高層住宅屋面周邊連續(xù)大跨度外懸挑結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)

李任星 鄧世強(qiáng) 蘇 瑤

中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司 湖北 武漢 430064

1 工程概況

長沙市某群體住宅工程有25棟高層住宅，建筑高度為98.8 m，標(biāo)準(zhǔn)層高為3 m。每棟樓屋面周邊均設(shè)計有懸挑梁板結(jié)構(gòu)（圖1）。

圖1 工程效果圖

懸挑結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高為屋面標(biāo)高＋1.9 m，懸挑結(jié)構(gòu)形式為懸挑梁＋下掛板，懸挑長度為3.10 m，局部懸挑結(jié)構(gòu)長度為4.65 m，懸挑板板厚為120 mm，懸挑梁與板重合部位計算尺寸為200 mm×1500 mm，封邊梁為200 mm×800 mm，封邊梁最大跨度為8.8 m。

2 施工方案的確定

高層屋面懸挑結(jié)構(gòu)施工主要存在以下難點：

1）結(jié)構(gòu)懸空高度大：在屋面結(jié)構(gòu)位置挑出，懸空高度達(dá)90.8 m，風(fēng)荷載作用大。

2）結(jié)構(gòu)自重大：懸挑結(jié)構(gòu)形式為懸挑梁（封邊梁）＋下掛板，封邊梁與懸挑梁相交，封邊梁截面尺寸為200 mm×800 mm，且局部混凝土梁高達(dá)1 500 mm。

3）懸挑結(jié)構(gòu)跨度大，且結(jié)構(gòu)周邊均連續(xù)設(shè)置：懸挑結(jié)構(gòu)跨度達(dá)到3.10 m，局部懸挑跨度達(dá)到4.65 m，懸挑結(jié)構(gòu)沿屋面周邊均有設(shè)計，支撐工字鋼排布搭設(shè)密集，斜撐長度不一，須待主梁完成后再計算長度。

4）懸挑結(jié)構(gòu)下掛板設(shè)計有多個折板，混凝土澆筑須分層分段施工。

5）懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計工程量大：每棟高層屋面均有設(shè)計，支撐體系一次投入量大，須優(yōu)化節(jié)點，便于拆除，周轉(zhuǎn)利用。

綜合以上難點分析，從工期、安全性及經(jīng)濟(jì)性考慮，結(jié)合工程實際情況，最后采用斜撐懸挑鋼平臺支撐方案。

3 懸挑鋼平臺支撐設(shè)計方案

該方案受力較為明確，施工操作工藝簡單，可周轉(zhuǎn)利用率高。懸挑結(jié)構(gòu)跨度為3.1 m時，懸挑主梁長度為9 m，采用18#工字鋼，懸挑出結(jié)構(gòu)邊為4 m，錨固樓層內(nèi)為5 m；設(shè)置2道斜撐，斜撐頂端采用螺栓連接方式與懸挑梁固定，底端與下面樓層預(yù)埋的工字鋼焊接固定；中部采用10#工字鋼作為連桿。懸挑結(jié)構(gòu)為二次施工，上部斜拉鋼絲繩待屋面施工時提前預(yù)埋（圖2）。

圖2 懸挑跨度為3.1 m時鋼平臺剖面

懸挑結(jié)構(gòu)跨度為4.65 m時，懸挑主梁長度為12 m，采用20a#工字鋼，懸挑出結(jié)構(gòu)邊為4.9 m，錨固樓層內(nèi)為7.1 m；設(shè)置3道斜撐，斜撐頂端采用螺栓連接方式與懸挑梁固定，底端與下面樓層預(yù)埋的工字鋼焊接固定（最下邊1道斜撐底端直接擱置在樓板上，梁側(cè)邊焊接槽鋼限位）；中部采用10#工字鋼作為連桿。懸挑結(jié)構(gòu)為二次施工，上部斜拉鋼絲繩待屋面施工時提前預(yù)埋（圖3）[1-4]。

圖3 懸挑跨度為4.65 m時鋼平臺剖面

4 細(xì)部構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計

4.1 斜撐的安裝

斜撐安裝是本懸挑結(jié)構(gòu)施工的一個施工難點，存在較大的安全風(fēng)險。同時考慮到斜撐拆卸方便、周轉(zhuǎn)利用率高等要求，對斜撐頂端和底端固定方式進(jìn)行了優(yōu)化處理。

4.1.1 斜撐頂端固定

為便于工字鋼斜撐拆除以周轉(zhuǎn)利用，在懸挑主梁相應(yīng)位置、斜撐工字鋼頂端（水平切角）各自提前焊接鋼板，其中工字鋼與鋼板采用圍焊的方式，焊縫高度不小于7 mm，鋼板上預(yù)留螺桿眼，通過螺栓的連接方式將懸挑主梁工字鋼與斜撐工字鋼固定在一起（圖4）。

圖4 鋼板設(shè)計示意

在靠近斜撐頂端1/3的位置腹板開φ30 mm孔，作為斜撐的吊裝固定點（圖5）。

圖5 斜撐拼接固定示意

4.1.2 斜撐底端固定

斜撐層無剪力墻的位置，斜撐底端應(yīng)水平切角，擱置在梁板結(jié)構(gòu)上；梁側(cè)采用槽鋼將斜撐進(jìn)行限位固定，限位用的槽鋼頂端平行于斜撐方向切角，槽鋼與斜撐工字鋼雙面滿焊，焊縫高度為7 mm（圖6）。

圖6 斜撐底端固定示意

4.2 底部懸挑腳手架操作平臺

懸挑結(jié)構(gòu)長度超過3 m時，在斜撐下部搭設(shè)懸挑腳手架操作平臺（普通懸挑外架提前拆除），主要為懸挑工字鋼體系安裝、拆除提供操作面及安全防護(hù)：避開斜撐安裝位置，在斜撐層樓面上安裝20a#工字鋼，間距為1.5 m，設(shè)置2道20#鋼絲繩分別拉結(jié)在以上2層樓面上，掃地桿位置及作業(yè)層位置滿鋪腳手板，外側(cè)滿掛安全密目網(wǎng)（圖7）。

圖7 懸挑腳手架操作平臺搭設(shè)示意

5 方案計算

根據(jù)各個體系的傳力情況，屋面懸挑結(jié)構(gòu)的支模架立桿和外腳手架立桿全部作用在工字鋼主梁上，然后對各個桿件單獨(dú)進(jìn)行受力分析，最后根據(jù)工字鋼本身的物理力學(xué)性能驗算是否滿足要求。經(jīng)驗算，設(shè)計方案中工字鋼的強(qiáng)度、抗剪、撓度均滿足要求。

6 施工方法及技術(shù)措施

1）在懸挑層梁板上埋設(shè)φ20 mm的U形螺桿（斜撐層部位的φ20 mm的U形螺桿在施工時提前預(yù)埋），同時在懸挑層外剪力墻上相應(yīng)位置預(yù)埋φ60 mm塑料套管，φ60 mm塑料套管為后期連墻件穿墻孔，懸挑工字鋼主梁提前吊裝就位。

2）屋面層主體結(jié)構(gòu)施工完成，待混凝土達(dá)到拆模強(qiáng)度后，懸挑工字鋼部位內(nèi)支模架拆除，外架拆除降至懸挑層梁板位置，開始懸挑主梁工字鋼（在工字鋼的腹板上距離兩端3 000 mm的位置處各開1個φ30 mm的孔，作為吊裝固定點）。φ20 mm的U形螺桿與工字鋼間的空隙用方木屑卡緊，且U形螺桿與工字鋼焊接固定，防止工字鋼向外側(cè)滑移；同時為避免工字鋼尾部板面受力集中，在工字鋼錨固端端部設(shè)置3根鋼管立桿進(jìn)行反頂加固，第1根立桿距離端部為150 mm，間距為500 mm。

3）斜撐及鋼絲繩安裝：外架局部拆除至斜撐位置，主梁上先臨時鋪設(shè)鋼跳板。利用塔吊將斜撐吊運(yùn)至懸挑主梁工字鋼下方相應(yīng)位置，確保兩鋼板有一個螺桿眼對齊，先用M16螺桿、螺帽臨時固定，然后人工旋轉(zhuǎn)至指定位置，使4個螺桿眼全部對齊，主梁工字鋼與斜撐在同一垂直面上，最后根據(jù)斜撐底端與結(jié)構(gòu)（或次梁工字鋼）的位置關(guān)系進(jìn)行平移微調(diào)，同時固定4個螺桿螺帽。斜撐安裝完成后，在斜撐中間位置橫向水平設(shè)置10#槽鋼將相鄰斜撐橫向連接成整體，10#槽鋼與斜撐之間進(jìn)行圍焊，焊縫高度為7 mm，確保工字鋼的整體穩(wěn)定性。固定鋼絲繩的預(yù)埋鋼筋環(huán)埋設(shè)位置與懸挑工字鋼在同一垂直面上。

4）為防止懸挑工字鋼體系側(cè)向移動，在主梁相應(yīng)懸挑部位焊接1道10#槽鋼（兩構(gòu)件之間進(jìn)行圍焊，焊縫高度為6 mm，焊縫無夾渣、無氣孔），將主梁工字鋼橫向固定。然后在懸挑工字鋼上搭設(shè)固定水平兜網(wǎng)及密目網(wǎng)，用16#鐵絲將水平兜網(wǎng)和密目網(wǎng)綁扎在工字鋼上，作為水平雙層防護(hù)網(wǎng)；最后在懸挑主梁上鋪設(shè)鋼跳板，在腳手架立桿之間位置盡量滿鋪，采用18#鍍鋅鐵絲將鋼跳板固定在工字鋼上，作為工人操作防護(hù)平臺。

5）外腳手架立桿采用單立桿，立桿縱向間距1 200 mm（局部為600 mm），橫向間距500 mm，內(nèi)排立桿距離結(jié)構(gòu)邊為300 mm，腳手架步距為1 800 mm，外側(cè)設(shè)置連續(xù)剪刀撐，懸挑模板支撐腳手架及外防護(hù)腳手架應(yīng)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉結(jié)，連接點距外架主節(jié)點不得大于150 mm。連墻件按每層3跨間距設(shè)置，遇剪力墻部位預(yù)埋φ60 mm的套管，以便連墻桿與剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉結(jié)（剪力墻處預(yù)埋套管后，可以在剪力墻內(nèi)側(cè)將連墻桿件與短鋼管采用雙扣件鎖住，即不用另外埋短鋼管）。連墻件每3跨設(shè)置1道；未設(shè)計剪力墻位置，懸挑模板支撐腳手架及外防護(hù)腳手架與結(jié)構(gòu)內(nèi)支模架拉結(jié)，上下設(shè)置2道，間距按3跨設(shè)置。

6）懸挑結(jié)構(gòu)支模架：立桿采用單立桿，立桿縱向間距1 200 mm（梁底為600、450 mm），步距不大于1 200 mm。在施工時屋面層及其二層懸挑部位輪扣支模架不得拆除。懸挑模板支撐架周邊及內(nèi)部縱橫向每4跨設(shè)置1道豎向剪刀撐，由底至頂連續(xù)設(shè)置；在豎向剪刀撐頂部設(shè)置1道水平剪刀撐。

7）混凝土澆筑：支撐架體經(jīng)公司及政府有關(guān)部門驗收后，方可澆筑。懸挑結(jié)構(gòu)混凝土分2次澆筑，具體施工流程：屋面層結(jié)構(gòu)混凝土澆筑→懸挑結(jié)構(gòu)部位（含大跨度懸挑梁）第1次澆筑施工→懸挑結(jié)構(gòu)部位（含大跨度懸挑梁）第2次澆筑施工。第1次澆筑預(yù)留施工位置為水平懸挑構(gòu)件受力最小的位置（圖8），待第1次澆筑混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%時方可進(jìn)行第2次混凝土澆筑。懸挑梁混凝土應(yīng)采用全面分層澆筑。

圖8 懸挑結(jié)構(gòu)預(yù)留施工縫位置

8）支撐體系拆除：拆除模板支撐架（屋面懸挑結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%）→屋面層外墻裝飾及懸挑結(jié)構(gòu)外立面裝飾施工完成→拆除外防護(hù)腳手架→拆除連墻件→拆除鋼絲繩及腳手板→拆除和吊運(yùn)工字鋼→拆除下部懸挑腳手架操作平臺。拆下的桿構(gòu)件，短于3 m的先轉(zhuǎn)入樓層，用施工電梯運(yùn)輸至地面，長于3 m的鋼管人工傳遞至屋面，再使用塔吊運(yùn)至地面。拆除和吊運(yùn)工字鋼時，利用塔吊、纜風(fēng)繩進(jìn)行輔助，將主梁工字鋼和斜撐工字鋼吊運(yùn)至地面。

7 安全保證措施

1）安裝懸挑支撐腳手架以及懸挑操作平臺時，在懸挑層沿外墻一周設(shè)置1道φ12 mm鋼絲繩作為水平安全繩，每8 m設(shè)置1處固定點，利用剪力墻上穿墻螺桿孔和鋼筋拉環(huán)進(jìn)行鋼絲繩固定，高出操作面1.0～1.2 m，工人在操作時將安全帶系在水平安全繩上；或?qū)踩珟Ч潭ㄔ诮Y(jié)構(gòu)內(nèi)滿堂架上，高出操作面1.0～1.2 m。

2）在進(jìn)行撬、拉、推、拔等操作時，要注意采取正確的姿勢，站穩(wěn)腳跟，或一手把持在穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)或支持物上，以免用力過猛時身體失去平衡或把東西甩出。在腳手架上拆除模板時，應(yīng)采取必要的支托措施，以免拆下的模板材料掉落架外。

3）在腳手架上進(jìn)行電氣焊作業(yè)時，要鋪鐵皮接火星或移去易燃物，以免火星點著易燃物。同時準(zhǔn)備防火措施，一旦著火，及時予以撲滅。

4）腳手架在驗收合格通過投入使用后，必須對其進(jìn)行日常的保養(yǎng)和定期的全面檢查和整修。屋面懸挑模板支撐腳手架工字鋼的撓度應(yīng)小于15 mm，澆筑過程如有較大變形，應(yīng)立即停止?jié)仓⒉扇≌拇胧?/p>

8 結(jié)語

本工程已順利完成屋面懸挑結(jié)構(gòu)混凝土澆筑。在施工過程中未發(fā)現(xiàn)支撐工字鋼有異常變形，且支撐工字鋼在不同樓棟之間周轉(zhuǎn)利用率以及回收利用率高，大大降低了施工成本，為以后類似工程提供了借鑒。