高空大跨度懸挑結構體系施工技術

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摘要：高空大懸挑結構作為當前大跨度建筑結構中的獨有結構支撐體系，在眾多建筑工程里得到了廣泛的應用。但高空大跨度懸挑結構的施工具有跨度大、施工難度高等施工特點。針對高空大懸挑結構的施工難題，本文結合具體工程實例，主要對高空大跨度懸挑結構體系的施工技術進行研究，可為今后該技術在同類工程中的應用提供借鑒。

關鍵詞：大跨度；懸挑結構；計算；驗算；施工技術

隨著現代化建設發(fā)展進程的加快，建筑施工技術也得到了快速發(fā)展，建筑物也向著高度更高、內部空間更大、體型更新穎發(fā)展，這也導致高空大懸挑結構的使用量有了極大的提升。但是，高空大懸挑結構的施工存在著一定的難度。為做好改工程項目，就必須要有完善的高空大跨度懸挑結構施工方案。筆者對鋼結構施工平臺受力的計算與驗算進行了詳盡的分析，最后對施工進行了總結，以保障施工項目的順利實施。

1應用實例分析

1.1工程概況

某工程項目集商業(yè)、酒店、公寓、裙房及地庫為一身，該工程在公寓18層頂有長為2.7m的懸挑部分。具體區(qū)域面積、區(qū)域內板厚及梁截面如下：公寓18層頂，懸挑區(qū)域面積為21.8m×3m，懸挑區(qū)域板厚120mm，懸挑區(qū)域主要梁截面為600mm×900mm，200mm×900mm，200mm×400mm。

1.2施工流程

在放置工字鋼時，懸挑工字鋼施工進行一定量的起拱，在工字鋼下面墊木方，考慮最遠端高于樓面20mm。搭設步驟為：

（1）在施工16層頂樓面時，根據設計圖紙布置預埋件。

（2）在施工17層柱與剪力墻時，根據設計圖紙布置預埋件；在17層頂上設置預埋鋼筋壓環(huán)。

（3）工字鋼等材料根據方案圖紙現場加工完成后，澆筑完成17層頂混凝土結構樓面，經過2～3d混凝土達到一定的強度后，吊裝水平工字鋼，利用預埋鋼筋壓環(huán)和木楔固定工字鋼。工字鋼吊裝是利用塔式起重機并由專業(yè)腳手架工人施工，工字鋼的外挑長度及標高要一致。

（4）初步固定好水平工字鋼后，將其與斜撐槽鋼固定，然后進行最終固定。

（5）按設計圖紙將16焊接固定；焊接要求滿焊，焊縫最小厚度不得小于5mm；剩余部分滿鋪木跳板。

（6）在工字鋼上按設計圖紙搭設滿堂腳手架，并隨掛安全網、腳手板，施工過程中嚴格保證腳手架搭設在工字鋼上，對于柱處有角鋼部位可以適當偏移；腳手架搭設需先室內后室外。

（7）在搭設此懸挑支撐體系時，需待屋面梁板混凝土強度達到設計強度時進行；拆除時，需待22層頂施工驗收合格后，方可全面拆除排架、工字鋼平臺和桁架梁，按照后搭的先拆、先安裝的后拆順序進行拆除，并及時將拆除的材料轉運出場外。

2鋼結構施工平臺受力驗算分析

2.1傳統(tǒng)的結構計算方法

針對鋼桁架平臺的結構驗算分析，可以依照《鋼結構設計規(guī)范》GB50017—2003對此平臺進行結構受力驗算，取有代表性的單跨鋼結構進行結構驗算，主要驗算內容包括各型鋼的抗彎強度、抗剪強度、整體穩(wěn)定性和撓度，最后驗算埋件與型鋼的焊接強度。

以上述實例進行結構驗算。

2.1.1基本假定

（1）水平槽鋼根部和樓面無水平位移，則槽鋼挑梁根部可以看作固端鉸支座。

（2）水平槽鋼與支撐槽鋼間連接假定為固端鉸支座。

（3）支撐槽鋼和支撐樓面間固定假定為固端鉸支座。

2.1.2主梁及斜撐驗算

荷載考慮：結構腳手架施工荷載3kN/m2，模板荷載0.5kN/m2。樓板荷載考慮每一根腳手架

承受的荷載面積為0.9m×3m，其中受力最不利位置，因為最大存在400mm×900mm梁，單根工字鋼最大受力荷載考慮400mm×900mm、長0.9m梁的荷載以及900mm×900mm、厚120mm板的荷 載。

梁產生的荷載為0.4×0.9×0.9×25=8.1kN，板產生的荷載為0.9×0.9×0.12×25=2.43kN，施工均布荷載為0.9×3=2.7kN，模板荷載為0.9×1.2×0.5=0.54kN，架體自重0.9×1.2×1=1.08kN，合計荷載為8.1+2.43+2.7+0.54+1.08=14.85kN。

考慮最邊緣梁荷載0.2×0.9×0.9×25=4.05kN。

均布荷載考慮：型鋼自身荷載0.38kN/m，腳手板荷載0.14×1.2=0.168kN/m，合計0.55kN/m。

單排防護架點荷載考慮1kN。

考慮2層荷載，則前兩點節(jié)點荷載為29.7kN，后一點節(jié)點荷載為37.8kN。因此，計算模型如圖1所示。

注：長度單位為m，均布荷載單位為kN/m，集中荷載單位為kN

圖1主梁計算模型

（1）彎矩值驗算

通過結構力學求解器計算，求出其彎矩圖（見圖2）。

圖2 模型計算彎矩

圖3 模型計算剪力

由圖3可知，工字鋼最大彎矩值為27.08kN·m。

工字鋼應力σ=Mmax/Wn=27.08×106/40200000=64.5N/mm2<215N/mm2。

（2）剪力值驗算

通過結構力學求解器計算求出其剪力（見圖3）。

根據圖4可知，工字鋼最大剪力值為30.56kN。根據《鋼結構設計規(guī)范》GB50017—2003第

4.1.2條的規(guī)定，由于工字鋼截面上的剪力主要由腹板承受，故上述公式可簡化為：

τ=VS/Itw=30560×230700/（50200000×8）=17.56N/mm2<125N/mm2因此，所選工字鋼滿足要求。

（3）整體穩(wěn)定性驗算

通過結構力學求解器計算求出其軸力（見圖6）。由圖6可知，工字鋼最大軸力值為41.42kN，雙槽鋼最大軸力值為65.41kN。由于雙槽鋼受力大、截面小，故需驗算。

σ=Mmax/Wn=65410000/810000=80.75N/mm2<215N/mm2因此，所選工字鋼滿足要求。

（4）撓度驗算

圖4模型計算軸力

通過結構力學求解器計算，求得其彎曲變形趨勢及其最大撓度值大小（見圖5及表1）。

圖5模型計算撓度

表1 撓度計算值

由表1可知，工字鋼最大撓度為2.27mm。根據《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》JGJ130—2011第5.6.4條規(guī)定，本工程使用的型鋼懸挑梁撓度允許值為6600/250=26.4mm，因此撓度滿足要求。

2.1.3次梁驗算

考慮施工均布荷載0.548kN/m，滿堂腳手架的點荷載為37.8kN（考慮3m跨度，兩點受力，實際腳手架間距為1.2m）。計算模型如圖8所示。

（1）彎矩值驗算

通過結構力學求解器計算，工字鋼最大彎矩值為37.8kN·m。

工字鋼應力σ=Mmax/Wn=25600000/141000=181.56N/mm2<215N/mm2。

因此，工字鋼型號滿足要求。

（2）剪力值驗算

通過結構力學求解器計算，工字鋼最大剪力值為37.8kN。

τ=VS/Itw=37800×80800/11300000/6=45.05N/mm2<125N/mm2

因此，工字鋼型號選擇滿足要求。

2.1.4型鋼錨固件及其錨固連接的強度驗算

由于壓環(huán)受力主要起固定作用，受力較小，可不予考慮。

2.1.5鋼平臺下建筑結構承載能力驗算

由于鋼平臺經過型鋼支撐，斜撐的受力點主要作用于主梁上，主梁抗彎承載力矩為2394.5kN·m，抗剪承載力為3362kN，斜撐傳遞至主梁上的彎矩為432kN·m，剪力為128kN，滿足要求。

2.1.6焊縫強度驗算

焊縫均考慮滿焊，且斜撐放置在型鋼之下、樓板之上，與樓板及型鋼直接接觸。焊縫只受部分剪力，約為45kN，焊縫抗剪力為160×6.5×2×160/1000=332.8kN，滿足要求。

2.1.7計算結論

通過以上驗算，鋼結構平臺受力滿足要求。

2.2較新的結構計算方法

通過有限元軟件如ANSYS，ABAQUS等進行結構驗算，由于此類有限元軟件能夠模擬鋼平臺整體受力情況，可以對鋼平臺結構每一根桿件的受力情況進行分析，找出結構的受力較大位置，可以針對計算結果快速進行方案調整。

通過有限元計算，最大軸拉力值為52kN，最大軸壓力值為84kN，最大彎矩值為20kN·m，最大剪力值為35kN，最大水平位移值為0.4mm，最大撓度值為2.3mm。

2.3懸挑鋼平臺實際受力情況

通過施工過程中的受力監(jiān)測，懸挑鋼平臺結構在混凝土澆筑過程中的最大撓度為10mm。隨著混凝土澆筑完成，該撓度值逐漸降低，撓度值穩(wěn)定在2mm。

3工程經驗總結

（1）對于懸挑高度較大的結構施工不宜采用滿堂腳手架支撐。懸挑長度<2m的宜采用懸挑鋼梁方案施工，懸挑長度>2m的宜采用懸挑鋼結構平臺方案施工。懸挑鋼結構平臺形式根據現場實際情況選擇。

（2）對于鋼結構平臺的受力驗算，可采用單跨鋼結構進行結構驗算，由于模型與實際的差異，撓度值計算結果和實際結果有一定差異。當采用單跨鋼結構進行結構驗算，并取最不利荷載以及將介于剛接與鉸接之間的節(jié)點取鉸接時，此時計算撓度值相對于實際值會偏大，其驗算結果可信。

（3）但施工過程中的局部點荷載不確定性會導致懸挑處澆筑過程中撓度值較大，此時需在澆筑過程中進行實時監(jiān)測，保證施工過程中的安全可考慮最大撓度為計算撓度值的5倍，并以此值進行撓度值核算。

（4）隨著技術發(fā)展，采用有限元軟件進行此類鋼平臺的結構驗算，結果相對于單跨驗算更具有全面性。而且采用此方法便于前期的方案選擇，也能更快找出結構危險點，便于對平臺設計進行修改，有較好的推廣性。

（5）在鋼結構平臺安裝過程中，要保證預埋板以及焊接的質量。鋼平臺在施工使用過程中要做好撓度位移監(jiān)測記錄，超過撓度警戒值一定要立即停止施工、撤離人員。

4結束語

總之，隨著人們對建筑外觀的要求越來越高，建筑物大跨度、大懸挑等外觀造型越來越多地被運用，這就給高空大懸挑結構的設計和施工帶來了較大難度。本工程所采用的施工技術解決了常規(guī)技術不能滿足懸挑結構施工的難題，具有節(jié)約資源、降低成本、縮短工期、保障安全等技術經濟特點，為高效、安全地完成高空大懸挑結構施工提供了一條新思路，可推動其在建筑領域的應用。

參考文獻：

[1]駱駿；余政兵.高空大跨度懸挑腳手架在某高層住宅施工中的應用[J].重慶建筑.2011（05）

[2]毛杰；李全智；孫國平；裴如群.高空大跨度懸挑結構承重架設計與施工[J].施工技術.2015（06）

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以及加載的速率進行有效的控制，確保整體速度不會過快；（2）可以利用對建筑物周邊打板樁來避免地基軟土的擠出；（3）使用反壓法，這也是避免地基土塑流擠出的一個重要方法。

2.參照地質和施工條件

在施工的過程中，要盡量地多占地，而且施工的安排要確保合理性，不可以過于緊張。至于材料，最好選擇一些比較容易獲取的，并根據實際的情況進行設計。如果能夠做到就地取材則最好。

3.考慮施工環(huán)境

在道路施工中，處理軟土地基的時候，要對環(huán)境因素進行充分的考慮，也就是要考慮到施工對于周邊環(huán)境的影響。具體來看，新填土對原有的道路會產生側向擠壓位移及沉降；打樁等施工將會導致噪音，對居民的正常生活造成干擾；道路地基軟土施工處理的過程也會對道路的交通造成影響。

六、結語

對道路軟土路基的處理，應根據具體的地質情況，工期和當地施工水平等情況綜合考慮。

本工程較深淤泥質路基處理，從性價比和節(jié)省工期等方面考慮，采用水泥攪拌樁是最佳的選擇，保證了工程質量，加快了工程進度，達到了預期的成本控制目的。

參考文獻：

[1]俞亞南.粉噴樁加固軟土路基試驗研究與沉降分析[D].浙江大學，2003.

[2]GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].