高空大跨懸挑結(jié)構(gòu)施工方案比選及施工質(zhì)量控制

航達(dá)建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330200

1 工程概況

南昌市某住宅工程，位于南昌縣富山大道，該工程集19 棟洋房、4 棟高層住宅及1 層整體地下室組成，建筑面積約24 萬m2，其中高層住宅為地上32 層，標(biāo)準(zhǔn)層層高為2.95m，總建筑高度為94.35m，為剪力墻結(jié)構(gòu)。因建筑造型設(shè)計要求，高層住宅屋面設(shè)計有混凝土花架結(jié)構(gòu)，花架結(jié)構(gòu)層頂面標(biāo)高為99.50m，花架結(jié)構(gòu)外邊緣從底部標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)邊緣懸挑出7350mm，懸挑結(jié)構(gòu)梁截面為200mm×850mm、200mm×250mm、200mm×700mm，板厚為100 mm，結(jié)構(gòu)混凝土等級為C30，花架結(jié)構(gòu)橫跨住宅兩側(cè)樓梯間核心筒，將核心筒連成一體，結(jié)構(gòu)凈跨度為9600mm。由于花架結(jié)構(gòu)從下部結(jié)構(gòu)邊外挑長度大，跨度大，且位于99.50米高空進(jìn)行作業(yè)，為保證花架支模架安全、快速的搭設(shè)，需要在該花架下部搭設(shè)施工平臺，作為支模架及上部操作荷載的承力結(jié)構(gòu)，該承力結(jié)構(gòu)平臺施工難度大、成本高，且存在重大安全隱患，因此有必要考慮多種施工方案進(jìn)行綜合比選，以采取最為合理的方案來保證施工安全，同時節(jié)約工期和成本。

2 方案比選

根據(jù)本工程的跨度及荷載情況，同時參照其他類似工程經(jīng)驗，考慮以下4 種施工方案進(jìn)行綜合比選。

（1）貝雷梁組合平臺方案

貝雷梁是世界上應(yīng)用廣泛，最為流行的一種橋梁，它具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)輸方便，架設(shè)快速，分解容易的特點(diǎn)。同時具備承載能力大，結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)，疲勞壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 高空大跨懸挑結(jié)構(gòu)BIM 模型

圖2 高空大跨懸挑結(jié)構(gòu)平面圖

方案選用兩根貝雷梁，貝雷梁架設(shè)于樓梯間核心筒側(cè)邊，兩端座落于核心筒墻側(cè)鋼牛腿上，作為主要受力結(jié)構(gòu)，每根貝雷梁由3片標(biāo)準(zhǔn)貝雷片栓接而成，標(biāo)準(zhǔn)貝雷片尺寸為3m長，1.5m高。貝雷梁作為受力主梁，在貝雷梁上部間距1050mm均布22#工字鋼受力次梁，其作為上部支模架立桿的支座。

圖3 貝雷片

圖4 貝雷梁組合平臺方案立面圖

由于貝雷梁普遍用于公路橋梁工程中，普通民用建筑使用量較少，經(jīng)驗不足，需要分包專業(yè)的租賃單位進(jìn)行安拆，且本工程使用量少，成本較高，不宜采用。

（2）下?lián)涡弯摻M合平臺方案

方案選用在結(jié)構(gòu)邊外挑方向設(shè)置間距1050mm均布22#工字鋼受力主梁，每根工字鋼梁下部設(shè)置直徑140×5的鋼管支撐，斜撐長度6.2m，工字鋼梁作為支模架立桿的支座。

該方案斜撐與水平夾角為30°，計算長度為6.2m，軸心受壓，軸力較大，存在較大水平剪力，節(jié)點(diǎn)連接處內(nèi)力大，焊接工程量且斜撐數(shù)量多，節(jié)點(diǎn)焊接工程量大，受力不合理，不宜采用。

圖5 下?lián)涡弯摻M合平臺方案剖面圖

（3）鋼絲繩斜拉型鋼平臺方案

在柴油降解的初期，搖瓶內(nèi)的柴油呈膜狀漂浮在水面上，水相澄清。隨著時間的延長，水相開始逐漸變渾濁，柴油呈油滴狀。隨著培養(yǎng)時間的進(jìn)一步延長，柴油液滴越來越小直至液面上無明顯油滴，液相呈乳白色。發(fā)酵液離心去除菌體后用鹽酸調(diào)節(jié)至pH=2.0，在4 ℃下冷藏過夜，無沉淀產(chǎn)生。用氯仿-甲醇(2∶1，體積分?jǐn)?shù))混合液萃取發(fā)酵液中的表面活性劑，將萃取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到物質(zhì)為棕黃色粉末。

方案選用在結(jié)構(gòu)邊外挑方向設(shè)置間距1050mm均布22#工字鋼受力主梁，每根工字鋼梁上部設(shè)置直徑25 的斜拉鋼絲繩，中間通過節(jié)點(diǎn)板連接，鋼絲繩端部通過預(yù)埋直徑28 的拉環(huán)，工字鋼梁作為支模架立桿的支座。

該方案施工成本低，主要受力構(gòu)件為斜拉鋼絲繩，斜拉角度為30°，鋼絲繩端部錨固位置處結(jié)構(gòu)梁應(yīng)力集中，容易造成結(jié)構(gòu)損壞而發(fā)生破壞，且該方案為柔性受力體系，剛度小，花架結(jié)構(gòu)混凝土荷載加載后會產(chǎn)生明顯豎向變形，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量，不宜采用。

圖6 鋼絲繩斜拉型鋼平臺方案剖面圖

（4）八字斜撐連續(xù)梁型鋼平臺方案

方案選用在跨度方向兩側(cè)樓梯間核心筒間設(shè)置兩根32a#工字鋼梁，在工字鋼跨度1/3 點(diǎn)處分別設(shè)置一道28a#工字鋼斜撐，支座分別落于兩側(cè)核心筒墻體邊，形成帶八字斜撐的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，為保證工字鋼斜平面外失穩(wěn)，在斜撐之間設(shè)置間距1.5m 直徑114×6 的鋼管連桿，以減小平面外計算長度，同時在兩榀連續(xù)梁中間設(shè)置直徑114×6 的鋼管連桿，保證兩榀連續(xù)梁形成整體，其作為主承重結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)邊外挑方向設(shè)置間距1050mm均布22a#工字鋼受力次梁，其作為支模架立桿的支座。

經(jīng)過對上述技術(shù)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、安全性進(jìn)行綜合分析比較，采用八字斜撐連續(xù)梁型鋼平臺方案是可行的。

圖7 八字斜撐連續(xù)梁型鋼平臺方案立面圖

3 平臺結(jié)構(gòu)體系計算

3.1 荷載取值

采用品茗建筑安全計算軟件（V12.6 版）對支模架上部混凝土施工荷載及架體自重進(jìn)行設(shè)計計算，提取支模架立桿最不利軸力設(shè)計值。

計算鋼組合平臺底部操作層活荷載及平臺自重，進(jìn)行荷載分項組合，提取均布荷載組合設(shè)計值。

3.2 構(gòu)件內(nèi)力計算及承載力復(fù)核

4 施工工藝流程

屋面層斜撐根部預(yù)埋件預(yù)埋→屋面層混凝土澆筑→地面工字鋼斜撐放樣下料→單榀工字鋼梁與斜撐焊接成型→塔吊雙點(diǎn)起吊至屋面安裝到位→工字鋼梁梁端U 形環(huán)固定→斜撐根部與預(yù)埋件頂緊并焊接到位→依次吊裝工字鋼次梁并固定→焊接斜撐及工字鋼梁水平連桿→采用鋼管和模板鋪設(shè)操作平臺→對鋼平臺進(jìn)行1.5 倍荷載堆載實驗→進(jìn)行變形監(jiān)測校核→卸載→進(jìn)行上部花架結(jié)構(gòu)支模架及外架搭設(shè)→花架結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎及混凝土澆筑。

5 施工質(zhì)量及安全保證措施

5.1 原材料要求

（1）主梁采用32a#工字鋼，斜撐采用28a#工字鋼，主梁及斜撐間水平連桿采用直徑114×6 鋼管，水平懸挑次梁采用22a#工字鋼，其力學(xué)性能應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，材料進(jìn)場時，應(yīng)有材料合格證，按規(guī)定進(jìn)行抽樣復(fù)試，合格后方可使用。型鋼必須采用整根，不得采用拼接方式連接后使用。

（2）電焊條、U 形環(huán)及其他預(yù)埋鋼板必須采用相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.2 焊接質(zhì)量要求

（1）斜撐與工字鋼主梁下翼緣焊接必須四面圍焊，焊縫高度不小于6mm，焊縫不得存在夾渣、氣孔、裂紋等質(zhì)量問題，吊裝前焊縫必須經(jīng)過超聲波檢測合格。

5.3 構(gòu)造措施要求

（1）工字鋼斜撐平面外采用直徑114×6 鋼管水平連桿焊接成整體，減少受壓構(gòu)件斜撐平面外計算長度，提高其平面外穩(wěn)定性，連桿間距1.5m。

（2）在工字鋼主梁腹板間采用直徑114×6 鋼管水平連桿將兩榀鋼梁焊接成整體，連桿間距2m，以防止平面外失穩(wěn)。

（3）主梁下翼緣與斜撐焊縫處設(shè)置鋼板抗剪鍵，鋼板抗剪鍵與斜撐頂緊，以防止焊縫破壞導(dǎo)致斜撐結(jié)構(gòu)失效。

（4）斜撐與主梁支點(diǎn)處應(yīng)力集中，主梁腹板設(shè)置2 道豎向鋼板加勁肋，以主梁減小剪應(yīng)力。

（5）懸挑工字鋼次梁上翼緣采用直徑22 螺紋鋼雙面焊接成整體，螺紋鋼間距小于2.7m，從而防止工字鋼次梁失穩(wěn)破壞。

5.4 載荷試驗及監(jiān)測

鋼平臺搭設(shè)完成后，計算上部結(jié)構(gòu)及支模架總體自重，采用袋裝砂進(jìn)行堆載試驗，堆載荷載為總質(zhì)量的1.5 倍，堆載平面均勻，逐漸加載，加載前后采用DS3 水準(zhǔn)儀對跨中沉降變形進(jìn)行監(jiān)測，變形允許值不大于1cm。

5.5 施工安全作業(yè)

（1）高空作業(yè)前進(jìn)行安全技術(shù)交底，檢查特種作業(yè)證書及身體情況。

（2）作業(yè)過程中必須正確佩帶好安全繩，安全帽，專職安全員進(jìn)行監(jiān)督，監(jiān)理旁站。

（3）鋼平臺搭設(shè)完成后，需要經(jīng)各方驗收合格，掛牌后投入使用。

（4）施工過程中操作平臺不得堆載其他材料，活荷載不得超過設(shè)計值2kN/m2。

6 結(jié)語

（1）前期根據(jù)工程自身特點(diǎn)，進(jìn)行多方案比選，確定了八字斜撐連續(xù)梁型鋼平臺施工方案，該方案經(jīng)濟(jì)合理，受力明確，安全可靠，施工簡便，對其他類似項目具有一定借鑒意義。

（2）模架支撐鋼平臺施工過程中，嚴(yán)格按照方案要求進(jìn)行施工，各工序順利進(jìn)行，平臺加載變形值在允許范圍值以內(nèi)，上部混凝土澆筑成型質(zhì)量較好，梁底板底均無明顯下沉。