屋頂懸挑梁支撐架施工技術(shù)

□文/朱伯忠 喻四純 李學(xué)亮

□喻四純、李學(xué)亮/中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司。

屋頂懸挑梁支撐架施工技術(shù)

□文/朱伯忠 喻四純 李學(xué)亮

許多建筑在屋面頂端采用高大混凝土架體且架體懸挑于建筑主體外，通過(guò)外檐裝修使建筑物外側(cè)形成獨(dú)特的造型，從而提高了建筑立面的整體藝術(shù)效果，但是由此而來(lái)的高空支撐體系施工難度也是越來(lái)越大。文章通過(guò)工程實(shí)例對(duì)高空懸挑支撐架的成功選用和施工應(yīng)用進(jìn)行論述。

懸挑梁；支撐；施工技術(shù)

1 工程概況

海泰·渤龍?zhí)斓厣虡I(yè)街21#A地塊工程位于天津?yàn)I海新區(qū)，由商業(yè)樓、辦公樓和酒店組成。酒店部分地下1層，地上15層，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.60m，屋面層層高4.200 m，屋面層標(biāo)高59.00m。屋面以上女兒墻為4.2m高，墻厚200mm，其頂面標(biāo)高為63.200m。屋面結(jié)構(gòu)最外側(cè)均有結(jié)構(gòu)懸挑出外側(cè)女兒墻，1軸向外懸挑3100mm位置的框架梁，標(biāo)高63.20m，對(duì)比59.00m，實(shí)際懸挑0～2700mm；8軸向外懸挑4100mm位置的框架梁，標(biāo)高63.20m，對(duì)比59.00m，實(shí)際懸挑1900mm。懸挑截面尺寸400mm×600mm，聯(lián)系梁挑截面尺寸300mm×600 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。見(jiàn)圖1。

2 支撐方案選擇

施工前，初步選取了2種方案。

1）利用現(xiàn)有的外圍護(hù)懸挑腳手架進(jìn)行改造。在59.00m設(shè)置鋼管斜支撐并通過(guò)計(jì)算后加固。重點(diǎn)解決腳手架立桿承重以及斜支撐的計(jì)算，外挑梁頂端的腳手架還可以與外墻腳手架連貫，能確保施工人員的安全。由于屋頂設(shè)置有女兒墻，與內(nèi)側(cè)滿堂架的連接需要專門(mén)預(yù)留孔洞。該方案施工速度慢；防護(hù)面積大，硬防護(hù)不易施工，拆除危險(xiǎn)性較大；架體搭設(shè)復(fù)雜，不利于檢查和過(guò)程控制。

2）在59.00m設(shè)置20a型鋼懸挑平臺(tái)，長(zhǎng)度6、9m，間距900mm，充分利用原有結(jié)構(gòu)條件，在高空大懸挑結(jié)構(gòu)的下一層，安裝工字鋼懸挑梁，在懸挑梁上鋪上跳板，形成安全、可靠的工作平臺(tái)。在平臺(tái)上搭設(shè)鋼管腳手架、支立模板，施工高空大懸挑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該方案施工速度快；直接設(shè)置在型鋼上，方便快捷，方便拆除；簡(jiǎn)單，受力傳遞明確，便于控制。缺點(diǎn)是增加型鋼購(gòu)置費(fèi)用。

2種方案比較后，認(rèn)為第2種方案可行，但必須進(jìn)行有效地支撐設(shè)計(jì)和計(jì)算。

3 構(gòu)造設(shè)置

外墻懸挑腳手架在第15層布置懸挑裝置。支撐外腳手架荷載為20a工字鋼，間距0.9m，腳手架每步高1.2m，懸挑位置到懸挑梁底部為4.20m。

3.1 外挑工字鋼的構(gòu)造設(shè)置

外挑工字鋼從1軸外挑自由端長(zhǎng)度3150mm；1軸內(nèi)錨固端長(zhǎng)度5850mm，工字鋼總長(zhǎng)度為9000mm。

工字鋼按照間距900mm擺設(shè)；懸挑工字鋼錨固端預(yù)埋2根φ20mm“Π”字形固定件，固定件第1道在距離1軸1400mm開(kāi)始埋設(shè)；第2道距第1道1500mm；第3道距第2道1500mm；預(yù)埋件置于板筋底層網(wǎng)片下部；外挑端滿堂腳手架根部焊接100mm高，HRB335級(jí)25鋼筋。見(jiàn)圖2。

3.2 外挑工字鋼的卸載構(gòu)造設(shè)置

根據(jù)計(jì)算采用斜撐卸載的措施。由于懸挑部分荷載較大，女兒墻預(yù)留埋件，施工期間利用20a 工字鋼與埋件焊接形成穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)。同時(shí)考慮女兒墻是懸臂結(jié)構(gòu)，設(shè)置埋件與B 軸框架柱連接。見(jiàn)圖3。

3.3 滿堂腳手架搭設(shè)構(gòu)造設(shè)置

立桿的構(gòu)造布置。立桿縱向按工字鋼間距900mm布置，橫向挑梁部分按900mm布置、屋面板部分按1200mm布置，步距1軸處為1200mm，8軸處為1500 mm。

橫桿的構(gòu)造布置。掃地桿距離外挑工字鋼150mm雙向滿堂布置，所有立桿與掃地桿連接為整體且與內(nèi)側(cè)滿堂架掃地桿連接為整體；掃地桿搭設(shè)后其余橫桿按照間距900mm或1200mm雙向布置；橫桿與內(nèi)側(cè)滿堂架橫桿連接為整體。

4 外墻懸挑腳手架做支撐承重分析

4.1 計(jì)算時(shí)所作假設(shè)

1)在計(jì)算懸挑梁荷載時(shí)，外墻線以內(nèi)的梁自重均由內(nèi)立桿支撐且內(nèi)立桿無(wú)失穩(wěn)現(xiàn)象。

2)外墻線外的懸挑梁在其2.5m的長(zhǎng)度內(nèi)，設(shè)3點(diǎn)支撐，由腳手架組成的頂撐為面承重，其他為線承重。

3）框架梁和板的重量均由各自的立桿支撐，忽略其對(duì)懸挑梁的影響。

4）考慮施工時(shí)懸挑梁位置處所附加的施工荷載。

根據(jù)上述4點(diǎn)假設(shè)，經(jīng)計(jì)算，懸挑梁下腳手架4根立桿所組成的格構(gòu)式立柱的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求，梁頂端斜桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也符合要求。

4.2 架體穩(wěn)定性驗(yàn)算

滿堂架單根立桿受力面積為900mm×900mm，采用分級(jí)驗(yàn)算的方法驗(yàn)算。不考慮卸載設(shè)置，僅驗(yàn)算工字鋼本身是否滿足各項(xiàng)指標(biāo)；其次，如果不能夠滿足再考慮設(shè)置加強(qiáng)措施能否滿足要求。

按照《建筑施工手冊(cè)（第四版）》及JGJ130—2001《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行荷載匯集。當(dāng)結(jié)構(gòu)主體施工時(shí)，其施工荷載取值3.0kN/m2，按照十字梁疊加原則，立桿的軸力是7.83kN。工字鋼按照懸臂連續(xù)梁計(jì)算，水平鋼梁的穩(wěn)定性計(jì)算σ=339.247N/mm2＞[f]=215N/mm2，需增強(qiáng)集中荷載下鋼管腳手架的強(qiáng)度和剛度。增加型鋼斜支撐后支桿強(qiáng)度性計(jì)算值σ=11.11N/mm2＜[f]=215N/mm2，滿足要求。

4.3 樓板強(qiáng)度計(jì)算

板筋為HRB335級(jí)10mm鋼筋，雙層雙向間距150 mm，板厚為120mm，樓板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

考慮預(yù)埋件間距，選1000mm寬板帶作為計(jì)算對(duì)象，即按照1000mm×1200mm梁計(jì)算。

取1000mm寬板帶做為驗(yàn)算結(jié)構(gòu)件，有效高度為h0=120-15=105mm，配筋為上下各10根HRB335級(jí)10mm鋼筋?？汕螅害蝏=β1/(1+fy/Esεcu)=0.69；可得M1=61.2kN·m＜86.1kN·m，因?yàn)榘鍨殡p層雙向?qū)Π?，?yīng)對(duì)另一方向進(jìn)行承載力驗(yàn)算，由于在工字鋼軸向只有3個(gè)荷載，所以不需要再進(jìn)行驗(yàn)算。

4.4 出挑工字鋼下的框架梁承載力驗(yàn)算

1）計(jì)算模型

按照剛度分配以及力最短距離傳遞原則，型鋼上的荷載先傳遞給懸梁，再連同懸梁自重一起傳遞給挑出的梁；板上的荷載則往懸梁、挑梁和主梁同時(shí)傳遞；板為四邊固支的板，考慮板上一半的荷載傳遞給挑梁，可以不必驗(yàn)算板的受力。因?yàn)榱簝蛇吺芎奢d不相等，有一定的扭矩，考慮到扭矩較小及計(jì)算的復(fù)雜性，不再單獨(dú)驗(yàn)算。

對(duì)1軸處59.0m標(biāo)高出挑工字鋼下的300mm×900mm框架梁進(jìn)行驗(yàn)算，見(jiàn)圖4。

圖4中，N1為梁上女兒墻和梁的部分重量；N2、N3為腳手架傳遞的集中荷載，包括了頂層出挑梁及模板、鋼管自重；F1、M1為外伸工字鋼梁傳遞的荷載，已由上面的計(jì)算中得到；Q為均布荷載，包括板和工字鋼的自重、施工荷載。

2）參數(shù)計(jì)算

經(jīng) 計(jì)算，F(xiàn)1=83.68kN，M1=146.72kN·m，N1=96.61 kN，N2=N3=8.34kN，Q=29.055kN/m，則框架梁所受彎矩值為M=146.72+83.68×1.9+96.61×1.8+8.34×1.55+8.34×0.35+29.055×1.9×1.9/2=547.9（kN·m）。

3）抗彎驗(yàn)算

梁高900mm，保護(hù)層厚度雙排70mm，單排30mm。受拉區(qū)鋼筋達(dá)到屈服，則設(shè)計(jì)抗彎[M]=956.93kN·m＞M1=547.9kN·m，滿足抗彎要求。

4）抗剪計(jì)算

選擇挑梁的根部截面作為計(jì)算截面，剪力值為Vs=F1+N1+N2+N3+QL=252.2kN

按集中荷載控制的梁進(jìn)行計(jì)算，取λ=1.9/0.83=2.29，則抗剪設(shè)計(jì)值為Vu=439.4kN＞Vs=252.2kN，滿足抗剪要求。

5保證腳手架穩(wěn)定采取措施

懸挑腳手架橫桿與15層滿堂腳手架立桿拉結(jié)為整體且至少連接兩道立桿；橫向剪刀撐與15層滿堂腳手架連接為整體，至少與兩跨立桿連接；掃地桿與15層腳手架立桿連接為整體且至少連接兩道立桿；懸挑結(jié)構(gòu)與女兒墻預(yù)留埋件焊接形成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，以達(dá)到抗傾覆效果；在主梁頂端，設(shè)兩根斜撐，通過(guò)腳手架立桿，與主立桿相連，以減小懸挑結(jié)構(gòu)重力對(duì)腳手架的壓力。

為增強(qiáng)集中荷載下腳手架立桿的承載力，對(duì)在主框架梁下的腳手架單元，按格構(gòu)式進(jìn)行豎向結(jié)構(gòu)的加固，以保證腳手架的整體穩(wěn)定。每一根懸挑梁下的鋼管格構(gòu)柱，每隔1.80m與混凝土柱相連，以減小格構(gòu)柱的計(jì)算長(zhǎng)度。懸挑梁頂端之間的連系梁較小，可以采用斜撐按間距0.80m布置，其下支撐點(diǎn)為內(nèi)立桿中部。

6 注意事項(xiàng)

1）支撐腳手架重量的懸挑型鋼強(qiáng)度和穩(wěn)定性須得到保證。

2）與建筑物垂直的腳手架側(cè)面懸挑梁下的立桿間加設(shè)斜腹桿，以形成格構(gòu)式支撐立柱。

3）為減小或消除懸挑部位的施工附加荷載，澆筑混凝土?xí)r，懸挑部位所需要的混凝土，用人工進(jìn)行。

4）工字鋼平臺(tái)上應(yīng)設(shè)置密目安全網(wǎng)和腳手板的雙重安全防護(hù)，專人負(fù)責(zé)及時(shí)清除平臺(tái)上的雜物，以防止高空落物傷人。

5）工字鋼平臺(tái)周邊的臨空面應(yīng)先期設(shè)置安全防護(hù)欄桿并隨著排架的搭設(shè)，及時(shí)用安全網(wǎng)進(jìn)行全封閉的安全圍護(hù)。

6）模板支撐系統(tǒng)的鋼管腳手排架與結(jié)構(gòu)的相鄰處，應(yīng)每步每架設(shè)置剛性連墻桿，其余部位應(yīng)與內(nèi)排架聯(lián)結(jié)成整體，以提高排架支撐系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

7 結(jié)語(yǔ)

采取上述措施后，高63.20m懸挑梁和板成功進(jìn)行了混凝土的澆筑，沒(méi)有發(fā)生立桿失穩(wěn)現(xiàn)象，取得了既經(jīng)濟(jì)又安全的效果。本文所述做法，是在特殊情況下所采用的，不能使用在普遍場(chǎng)合。如利用外墻腳手架或設(shè)計(jì)專門(mén)懸挑支撐裝置，應(yīng)盡可能縮短懸挑支撐高度，并須絕對(duì)保證施工安全。

TU745

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1008-3197（2011）02-30-03

2011-03-15

朱伯忠/男，1974年出生，工程師，天津?yàn)I海能源發(fā)展股份有限公司，從事工程管理工作。

□喻四純、李學(xué)亮/中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司。