超高層外檐斜柱懸挑架體設計及施工技術

□文/張 巍 肖晨暉 李建軍

1 工程概況

天津武清開發區新建行政審批中心工程整體建筑地下1層，地上20層，總建筑高度98 m。3層以上分為東西2個塔樓，15～20層設鋼結構連廊，西塔樓東側外檐為傾斜外檐，外檐斜柱傾斜角度5.72°，斜柱截面1 100mm×1 100mm，每層向外延伸0.45 m，標準層層高4.5 m。

2 工程重點和難點

常規懸挑腳手架，一般懸挑長度為1.2 m，包括立桿距結構距離、雙排立桿間距，當主體結構存在傾斜外檐時，型鋼懸挑長度還應包括懸挑外檐的平面投影長度，根據本工程結構特點，懸挑架體搭設具有以下重點、難點：

1）型鋼懸挑長度增大，安全系數小，施工難度大；

2）結構陽角處大截面傾斜混凝土柱，截面尺寸1 100mm×1 100mm，型鋼布設困難；

3）結構梁下鋼結構“人”字撐，影響工字鋼平面布置；

4）陰陽角結構處型鋼錨固處理。

3 架體方案設計

懸挑型鋼采用φ48mm×3.5mm鋼管，型鋼平面間距1.5 m，架體搭設步距1.5 m，內外排立桿間距800mm，懸挑型鋼采用工字鋼。

3.1 初步方案

3～16層為傾斜外檐，初步定于結構8、12、16層設置懸挑，架體搭設高度25 m，傾斜外檐處型鋼懸挑長度3.865 m，設計采用9 m長20a工字鋼，見圖1和圖2。

圖1 懸挑架體搭設剖面

圖2 9 m工字鋼懸挑3.86 m剖面搭設

3.1.1 增設立桿

因為工字鋼懸挑長度較大，采用φ48mm×3.5mm扣件式鋼管腳手架，懸挑型鋼上設置4排立桿，隨結構傾斜刪減立桿，至懸挑架體頂部處保持雙排立桿。

3.1.2 型鋼加固

常規懸挑架體型鋼上設置鋼絲繩與上部結構拉結作為安全儲備，不參與受力計算，本工程最大懸挑長度達到3.865 m，在安全計算時，鋼絲繩參與計算，處于受力狀態，為此必須對型鋼采取加固措施才能保證其受力穩定。

1）方案一。型鋼上設置鋼絲繩作為安全措施，在1根型鋼上設置2根鋼絲繩，1根受力，另1根作為安全儲備。

2）方案二。型鋼底部設置鋼管支頂，支頂采用雙48mm×3.5mm鋼管，鋼管端部通過槽鋼與型鋼焊接頂嚴，雙鋼管底部支頂至下層樓板并與下層支模架體水平橫桿拉結，見圖3。

圖3 型鋼下部鋼管支頂節點

3.1.3 方案存在問題

1）鋼絲繩屬于柔性材料，現場人工鋼絲繩備緊程度不可控制，造成鋼絲繩間的受力差異，導致架體的變形。

2）下部雙鋼管支頂焊接施工難度較大。

3）型鋼最大懸挑長度3.865 m，按照規范要求懸挑長度不宜＞3 m。

4）懸挑架體所在樓層較高且工程周邊空曠，應考慮風載荷對架體安全的影響。

3.2 方案優化

綜上考慮，雖在原設計中通過增設鋼絲繩或者型鋼下部支頂的方式能滿足理論計算要求，但安全儲備較低，對原設計進行優化。

3.2.1 降低架體搭設高度

傾斜外檐處型鋼懸挑長度與懸挑樓層的高度成正比，降低懸挑架高度以減少型鋼懸挑長度。原方案中設計分別在8、12層設置懸挑，懸挑高度25 m；現分別在8、10、12層設置懸挑，懸挑高度 10.5 m。

3.2.2 減少懸挑長度

型鋼懸挑長度減少至2.76 m，型鋼上設置3排立桿；懸挑長度及架體搭設高度降低，鋼絲繩拉結僅作為安全措施，不參與計算，設置1根鋼絲繩即可滿足架體搭設要求。

4 外檐斜柱懸挑架體節點處理

針對傾斜外檐及結構陽角處存在大截面勁性結構柱的特點，對斜柱處的懸挑架體節點進行優化設計。

4.1 立桿

常規處雙排架體，內外排間距800mm，在傾斜外檐處，設置3排立桿，間距800mm設置，通過增加立桿，滿足傾斜結構的施工要求。

4.2 型鋼布設

常規搭設架體按照1.5 m間距平面布置懸挑型鋼，結構陽角型鋼按照端部間距≯1.5 m的原則扇形布置。

本工程結構四角存在大截面勁性混凝土結構柱，截面尺寸1 100mm×1 100mm，工字鋼無法穿過結構柱布設，勁性結構柱兩側工字鋼端部距離＞1.5 m。結構梁下存在“人”字鋼結構斜撐，斜撐平面投影寬度1 m，結構柱兩側工字鋼間距＞1.5 m。

工字鋼端部間距超過1.5 m，若按常規工字鋼間鋪設鋼管，則鋼管彎矩過大，不能滿足施工要求；在施工中針對1.5 m以上間距的懸挑鋼肋板處焊接2段14#工字鋼，20a工字鋼肋板處焊接6mm厚鋼綴板，綴板其余三側與14#工字鋼焊接牢固，內外排立桿均設置，見圖4。

圖4 14#工字鋼設置

4.3 角柱處架體處理

4.3.1 工字鋼垂直布置

結構外檐存在大截面角柱，在外檐斜柱與非傾斜結構陽角處兩側的懸挑外檐長度不一致，選用的懸挑型鋼長度也不一致，若采用扇形布置，型鋼懸挑長度太大，不安全也不經濟，因此，型鋼采用垂直交叉布置，在每個工字鋼重疊位置前后側加設錨固，見圖5。

圖5 陽角大截面角柱垂直交叉工字鋼

懸挑腳手架型鋼后手錨固一般采用U型鋼筋固定、錨固螺栓固定2種形式，見圖6和圖7。

圖6 U型鋼筋固定構造

圖7 錨固螺栓固定構造

在工字鋼重疊部位前后兩側設置U型鋼筋錨固，上部工字鋼后手采用木方等材料墊高處理，見圖8。

圖8 重疊工字鋼錨固

4.3.2 工字鋼扇形布置

無傾斜外檐角柱處，扇形布置工字鋼，工字鋼重疊處添加節點板焊接處理。斷開一根工字鋼，下部設置8mm厚鋼板，兩工字鋼四周與鋼板焊接，工字鋼截斷處前后側添加一道錨固，見圖9。

圖9 重疊工字鋼節點板焊接構造

4.4 懸挑結構板加固處理

結構懸挑長度較大，型鋼設置在結構懸挑處，工字鋼與結構加設20mm直徑對拉螺栓與結構柱拉結處理，同時在下部結構梁（柱）預埋鋼板，焊接鋼管支頂。

5 結語

武清行政審批中心工程是典型的傾斜外檐結構，結構中存在大截面斜柱，外檐尺寸懸挑大、外檐復雜。施工中，在傳統懸挑架體搭設的基礎上，進行了改進升級，采取增加懸挑次數、降低架體搭設高度，形成傾斜外檐階梯式外架體，提高了安全系數，降低了施工難度，解決了外檐斜柱架體的搭設難題。