1 工程概况

云南省民族文化宫建设项目位于云南省昆明市西山区滇池国家旅游度假区内，建筑面积31 900m²，为3层群体公共建筑，最高26m。主体结构为常规钢框架结构，钢柱主要为圆管柱、箱形柱;钢梁主要为箱形梁和工字钢梁，总工程量约5 500t。楼板主要采用TDB7-120-576型钢筋桁架楼承板，底部镀锌钢板厚度为0.5mm。

2 试验研究

2.1 试验概况

综合图纸和现场实际情况，选择代表性较强的2层(4)～(5)/○P～○M区域进行楼承板预堆载试验。试验完成后，选择紧邻区域(2层(3)～(4)/○P～○M轴区域)进行支撑与(2层(4)～(5)/○P～○M轴区域)不支撑2种工况下浇筑混凝土对比试验，监测其挠曲变形和裂缝分布情况。试验区域楼板为由跨度2 500,2 500,3 000,4 000mm组成的4跨连续板，浇筑厚度为150mm。预堆载试验楼板平面布置如图1所示，钢筋桁架大样如图2所示，尺寸规格如表1所示。

图1 预堆载试验楼板平面布置  

表1 钢筋桁架尺寸规格 

表1 钢筋桁架尺寸规格

图2 钢筋桁架大样  

2.2 预堆载试验

将4跨连续板简化为4跨连续梁，按最不利工况布置施工活荷载。通过软件模拟计算最大挠度出现部位并布置百分表，百分表布置位置如图3所示。根据GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》和JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技术规范》的规定，施工活荷载取1.5kN/m^2[1]，混凝土重度取25kN/m³，由于板厚为150mm，计算恒荷载为25×0.15=3.75kN/m²，考虑加载后楼板下挠，厚度增加，故取恒荷载为4.0kN/m²。参考文献[2,3]，按加载材料产生的荷载应以足够的精度进行控制和测量，同时受力状态应与混凝土浇筑时的受力状态接近。比对多种加载材料后，选择堆砂加载(见图4)，砂密度经多次测定修正后取值为1 340.5kg/m³。

图3 百分表布置位置  

加载方式为4级加载、3级卸载，各级加载荷载值如表2所示。为方便操作和精确控制加载值，一级加载值取2kN/m²，砂厚度为150mm。4级加载时先加载1,3跨，能更好地体现施工活荷载在最不利布置状态下楼承板的挠度差异，待百分表读数稳定后再加载2,4跨。

图4 预堆载试验过程  

表2 各级加载荷载值 

表2 各级加载荷载值

4级加载完成后所有跨荷载值均达5.5kN/m²,(4)号测点绝对变形值为31.260mm。(5)号测点○N轴对应次梁跨中变形值为15.288mm(见图5a)，超过规范允许值L/400^[4]。

考虑最不利荷载位置时，4级加载仅加载1,3跨时，(3)号测点相对挠曲变形值达24.199mm，超过规范允许值20mm或L/180^[5]，且相对位移值大于(4)号测点(见图5b)。

2.3 加撑与不加撑对比试验

选择与预堆载试验区域((2)层(4)～(5)/○P～○M轴区域，不加支撑)相同跨度的紧邻区域(2层(3)～(4)/○P～○M轴区域，加支撑)进行混凝土浇筑对比试验。每跨板跨中设钢管支撑1排，立杆间距为1.3m，顶托上设置通长木方。楼板平面及测点布置如图6所示。由监测结果可知，混凝土浇筑完成后不加支撑情况下，4m板跨中在消除预堆载试验非弹性变形后的最大挠度值为18.4mm，加支撑4m板跨中最大挠度为6.8mm。

试验区域混凝土浇筑按施工规范严格控制商品混凝土质量、钢筋保护层厚度、平整度及振捣与养护等质量要求。混凝土浇筑完成后，不加支撑楼板出现较大面积规则网状裂缝和不规则其他裂缝，裂缝多为沿桁架钢筋发展，最大缝宽为1.2mm，加支撑楼板均未发现裂缝。通过对比试验，证实楼板挠曲变形过大是钢筋桁架楼承板产生裂缝的主要原因，且挠度产生后下部受拉钢筋产生应力，此阶段相当于水平叠合构件，应验算钢筋强度，计算水平叠合构件阶段及使用阶段承载力是否满足要求。

图5 楼承板挠曲变形曲线  

图6 楼板平面及测点布置  

3 挠度控制方法

3.1 钢管支撑架施工方法

通过试验数据整理计算，仅需在简支跨跨度较大和4跨连续板边跨的楼板跨中增加1排支撑(见图7)，立杆最大间距根据实际跨度、板厚、施工荷载等参数计算确定。为保证安全，支撑架搭设过程必须采取增加斜撑或双排脚手架等稳定性措施。立杆下部垫板必须满铺，步距、稳定性措施应根据软件计算及工程实际选用。该方法适用于地面已硬化、工期要求不严格、层高较小的工程。优点为:工艺成熟，材料方便，操作简便，易于推广。缺点为:每平方米价格相对较高，影响工期，受层高限制大，额外增加的稳定性和安全措施多。

图7 钢管支撑架示意  

3.2 格构式独立支撑施工方法

格构件采用截面形式为三角形或正方形的可移动、可拼装工具式钢管缀管、角钢缀条、工字钢缀条、缀管格构柱和缀板竖装格构柱等。在层高较高时，应通过换算长细比确定格构柱截面尺寸。

格构式独立支撑是由标准件、首节件和顶节件通过螺栓拼接而成的可移动和可调节高度的支撑装置。4块顶托板上布置一定厚度钢板(一般厚度≥5mm),2个或多个格构柱顶部钢板上设置通长木方。格构柱布置间距与木方规格尺寸根据各工程特点、楼板荷载计算确定。优点为:单点支撑面积大，一定高度范围内稳定性高，自主拼装，运用方便。缺点为:层高受到一定限制，底部应平整坚固。

3.3 拱架悬挂施工方法

拱架悬挂施工是一种创新施工方法，可采用钢管拱、工字钢拱、桁架拱等多种拱架形式。利用拱架受力合理和截面较小的特点，在钢筋桁架楼承板两侧主梁或次梁上设置永久支座，连接固定拱架，再采用吊杆将钢筋桁架楼承板永久荷载和施工荷载传递给拱架，通过拱架传递给次梁或主梁，使钢筋桁架楼承板、拱架体系、钢结构体系能较好地协同工作(见图8)。吊杆与钢筋桁架楼承板相连的部位，应提前在上弦筋下部预设短钢筋(直径不宜过小)，并与吊杆吊钩可靠连接，以使吊杆作用力均匀分散至各片桁架，起到分散集中力、避免单点吊力过大破坏桁架筋与镀锌板焊点。

该方法需进行结构设计与计算，对于跨度较大、截面较小拱架，需进行长细比和稳定性验算。在解决平面外稳定性问题时，需增加斜撑及拱背拉杆等措施。在支座水平推力较大情况下，需增加下弦系杆，减小或抵消水平推力。优点为:各层独立施工，提高施工速度，缩短工期，减少支撑脚手架搭设工程量;拱架可回收再加工后用于公路隧道初支护，重复利用率较高;拱架悬挂施工比搭设脚手架支撑更安全、经济。缺点为:拱架制作需使用弯拱设备，推广运用也受到一定限制。

图8 拱架立面  

3.4 三角桁架拉杆体系支撑施工方法

三角桁架拉杆体系支撑是采用三角桁架倒置连接于钢筋桁架楼承板下部两侧钢梁上(见图9)，通过倒三角桁架木方、木方与桁架间的木楔配合支撑钢筋桁架楼承板的施工工艺，在安装时两侧牛腿上可采用动滑轮或定滑轮配合吊装。该方法需对三角桁架及节点进行验算，在两侧钢梁腹板与翼缘板增加固定拱架的连接牛腿。优点为:无须考虑平面外稳定性情况下，采用较轻结构体系解决下部无法作为支撑基础、跨度较大、层高较高的钢筋桁架楼承板支撑问题;不影响上部楼板混凝土浇筑、收面养护等工序。缺点为:安装工序相对复杂，安装措施及辅助材料较多。

图9 三角桁架拉杆体系支撑  

3.5 斜拉施工方法

斜拉施工是采用钢绳、卡扣、花篮螺栓及上层钢梁下翼缘板部位的吊耳和上、下弦筋之间的垂直短筋等组成的连接体系斜拉控制施工层两侧楼承板挠度的方法(见图10)。上弦筋下部短筋应与上弦筋绑扎牢固或点焊固定，穿过斜拉钢绳下部拉钩，以分散桁架钢筋受力。跨中斜拉点水平间距根据试验计算确定。该方法由竖向分力承担楼承板挠度变形拉力。吊耳两侧钢绳采用绳卡锁牢，不会因两侧花篮螺栓拧紧过程而左右移动。斜拉钢绳靠近楼承板一侧采用绳卡、钢绳与花篮螺栓配合连接，通过花篮螺栓拧紧钢绳。末端采用钢丝与楼承板分布钢筋及上弦筋交点部位单点或多点连接。优点为:构造简单、操作简便、传力明确，适用于层高较矮、除屋面外楼层。缺点为:吊耳焊接与钢绳安装过程存在一定安全风险，安装时应采取可靠的安全措施。大面积使用时对混凝土浇筑过程造成一定影响，施工不便。

图1 0 斜拉施工示意  

3.6 悬挑施工方法

该方法主要针对钢筋桁架悬挑板施工。悬挑部位传统的施工方法一般采用钢管脚手架支撑或增加悬挑钢梁(见图11)，考虑使用可拆卸钢制三角支架或斜撑架支撑，待混凝土强度达到设计强度100%后可拆除回收利用。优点为:施工简便，经济效益较高。缺点为:存在一定安全风险。

图1 1 悬挑板支撑做法  

3.7 增加临时钢梁施工方法

本方法需与设计单位沟通验算后，在楼板挠度变形最大部位增加钢梁作为临时支撑(见图12)，达到挠度控制的目的。当跨度较大时，应按规范要求预起拱。起拱一般按恒荷载和1/2活荷载所产生的挠度值计算确定^[4]。该方法需在楼承板安装前完成，钢梁上部可不焊接栓钉。当混凝土浇筑完成达到设计强度100%后，可拆除此钢梁循环使用。优点为:适用性强，方法简单直接，可拆卸循环使用。缺点为:拆除时安全风险较大，难度较大。

图1 2 增加临时钢梁做法 

4 结语

拱架悬挂施工方法在本工程中已成功运用，并取得良好效果，具有较高的推广价值，为钢结构体系楼板施工提供一种新的思路和方法;斜拉施工、桁架拱拉杆体系支撑施工作为一种特殊的施工方法，可在相应的施工工况下选择使用;悬挑施工、增加临时钢梁施工方法较常见，材料可周转使用和回收利用，该方法节能环保，值得推广;格构式独立支撑可作为工具式支撑方式推广运用;钢管脚手架临时支撑最常用，但支撑费用、架体稳定性措施费用较高，不经济。