結(jié)合工程實(shí)例探析高層建筑超長懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

結(jié)合工程實(shí)例探析高層建筑超長懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)摘要：懸挑結(jié)構(gòu)是高層建筑施工中常見的一種結(jié)構(gòu)形式，并以其多種優(yōu)勢受到人們的青睞。但由于懸挑結(jié)構(gòu)施工難度較大，技術(shù)含量高，如果沒掌握好相關(guān)施工技術(shù)和做好質(zhì)量安全控制措施，很容易發(fā)生質(zhì)量安全事故，造成人員財(cái)產(chǎn)損失?；诖耍疚慕Y(jié)合工程實(shí)例對高層建筑超長懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行了分析與研究，以供同仁參考。關(guān)鍵詞：高層建筑；懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；工字鋼；施工技術(shù)一、前言近年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑業(yè)也取得了巨大的進(jìn)步，高層建筑工程的建設(shè)越來越多。懸挑結(jié)構(gòu)作為高層建筑中的一種常見的結(jié)構(gòu)式，以其獨(dú)特的優(yōu)勢深受人們青睞。但是由于懸挑結(jié)構(gòu)需要在高空作業(yè)，并且建筑支撐面積相對較小，如果稍有不慎，很容易發(fā)生安全事故，造成嚴(yán)重的人員財(cái)產(chǎn)損失。因此，如何更加安全、高效、快捷地搭設(shè)高層建筑超長懸挑結(jié)構(gòu)支撐成為一個建筑施工難題。筆者曾負(fù)責(zé)某高層建筑，該項(xiàng)目為上部19層、地下1層建筑。其五層及以上為標(biāo)準(zhǔn)層，層高4.2m，標(biāo)準(zhǔn)層外圍為3m的懸挑框架梁，局部為6m長的懸挑陽臺，懸挑陽臺層層均有分布，但分布位置不在同一立面上。結(jié)構(gòu)柱距為8.4m、9.4m、9.9m，柱截面為圓柱，截面尺寸最大為0.9m，且配筋較少，設(shè)計(jì)彎矩、剪力承載力小。此外，工程整個外立面為幕墻裝飾，由于景觀需求，支撐幕墻的外圍懸挑梁截面及配筋小，荷載能力小。施工時，荷載不能直接由懸挑梁直接承擔(dān)。下面就對高層建筑超長懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)進(jìn)行了分析與研究，以供同仁參考。二、高層建筑超長支模體系設(shè)計(jì)（1）分層懸挑。實(shí)際工程運(yùn)用中從第五層開始，至第19層采用工字鋼分3次懸挑支模，下部斜撐使用2道雙鋼管。懸挑工字鋼層為4層、9層、15層。每層工字鋼支撐五層懸挑結(jié)構(gòu)。（2）整體懸挑、局部加強(qiáng)。在此工程除大范圍懸挑長度為3m的懸挑框架梁外，部分懸挑陽臺長度達(dá)6m。對于該部位施工，采取整體懸挑、局部加強(qiáng)的支撐方法。在6m懸挑結(jié)構(gòu)部位的下層，增加懸挑13m長的20#工字鋼，并將6m懸挑陽臺分為2段支撐。第一段施工長度為3m，同大范圍的3m懸挑結(jié)構(gòu)同時施工；第二段懸挑結(jié)構(gòu)的施工待第一段下部結(jié)構(gòu)達(dá)到支撐強(qiáng)度后再進(jìn)行施工。（3）計(jì)算原則。采用單元荷載計(jì)算方法，選取最不利結(jié)構(gòu)荷載布置下，一根工字鋼上方單元版塊梁板、模板及支撐等所有荷載，最終傳遞至工字鋼。此外，按照實(shí)際施工進(jìn)度每10天一層，施工N+2層梁板時，第N層梁板混凝土已到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后的結(jié)構(gòu)荷載由自身承擔(dān)，因而計(jì)算時，荷載取值為未到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)荷載及所有支撐和模板荷載。三、高層建筑超長支模體系施工工藝（1）懸挑梁結(jié)構(gòu)分段懸挑工字鋼支模結(jié)構(gòu)同立面范圍內(nèi)，每層均有懸挑梁。每5層結(jié)構(gòu)或高度20m懸挑一次工字鋼作為懸挑梁支模基礎(chǔ)（如圖1所示）。工程實(shí)際應(yīng)用施工工藝如下。圖1、懸挑梁結(jié)構(gòu)分段懸挑工字鋼支模①在4層結(jié)構(gòu)板懸挑第一次工字鋼，作為5~9層懸挑梁板支?；A(chǔ)，工字鋼底部設(shè)置雙鋼管工字鋼斜撐。②4層懸挑工字鋼上搭設(shè)支模架，用于以上5層懸挑結(jié)構(gòu)的施工。每層支模架體設(shè)置鋼管斜撐桿卸載。通過每層加設(shè)鋼管斜撐進(jìn)行卸荷，使懸挑結(jié)構(gòu)的荷載由斜撐及懸挑工字鋼共同承擔(dān)。通過受力分析，每層增加的斜撐可卸載約45%的總施工荷載，工字鋼基礎(chǔ)承擔(dān)55%的總施工荷載，在實(shí)際工程應(yīng)用中，使用18#工字鋼懸挑支模，可實(shí)現(xiàn)支撐5層懸挑長度為3m的懸挑結(jié)構(gòu)施工，多次分段懸挑能夠?qū)崿F(xiàn)一定高度范圍內(nèi)的懸挑結(jié)構(gòu)施工。（2）超長懸挑結(jié)構(gòu)懸挑工字鋼支模當(dāng)懸挑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)懸挑長度達(dá)到6m，且每層的超長懸挑結(jié)構(gòu)均不在同一投影面上，工字鋼懸挑支模每層都進(jìn)行獨(dú)立懸挑支模。通過懸挑工字鋼及加設(shè)工字鋼斜撐腳的方式作為支?；A(chǔ)，將超長懸挑結(jié)構(gòu)分成2段進(jìn)行施工（如圖2所示）。工程實(shí)際應(yīng)用施工工藝如下：①四~六層按照分段懸挑支模施工工藝施工；②六層搭設(shè)超長懸挑工字鋼及工字鋼斜撐；③工字鋼設(shè)置3個錨固支座，超長懸挑結(jié)構(gòu)分2段施工。懸挑工字鋼設(shè)置在結(jié)構(gòu)內(nèi)的第1、2道錨固端作為第一段懸挑的2個支座，通過工字鋼及鋼管斜撐卸荷傳遞上部荷載；施工第二段懸挑結(jié)構(gòu)，懸挑工字鋼的第3道錨固端及工字鋼斜撐作為支座，第二段的施工荷載通過支座傳遞至下層懸挑結(jié)構(gòu)。圖2、超長懸挑結(jié)構(gòu)懸挑工字鋼支模四、支撐系統(tǒng)荷載驗(yàn)算（1）荷載統(tǒng)計(jì)。結(jié)構(gòu)層高為4.2m。3m懸挑梁截面為400mm×700/500mm（變截面梁），6m懸挑梁截面為600mm×950/600mm（變截面梁），懸挑邊梁截面為200mm×400mm。懸挑工字鋼為18#、超長懸挑工字鋼為20#，間距均為1m，主懸挑梁下（柱兩側(cè)）布置間距為1.4m。工字鋼斜撐為16#。立桿采用A48×3mm，鋼絲繩為6×19（公稱抗拉強(qiáng)度≥1670N/mm2）。最不利荷載情況為6m懸挑結(jié)構(gòu)板位于6F。混凝土和鋼筋容重取25kN/m3，以主懸挑下支撐為計(jì)算單元，寬度取12（1+1.4）=1.2m。①六層結(jié)構(gòu)荷載。梁：12[0.6×（0.95-0.11+0.6-0.11）÷2×25×6]=29.93kN；次梁兩根：2×（0.4-0.11）×0.2×（1.2-0.6）=1.74kN；板：1.2×0.11×25×6=18.81kN。②五層結(jié)構(gòu)荷載。梁：12[0.4×（0.70+0.5）÷2×25×3]=9kN；次梁兩根：2×（0.4-0.11）×0.2×（1.2-0.6）=1.74kN。③模板及腳手架荷載。模板每平米為0.3kN：0.3×1.2×（6+3）=3.24kN；腳手架荷載（每立方米自重荷載取0.1615kN，《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ130-2011，附錄A取值）：0.1615×4.2×1.2×3×（2+1）=7.33kN④工字鋼自重：0.279×6+0.205×4.55+0.241×3=3.33kN；結(jié)構(gòu)總荷載：29.93+1.74+18.81+9+1.74+3.24+7.33+3.33=75.12kN。（2）荷載計(jì)算。按荷載基本組合計(jì)算工字鋼及斜撐承載能力（施工荷載取2.5kN/m2）。1.2×75.12+1.4×2.5×（6×1.2）=115.314kN；為方便計(jì)算，考慮工字鋼承受均布荷載：115.314÷3=38.45kN/m。（3）工字鋼及斜撐承載力復(fù)核。18#工字鋼，截面抵抗矩為185cm3，算得截面應(yīng)力為55.65N/mm2＜205.00N/mm2，滿足要求。算得最大撓度為1.1mm，滿足要求。工字鋼底部兩道雙鋼管斜撐，最大軸力為62.28kN，單根鋼管軸力為31.14kN，計(jì)算長細(xì)比，查表得鋼管穩(wěn)定系數(shù)為0.537。σ=31140/（0.537×424）=136.77N/mm2，滿足要求。五、實(shí)施效果框架內(nèi)部設(shè)置5排鋼管支模架與懸挑支模架連成整體。使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測，在框架內(nèi)部架體與最外側(cè)懸挑架體同一標(biāo)高位置使用油漆進(jìn)行標(biāo)記。每個柱距設(shè)置3個檢測點(diǎn)，記錄混凝土澆筑時標(biāo)高差初始值?；炷翝仓?h~3h，進(jìn)行第二次高差值監(jiān)測?；炷翝仓?d，進(jìn)行第三次高差值監(jiān)測，混凝土澆筑后7d，進(jìn)行第四次高差值監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果高差值在可控范圍內(nèi)，且拆模后，梁面無明顯裂縫，觀感良好。六、結(jié)語綜上所述，施工中采用高層建筑超長懸挑結(jié)構(gòu)的分段懸挑工字鋼支模技術(shù)，效果良好，施工工藝簡單，節(jié)省了腳手架的工程量，此外工字鋼占用空間小，滿足各種復(fù)雜形式的懸挑結(jié)