屋頂懸挑梁支撐架施工技術

□文/朱伯忠 喻四純 李學亮

□喻四純、李學亮/中建三局第三建設工程有限責任公司。

屋頂懸挑梁支撐架施工技術

□文/朱伯忠 喻四純 李學亮

許多建筑在屋面頂端采用高大混凝土架體且架體懸挑于建筑主體外，通過外檐裝修使建筑物外側形成獨特的造型，從而提高了建筑立面的整體藝術效果，但是由此而來的高空支撐體系施工難度也是越來越大。文章通過工程實例對高空懸挑支撐架的成功選用和施工應用進行論述。

懸挑梁；支撐；施工技術

1 工程概況

海泰·渤龍天地商業街21#A地塊工程位于天津濱海新區，由商業樓、辦公樓和酒店組成。酒店部分地下1層，地上15層，標準層層高3.60m，屋面層層高4.200 m，屋面層標高59.00m。屋面以上女兒墻為4.2m高，墻厚200mm，其頂面標高為63.200m。屋面結構最外側均有結構懸挑出外側女兒墻，1軸向外懸挑3100mm位置的框架梁，標高63.20m，對比59.00m，實際懸挑0～2700mm；8軸向外懸挑4100mm位置的框架梁，標高63.20m，對比59.00m，實際懸挑1900mm。懸挑截面尺寸400mm×600mm，聯系梁挑截面尺寸300mm×600 mm，混凝土強度等級為C30。見圖1。

2 支撐方案選擇

施工前，初步選取了2種方案。

1）利用現有的外圍護懸挑腳手架進行改造。在59.00m設置鋼管斜支撐并通過計算后加固。重點解決腳手架立桿承重以及斜支撐的計算，外挑梁頂端的腳手架還可以與外墻腳手架連貫，能確保施工人員的安全。由于屋頂設置有女兒墻，與內側滿堂架的連接需要專門預留孔洞。該方案施工速度慢；防護面積大，硬防護不易施工，拆除危險性較大；架體搭設復雜，不利于檢查和過程控制。

2）在59.00m設置20a型鋼懸挑平臺，長度6、9m，間距900mm，充分利用原有結構條件，在高空大懸挑結構的下一層，安裝工字鋼懸挑梁，在懸挑梁上鋪上跳板，形成安全、可靠的工作平臺。在平臺上搭設鋼管腳手架、支立模板，施工高空大懸挑的鋼筋混凝土結構。該方案施工速度快；直接設置在型鋼上，方便快捷，方便拆除；簡單，受力傳遞明確，便于控制。缺點是增加型鋼購置費用。

2種方案比較后，認為第2種方案可行，但必須進行有效地支撐設計和計算。

3 構造設置

外墻懸挑腳手架在第15層布置懸挑裝置。支撐外腳手架荷載為20a工字鋼，間距0.9m，腳手架每步高1.2m，懸挑位置到懸挑梁底部為4.20m。

3.1 外挑工字鋼的構造設置

外挑工字鋼從1軸外挑自由端長度3150mm；1軸內錨固端長度5850mm，工字鋼總長度為9000mm。

工字鋼按照間距900mm擺設；懸挑工字鋼錨固端預埋2根φ20mm“Π”字形固定件，固定件第1道在距離1軸1400mm開始埋設；第2道距第1道1500mm；第3道距第2道1500mm；預埋件置于板筋底層網片下部；外挑端滿堂腳手架根部焊接100mm高，HRB335級25鋼筋。見圖2。

3.2 外挑工字鋼的卸載構造設置

根據計算采用斜撐卸載的措施。由于懸挑部分荷載較大，女兒墻預留埋件，施工期間利用20a 工字鋼與埋件焊接形成穩定的三角形結構。同時考慮女兒墻是懸臂結構，設置埋件與B 軸框架柱連接。見圖3。

3.3 滿堂腳手架搭設構造設置

立桿的構造布置。立桿縱向按工字鋼間距900mm布置，橫向挑梁部分按900mm布置、屋面板部分按1200mm布置，步距1軸處為1200mm，8軸處為1500 mm。

橫桿的構造布置。掃地桿距離外挑工字鋼150mm雙向滿堂布置，所有立桿與掃地桿連接為整體且與內側滿堂架掃地桿連接為整體；掃地桿搭設后其余橫桿按照間距900mm或1200mm雙向布置；橫桿與內側滿堂架橫桿連接為整體。

4 外墻懸挑腳手架做支撐承重分析

4.1 計算時所作假設

1)在計算懸挑梁荷載時，外墻線以內的梁自重均由內立桿支撐且內立桿無失穩現象。

2)外墻線外的懸挑梁在其2.5m的長度內，設3點支撐，由腳手架組成的頂撐為面承重，其他為線承重。

3）框架梁和板的重量均由各自的立桿支撐，忽略其對懸挑梁的影響。

4）考慮施工時懸挑梁位置處所附加的施工荷載。

根據上述4點假設，經計算，懸挑梁下腳手架4根立桿所組成的格構式立柱的強度和穩定性均符合要求，梁頂端斜桿的強度和穩定性也符合要求。

4.2 架體穩定性驗算

滿堂架單根立桿受力面積為900mm×900mm，采用分級驗算的方法驗算。不考慮卸載設置，僅驗算工字鋼本身是否滿足各項指標；其次，如果不能夠滿足再考慮設置加強措施能否滿足要求。

按照《建筑施工手冊（第四版）》及JGJ130—2001《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》進行荷載匯集。當結構主體施工時，其施工荷載取值3.0kN/m2，按照十字梁疊加原則，立桿的軸力是7.83kN。工字鋼按照懸臂連續梁計算，水平鋼梁的穩定性計算σ=339.247N/mm2＞[f]=215N/mm2，需增強集中荷載下鋼管腳手架的強度和剛度。增加型鋼斜支撐后支桿強度性計算值σ=11.11N/mm2＜[f]=215N/mm2，滿足要求。

4.3 樓板強度計算

板筋為HRB335級10mm鋼筋，雙層雙向間距150 mm，板厚為120mm，樓板混凝土強度等級為C30。

考慮預埋件間距，選1000mm寬板帶作為計算對象，即按照1000mm×1200mm梁計算。

取1000mm寬板帶做為驗算結構件，有效高度為h0=120-15=105mm，配筋為上下各10根HRB335級10mm鋼筋。可求：ξb=β1/(1+fy/Esεcu)=0.69；可得M1=61.2kN·m＜86.1kN·m，因為板為雙層雙向對板，應對另一方向進行承載力驗算，由于在工字鋼軸向只有3個荷載，所以不需要再進行驗算。

4.4 出挑工字鋼下的框架梁承載力驗算

1）計算模型

按照剛度分配以及力最短距離傳遞原則，型鋼上的荷載先傳遞給懸梁，再連同懸梁自重一起傳遞給挑出的梁；板上的荷載則往懸梁、挑梁和主梁同時傳遞；板為四邊固支的板，考慮板上一半的荷載傳遞給挑梁，可以不必驗算板的受力。因為梁兩邊受荷載不相等，有一定的扭矩，考慮到扭矩較小及計算的復雜性，不再單獨驗算。

對1軸處59.0m標高出挑工字鋼下的300mm×900mm框架梁進行驗算，見圖4。

圖4中，N1為梁上女兒墻和梁的部分重量；N2、N3為腳手架傳遞的集中荷載，包括了頂層出挑梁及模板、鋼管自重；F1、M1為外伸工字鋼梁傳遞的荷載，已由上面的計算中得到；Q為均布荷載，包括板和工字鋼的自重、施工荷載。

2）參數計算

經 計算，F1=83.68kN，M1=146.72kN·m，N1=96.61 kN，N2=N3=8.34kN，Q=29.055kN/m，則框架梁所受彎矩值為M=146.72+83.68×1.9+96.61×1.8+8.34×1.55+8.34×0.35+29.055×1.9×1.9/2=547.9（kN·m）。

3）抗彎驗算

梁高900mm，保護層厚度雙排70mm，單排30mm。受拉區鋼筋達到屈服，則設計抗彎[M]=956.93kN·m＞M1=547.9kN·m，滿足抗彎要求。

4）抗剪計算

選擇挑梁的根部截面作為計算截面，剪力值為Vs=F1+N1+N2+N3+QL=252.2kN

按集中荷載控制的梁進行計算，取λ=1.9/0.83=2.29，則抗剪設計值為Vu=439.4kN＞Vs=252.2kN，滿足抗剪要求。

5保證腳手架穩定采取措施

懸挑腳手架橫桿與15層滿堂腳手架立桿拉結為整體且至少連接兩道立桿；橫向剪刀撐與15層滿堂腳手架連接為整體，至少與兩跨立桿連接；掃地桿與15層腳手架立桿連接為整體且至少連接兩道立桿；懸挑結構與女兒墻預留埋件焊接形成三角形穩定結構，以達到抗傾覆效果；在主梁頂端，設兩根斜撐，通過腳手架立桿，與主立桿相連，以減小懸挑結構重力對腳手架的壓力。

為增強集中荷載下腳手架立桿的承載力，對在主框架梁下的腳手架單元，按格構式進行豎向結構的加固，以保證腳手架的整體穩定。每一根懸挑梁下的鋼管格構柱，每隔1.80m與混凝土柱相連，以減小格構柱的計算長度。懸挑梁頂端之間的連系梁較小，可以采用斜撐按間距0.80m布置，其下支撐點為內立桿中部。

6 注意事項

1）支撐腳手架重量的懸挑型鋼強度和穩定性須得到保證。

2）與建筑物垂直的腳手架側面懸挑梁下的立桿間加設斜腹桿，以形成格構式支撐立柱。

3）為減小或消除懸挑部位的施工附加荷載，澆筑混凝土時，懸挑部位所需要的混凝土，用人工進行。

4）工字鋼平臺上應設置密目安全網和腳手板的雙重安全防護，專人負責及時清除平臺上的雜物，以防止高空落物傷人。

5）工字鋼平臺周邊的臨空面應先期設置安全防護欄桿并隨著排架的搭設，及時用安全網進行全封閉的安全圍護。

6）模板支撐系統的鋼管腳手排架與結構的相鄰處，應每步每架設置剛性連墻桿，其余部位應與內排架聯結成整體，以提高排架支撐系統的整體穩定性。

7 結語

采取上述措施后，高63.20m懸挑梁和板成功進行了混凝土的澆筑，沒有發生立桿失穩現象，取得了既經濟又安全的效果。本文所述做法，是在特殊情況下所采用的，不能使用在普遍場合。如利用外墻腳手架或設計專門懸挑支撐裝置，應盡可能縮短懸挑支撐高度，并須絕對保證施工安全。

TU745

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1008-3197（2011）02-30-03

2011-03-15

朱伯忠/男，1974年出生，工程師，天津濱海能源發展股份有限公司，從事工程管理工作。

□喻四純、李學亮/中建三局第三建設工程有限責任公司。