超高層外檐斜柱懸挑架體設(shè)計及施工技術(shù)

□文/張 巍 肖晨暉 李建軍

1 工程概況

天津武清開發(fā)區(qū)新建行政審批中心工程整體建筑地下1層，地上20層，總建筑高度98 m。3層以上分為東西2個塔樓，15～20層設(shè)鋼結(jié)構(gòu)連廊，西塔樓東側(cè)外檐為傾斜外檐，外檐斜柱傾斜角度5.72°，斜柱截面1 100mm×1 100mm，每層向外延伸0.45 m，標準層層高4.5 m。

2 工程重點和難點

常規(guī)懸挑腳手架，一般懸挑長度為1.2 m，包括立桿距結(jié)構(gòu)距離、雙排立桿間距，當(dāng)主體結(jié)構(gòu)存在傾斜外檐時，型鋼懸挑長度還應(yīng)包括懸挑外檐的平面投影長度，根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點，懸挑架體搭設(shè)具有以下重點、難點：

1）型鋼懸挑長度增大，安全系數(shù)小，施工難度大；

2）結(jié)構(gòu)陽角處大截面傾斜混凝土柱，截面尺寸1 100mm×1 100mm，型鋼布設(shè)困難；

3）結(jié)構(gòu)梁下鋼結(jié)構(gòu)“人”字撐，影響工字鋼平面布置；

4）陰陽角結(jié)構(gòu)處型鋼錨固處理。

3 架體方案設(shè)計

懸挑型鋼采用φ48mm×3.5mm鋼管，型鋼平面間距1.5 m，架體搭設(shè)步距1.5 m，內(nèi)外排立桿間距800mm，懸挑型鋼采用工字鋼。

3.1 初步方案

3～16層為傾斜外檐，初步定于結(jié)構(gòu)8、12、16層設(shè)置懸挑，架體搭設(shè)高度25 m，傾斜外檐處型鋼懸挑長度3.865 m，設(shè)計采用9 m長20a工字鋼，見圖1和圖2。

圖1 懸挑架體搭設(shè)剖面

圖2 9 m工字鋼懸挑3.86 m剖面搭設(shè)

3.1.1 增設(shè)立桿

因為工字鋼懸挑長度較大，采用φ48mm×3.5mm扣件式鋼管腳手架，懸挑型鋼上設(shè)置4排立桿，隨結(jié)構(gòu)傾斜刪減立桿，至懸挑架體頂部處保持雙排立桿。

3.1.2 型鋼加固

常規(guī)懸挑架體型鋼上設(shè)置鋼絲繩與上部結(jié)構(gòu)拉結(jié)作為安全儲備，不參與受力計算，本工程最大懸挑長度達到3.865 m，在安全計算時，鋼絲繩參與計算，處于受力狀態(tài)，為此必須對型鋼采取加固措施才能保證其受力穩(wěn)定。

1）方案一。型鋼上設(shè)置鋼絲繩作為安全措施，在1根型鋼上設(shè)置2根鋼絲繩，1根受力，另1根作為安全儲備。

2）方案二。型鋼底部設(shè)置鋼管支頂，支頂采用雙48mm×3.5mm鋼管，鋼管端部通過槽鋼與型鋼焊接頂嚴，雙鋼管底部支頂至下層樓板并與下層支模架體水平橫桿拉結(jié)，見圖3。

圖3 型鋼下部鋼管支頂節(jié)點

3.1.3 方案存在問題

1）鋼絲繩屬于柔性材料，現(xiàn)場人工鋼絲繩備緊程度不可控制，造成鋼絲繩間的受力差異，導(dǎo)致架體的變形。

2）下部雙鋼管支頂焊接施工難度較大。

3）型鋼最大懸挑長度3.865 m，按照規(guī)范要求懸挑長度不宜＞3 m。

4）懸挑架體所在樓層較高且工程周邊空曠，應(yīng)考慮風(fēng)載荷對架體安全的影響。

3.2 方案優(yōu)化

綜上考慮，雖在原設(shè)計中通過增設(shè)鋼絲繩或者型鋼下部支頂?shù)姆绞侥軡M足理論計算要求，但安全儲備較低，對原設(shè)計進行優(yōu)化。

3.2.1 降低架體搭設(shè)高度

傾斜外檐處型鋼懸挑長度與懸挑樓層的高度成正比，降低懸挑架高度以減少型鋼懸挑長度。原方案中設(shè)計分別在8、12層設(shè)置懸挑，懸挑高度25 m；現(xiàn)分別在8、10、12層設(shè)置懸挑，懸挑高度 10.5 m。

3.2.2 減少懸挑長度

型鋼懸挑長度減少至2.76 m，型鋼上設(shè)置3排立桿；懸挑長度及架體搭設(shè)高度降低，鋼絲繩拉結(jié)僅作為安全措施，不參與計算，設(shè)置1根鋼絲繩即可滿足架體搭設(shè)要求。

4 外檐斜柱懸挑架體節(jié)點處理

針對傾斜外檐及結(jié)構(gòu)陽角處存在大截面勁性結(jié)構(gòu)柱的特點，對斜柱處的懸挑架體節(jié)點進行優(yōu)化設(shè)計。

4.1 立桿

常規(guī)處雙排架體，內(nèi)外排間距800mm，在傾斜外檐處，設(shè)置3排立桿，間距800mm設(shè)置，通過增加立桿，滿足傾斜結(jié)構(gòu)的施工要求。

4.2 型鋼布設(shè)

常規(guī)搭設(shè)架體按照1.5 m間距平面布置懸挑型鋼，結(jié)構(gòu)陽角型鋼按照端部間距≯1.5 m的原則扇形布置。

本工程結(jié)構(gòu)四角存在大截面勁性混凝土結(jié)構(gòu)柱，截面尺寸1 100mm×1 100mm，工字鋼無法穿過結(jié)構(gòu)柱布設(shè)，勁性結(jié)構(gòu)柱兩側(cè)工字鋼端部距離＞1.5 m。結(jié)構(gòu)梁下存在“人”字鋼結(jié)構(gòu)斜撐，斜撐平面投影寬度1 m，結(jié)構(gòu)柱兩側(cè)工字鋼間距＞1.5 m。

工字鋼端部間距超過1.5 m，若按常規(guī)工字鋼間鋪設(shè)鋼管，則鋼管彎矩過大，不能滿足施工要求；在施工中針對1.5 m以上間距的懸挑鋼肋板處焊接2段14#工字鋼，20a工字鋼肋板處焊接6mm厚鋼綴板，綴板其余三側(cè)與14#工字鋼焊接牢固，內(nèi)外排立桿均設(shè)置，見圖4。

圖4 14#工字鋼設(shè)置

4.3 角柱處架體處理

4.3.1 工字鋼垂直布置

結(jié)構(gòu)外檐存在大截面角柱，在外檐斜柱與非傾斜結(jié)構(gòu)陽角處兩側(cè)的懸挑外檐長度不一致，選用的懸挑型鋼長度也不一致，若采用扇形布置，型鋼懸挑長度太大，不安全也不經(jīng)濟，因此，型鋼采用垂直交叉布置，在每個工字鋼重疊位置前后側(cè)加設(shè)錨固，見圖5。

圖5 陽角大截面角柱垂直交叉工字鋼

懸挑腳手架型鋼后手錨固一般采用U型鋼筋固定、錨固螺栓固定2種形式，見圖6和圖7。

圖6 U型鋼筋固定構(gòu)造

圖7 錨固螺栓固定構(gòu)造

在工字鋼重疊部位前后兩側(cè)設(shè)置U型鋼筋錨固，上部工字鋼后手采用木方等材料墊高處理，見圖8。

圖8 重疊工字鋼錨固

4.3.2 工字鋼扇形布置

無傾斜外檐角柱處，扇形布置工字鋼，工字鋼重疊處添加節(jié)點板焊接處理。斷開一根工字鋼，下部設(shè)置8mm厚鋼板，兩工字鋼四周與鋼板焊接，工字鋼截斷處前后側(cè)添加一道錨固，見圖9。

圖9 重疊工字鋼節(jié)點板焊接構(gòu)造

4.4 懸挑結(jié)構(gòu)板加固處理

結(jié)構(gòu)懸挑長度較大，型鋼設(shè)置在結(jié)構(gòu)懸挑處，工字鋼與結(jié)構(gòu)加設(shè)20mm直徑對拉螺栓與結(jié)構(gòu)柱拉結(jié)處理，同時在下部結(jié)構(gòu)梁（柱）預(yù)埋鋼板，焊接鋼管支頂。

5 結(jié)語

武清行政審批中心工程是典型的傾斜外檐結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中存在大截面斜柱，外檐尺寸懸挑大、外檐復(fù)雜。施工中，在傳統(tǒng)懸挑架體搭設(shè)的基礎(chǔ)上，進行了改進升級，采取增加懸挑次數(shù)、降低架體搭設(shè)高度，形成傾斜外檐階梯式外架體，提高了安全系數(shù)，降低了施工難度，解決了外檐斜柱架體的搭設(shè)難題。