；第二步：增加设计外力的25%；第三步：增加设计外力的25%；第四步：增加设计外力的25%；
共增至设计荷载的100%，施加荷载时要均匀增加，每步之间的间隔时间为1小时。进行一～三步加荷时对桁架进行观察，如果桁架有明显挠度、焊缝破坏等异常情况，应停止加荷，经查明原因后，再进行试验，直至一切正常为止。次日24小时后卸载，记录整理沉降变形结果。卸载分四步，每步卸载设计外力的25%，每步之间的间隔时间为1小时。
⑶挠度观测：
依据《钢结构设计规范》（GB50017-2003），受弯构件的挠度容许值的规定。对于南侧桁架，加载前在下弦杆中心线位置拉一道水平细线，并在跨中划上标志线，加载到位后测量标志线与水平细线之间的距离，即桁架的实际挠度；对于北侧桁架，加载前在下弦杆中心线位置拉一道水平细线，观测方法同南侧桁架。实际挠度与梁跨长的比值限制在1/400（即小于30mm），同时委托材料试验公司试验，在支座上和跨中的下弦底部分别布置百分尺测量荷载变形曲线。桁架焊接完成后必须涂刷防锈漆，焊缝区表面的毛刺、锈、油污清除干净,防锈底漆采用红丹性油性防锈漆涂刷两遍。
3.2钢桁架平台施工
3.2.1预埋件施工
在30层墙柱模板和30屋面梁模板施工时，按方案要求预先在结构的相应位置埋设铁件。预埋件的制作必须严格按照方案的要求进行，在预埋时要仔细定位并用水准仪进行抄平，在混凝土浇筑过程中由专人负责检查，避免移位。在30层～29层21a×Aa，26a×Fa，A1a×3a，B1a×4a梁端下各设置4根顶撑把部分荷载传递到下层结构。
3.2.2桁架安装就位
待30层结构混凝土达到设计强度，进行桁架的安装就位。先将内侧桁架吊装就位并焊接后，再吊装外侧桁架。为防止桁架平面外失稳，增强钢平台的整体稳定性，两榀桁架下弦杆用[8槽钢焊接连接，槽钢成之字型，与下弦杆角度为45°，置于下弦杆上侧。
3.2.3施工平台搭设
桁架安装就位后即进行施工平台的搭设。在垂直于桁架长边方向每个节点上铺1根I12.6（桁架跨中3个节点各铺1根I16工字钢），工字钢外端出外圆弧1m，内端一直延伸至结构边，工字钢与桁架接触处焊接连接。工字钢穿入已预埋的∩形卡中，加焊Ф20钢筋。在工字钢上满扎大眼安全网，而后满铺钢笆片，与工字钢扎牢，再满扎密目式安全网。
3.3模板及支撑系统施工
采用十八厚胶合板模板及钢管排架支撑系统。排架立杆位于工字钢搁栅上，在工字钢上的立杆位置焊接50mm高Ф25钢筋内胆,下设水平扫地杆。排架间距：沿桁架长度方向为747，垂直于桁架长度方向设4排立杆。水平管上设50×100木枋，沿半径布置，外侧间距<400mm。
安装模板前应把模板面清理干净，并刷好脱模剂，脱模剂应涂刷均匀，不得漏刷，并按规格堆放。梁底模板：按设计标高调整支撑的标高，然后安装梁底模板，并拉线找平，主梁跨中梁底处按主梁跨度的千分之三起拱，次梁不起拱。主梁底立杆高度为3.47m，设二道水平拉杆和剪刀撑，并与墙柱顶牢。梁侧模板：根据墨线安装梁侧模板，压脚板等。梁侧模板制作高度应根据梁高及楼板厚度来确定。设一道对拉螺栓。楼面模板铺完后，应核验标高并认真检查顶撑系统是否牢固。模板梁面、板面应清扫干净。
3.4模板支撑系统的拆除
3.4.1模板拆除
(2)应先拆梁侧帮模，再拆除楼板模板，楼板模先拆水平杆，然后模板支撑，每根搁栅留1-2根支撑暂不拆。
(2)操作人员站在已拆除的空隙，拆去近旁余下的支撑使其搁栅自由落下。
(3) 用钩子将模板钩下，等该段的模板全部脱模后，集中运出，集中堆放。
(4) 梁侧模在混凝土浇筑三天后拆除，确保混凝土表面及棱角不受损坏，梁板底模必须待同条件养护试块强度达到100%，接到项目部技术负责人发出的书面通知后才能拆除。
(5) 拆下的模板及时清理，拆下的扣件及时集中收集管理。
3.4.2施工平台的拆除
拆除之前，应由项目部技术负责人发出书面拆除通知，并召开拆前技术安全交底会。拆除时，周围要设围栏或警告标志，并有专人指挥，主要进出口要张挂醒目的标志，并派专人看守，禁止闲人进入。拆除顺序：应先清除平台上的所有杂物，而后由上而下，按“后搭的先拆，先搭的后拆”的原则进行。拆除前桁架必须按搭设逆序完成捆绑以便向下吊运并逐一检查捆绑点是否牢固。拆除时至少应有两人同时作业，不得有冒险思想，操作时要集中思想，小心进行。
3.4.3钢桁架的拆除
钢桁架的拆除在工字钢搁栅以上的支撑全部拆除后進行。
①先拆除2榀桁架之间的连接件，连接件拆除时用塔吊上的钢丝绳系牢，拆除一根，向屋面上吊运一根，最后集中吊运。
②连接件全部拆除后进行桁架的拆除，先拆除外侧桁架，后拆除内侧桁架。
③桁架拆除前，用塔吊上的钢丝绳系牢桁架，着力点必须对称。将桁架与预埋件之间的联系割除后将桁架吊至安全地带。
4结语
高悬空结构的模板支撑系统的设计与施工近年来在越来越多的工程中得到应用，高空架设钢桁架平台作为施工平台是其中的一种重要方法。必须要有正确的计算分析、严格的质量控制、合理的施工方法、可靠的安全措施方可保证高悬空结构施工的顺利进行。
关键词：高层建筑，悬空弧形梁，模板，支撑系统，钢桁架，焊接，吊装，模板支撑
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
某工程为１栋30层高层住宅，钢筋混凝土框支剪力墙结构，层高2.8m，屋面板结构顶标高89.37m，总建筑面积19209.65m2。该工程屋面以上南北两侧（梁底标高为93.00m处）各设计有一个悬空弧形构架，其中南侧弧形构架悬空跨度较大，构架平面图如图1所示。17a～21a轴、Fa～Ka轴构架模板及其支撑系统可直接支承于屋面板上，支模高度4.23m（屋面板顶至弧形梁顶）。弧形梁21a×Fa轴～26a×Aa轴部分（外围最大弧长12.75m）距地高度93.90m，其模板及支撑系统在外侧和底部无任何防护结构，安全要求高，施工难度大。为确保该部位弧形构架施工能安全、顺利地进行，综合考虑结构受力、安全可靠、经济成本等各方面因素，需精心设计模板支撑系统。
2 支撑系统的设计与计算
2.1方案设计
由于弧形构架梁的悬空高度达到93.90m，不可能采用一撑到底的满堂支撑系统，经过多种方案比较，最终采用在悬空部位架设钢桁架施工平台，然后借助于施工平台进行上部弧形构架结构施工的方案。此处重点对悬空跨度较大的南侧钢桁架平台进行设计。首先，在屋面层即标高89.37m处架设钢桁架，桁架用I20b工字钢及[10槽钢焊接而成，上下弦杆用I20b，腹杆采用[10双槽钢背对背焊接，腹杆开口沿弦杆长度方向，在加工时认真放样，确保弦杆、腹杆的形心汇交于一点。每侧弧形构架使用2榀桁架。桁架详图见图2。每榀桁架焊接成2个半榀，运至现场拼装。桁架上弦杆与屋面结构预埋件可靠焊接。桁架安装焊接完毕后，垂直于桁架长边方向每747mm铺1根I12.6工字钢搁栅（桁架跨中3个节点各铺1根I16工字钢），工字钢外端出外圆弧1m，内端一直延伸至结构边，穿入已预埋的∩形卡中，加焊Ф20钢筋，工字钢与桁架接触处焊接连接。工字钢搁栅安装完毕后，立即进行工字钢部位的女儿墙结构的施工，再次确保工字钢搁栅不发生失稳。在工字钢搁栅上满扎大眼安全网，而后满铺钢笆片，与工字钢扎牢，再满扎密目式安全网。施工平台安装完毕，搭设满堂钢管支撑作为弧形构架的支撐系统，在工字钢搁栅上的立杆部位焊接50mm高Ф25钢筋内胆。
图2：外侧钢桁架祥图
2.2受力计算
考虑最不利荷载，验算弧形构架梁下的外侧钢桁架。桁架各杆件的内力按铰接分析计算，桁架对称，只计算左侧一半，计算简图如图3，桁架内力计算结果如表1。
图3：桁架受力计算简图
注：★为内力最大的验算值；☆为螺栓连接杆件验算值。
3施工工艺
3.1桁架焊接施工及加载试验
3.1.1焊接
3.1.1.1型钢加工时应根据工艺要求预放焊接余量以及切割、刨边和铣平的加工余量。腹杆端部冼平，焊缝区表面的毛刺、锈、油污清除干净,使钢材表面露出银灰色。施焊前，要复查焊缝区的处理情况，如不符合要求，修整合格后方可施焊。构件上螺栓孔必须预先冲或钻好,不允许现场烧孔，焊条使用前必须按照质量证明书的规定进行烘焙。
3.1.1.2焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，须申报技术负责人查清原因，订出修补措施后才可处理。
3.1.1.3严禁在焊缝区以外的母材上打火引弧，在坡口内起弧的局部面积应熔焊依次，不得留下弧坑。焊件两端应配置引弧板，其材质和坡口形式应与构件相同。焊接完毕用气焊割除并修磨平整，不得用锤击落。
3.1.1.4为了减少焊接变形与应力，采取如下措施：
⑴焊接时尽量使焊缝能自由变形，焊接要从中间向四周对称焊接。
⑵收缩量大的焊缝应先焊接。
3.1.1.5为减少下料误差及确保桁架的顺利安装就位，在下料前至现场实际测量预埋件之间的距离。
3.1.2桁架加载试验
桁架焊接完成后，在基地预拼装进行加载试验。将一对桁架连成空间体系按方案间距每榀两端悬空搁置在角钢支架上（角钢支架采用8×8等边角钢焊接而成，上口焊接10厚钢板，上铺工字钢搁栅，向上累加塔吊标准节(重量990kg/节)和塔吊配重（1.64T/块），慢慢加至方案荷载，静至一天，认真检查焊缝、挠度，试验合格后运至现场拼装。试验方法如下：
⑴试验荷载计算和取值
荷载组合后的标准值q=297.6KN，扣除工字钢搁栅及桁架自重，荷载设计值为297.6-（8+10.1）×1.2=297.6-21.72=276KN。 由于该桁架为临时性结构而且还要在工程中使用，故以荷载设计值为试验值。
⑵加载步骤：
第一步：增加方案设计外力的25%；第二步：增加设计外力的25%；第三步：增加设计外力的25%；第四步：增加设计外力的25%；
共增至设计荷载的100%，施加荷载时要均匀增加，每步之间的间隔时间为1小时。进行一～三步加荷时对桁架进行观察，如果桁架有明显挠度、焊缝破坏等异常情况，应停止加荷，经查明原因后，再进行试验，直至一切正常为止。次日24小时后卸载，记录整理沉降变形结果。卸载分四步，每步卸载设计外力的25%，每步之间的间隔时间为1小时。
⑶挠度观测：
依据《钢结构设计规范》（GB50017-2003），受弯构件的挠度容许值的规定。对于南侧桁架，加载前在下弦杆中心线位置拉一道水平细线，并在跨中划上标志线，加载到位后测量标志线与水平细线之间的距离，即桁架的实际挠度；对于北侧桁架，加载前在下弦杆中心线位置拉一道水平细线，观测方法同南侧桁架。实际挠度与梁跨长的比值限制在1/400（即小于30mm），同时委托材料试验公司试验，在支座上和跨中的下弦底部分别布置百分尺测量荷载变形曲线。桁架焊接完成后必须涂刷防锈漆，焊缝区表面的毛刺、锈、油污清除干净,防锈底漆采用红丹性油性防锈漆涂刷两遍。
3.2钢桁架平台施工
3.2.1预埋件施工
在30层墙柱模板和30屋面梁模板施工时，按方案要求预先在结构的相应位置埋设铁件。预埋件的制作必须严格按照方案的要求进行，在预埋时要仔细定位并用水准仪进行抄平，在混凝土浇筑过程中由专人负责检查，避免移位。在30层～29层21a×Aa，26a×Fa，A1a×3a，B1a×4a梁端下各设置4根顶撑把部分荷载传递到下层结构。
3.2.2桁架安装就位
待30层结构混凝土达到设计强度，进行桁架的安装就位。先将内侧桁架吊装就位并焊接后，再吊装外侧桁架。为防止桁架平面外失稳，增强钢平台的整体稳定性，两榀桁架下弦杆用[8槽钢焊接连接，槽钢成之字型，与下弦杆角度为45°，置于下弦杆上侧。
3.2.3施工平台搭设
桁架安装就位后即进行施工平台的搭设。在垂直于桁架长边方向每个节点上铺1根I12.6（桁架跨中3个节点各铺1根I16工字钢），工字钢外端出外圆弧1m，内端一直延伸至结构边，工字钢与桁架接触处焊接连接。工字钢穿入已预埋的∩形卡中，加焊Ф20钢筋。在工字钢上满扎大眼安全网，而后满铺钢笆片，与工字钢扎牢，再满扎密目式安全网。
3.3模板及支撑系统施工
采用十八厚胶合板模板及钢管排架支撑系统。排架立杆位于工字钢搁栅上，在工字钢上的立杆位置焊接50mm高Ф25钢筋内胆,下设水平扫地杆。排架间距：沿桁架长度方向为747，垂直于桁架长度方向设4排立杆。水平管上设50×100木枋，沿半径布置，外侧间距<400mm。
安装模板前应把模板面清理干净，并刷好脱模剂，脱模剂应涂刷均匀，不得漏刷，并按规格堆放。梁底模板：按设计标高调整支撑的标高，然后安装梁底模板，并拉线找平，主梁跨中梁底处按主梁跨度的千分之三起拱，次梁不起拱。主梁底立杆高度为3.47m，设二道水平拉杆和剪刀撑，并与墙柱顶牢。梁侧模板：根据墨线安装梁侧模板，压脚板等。梁侧模板制作高度应根据梁高及楼板厚度来确定。设一道对拉螺栓。楼面模板铺完后，应核验标高并认真检查顶撑系统是否牢固。模板梁面、板面应清扫干净。
3.4模板支撑系统的拆除
3.4.1模板拆除
(2)应先拆梁侧帮模，再拆除楼板模板，楼板模先拆水平杆，然后模板支撑，每根搁栅留1-2根支撑暂不拆。
(2)操作人员站在已拆除的空隙，拆去近旁余下的支撑使其搁栅自由落下。
(3) 用钩子将模板钩下，等该段的模板全部脱模后，集中运出，集中堆放。
(4) 梁侧模在混凝土浇筑三天后拆除，确保混凝土表面及棱角不受损坏，梁板底模必须待同条件养护试块强度达到100%，接到项目部技术负责人发出的书面通知后才能拆除。
(5) 拆下的模板及时清理，拆下的扣件及时集中收集管理。
3.4.2施工平台的拆除
拆除之前，应由项目部技术负责人发出书面拆除通知，并召开拆前技术安全交底会。拆除时，周围要设围栏或警告标志，并有专人指挥，主要进出口要张挂醒目的标志，并派专人看守，禁止闲人进入。拆除顺序：应先清除平台上的所有杂物，而后由上而下，按“后搭的先拆，先搭的后拆”的原则进行。拆除前桁架必须按搭设逆序完成捆绑以便向下吊运并逐一检查捆绑点是否牢固。拆除时至少应有两人同时作业，不得有冒险思想，操作时要集中思想，小心进行。
3.4.3钢桁架的拆除
钢桁架的拆除在工字钢搁栅以上的支撑全部拆除后進行。
①先拆除2榀桁架之间的连接件，连接件拆除时用塔吊上的钢丝绳系牢，拆除一根，向屋面上吊运一根，最后集中吊运。
②连接件全部拆除后进行桁架的拆除，先拆除外侧桁架，后拆除内侧桁架。
③桁架拆除前，用塔吊上的钢丝绳系牢桁架，着力点必须对称。将桁架与预埋件之间的联系割除后将桁架吊至安全地带。
4结语
高悬空结构的模板支撑系统的设计与施工近年来在越来越多的工程中得到应用，高空架设钢桁架平台作为施工平台是其中的一种重要方法。必须要有正确的计算分析、严格的质量控制、合理的施工方法、可靠的安全措施方可保证高悬空结构施工的顺利进行。