高位懸挑鋼結構施工與檢測技術分析

朱志春 （安徽省建筑工程質量第二監督檢測站，安徽 合肥 230031）

0 前言

高位懸挑鋼結構在本質上屬于梁板結構，是利用拉索等方式使建筑主體結構向建筑主體外部延伸而形成的懸臂結構，例如陽臺、挑廊通常情況下懸于空中。常規的懸挑結構可以起到遮風避雨的作用，在早期建筑當中應用廣泛，而隨著施工技術的發展，形成了高位懸挑鋼結構，此類懸挑結構具有更強的承重能力等，所以應用功能更加豐富，目前常用于大型綜合體建筑內。但高位懸挑鋼結構的應用步驟較為復雜，稍有不慎易造成質量或安全隱患，因此在安全原則下，我們需要對其規范施工方法、質量檢測技術進行分析，這也是本文研究課題的意義所在。

1 高位懸挑鋼結構受力特點

因不同工程項目的高位懸挑鋼結構存在差異，所以受力特點不同，不能一概而論，在這一條件下本文將結合實例展開分析。

1.1 實例概況

某大型綜合體工程包含大量的鋼結構，該工程A樓西北角的15層至屋面層樓面結構屬于高位大懸挑鋼結構，結構共涵蓋了3個樓層，每層高度為3.6m。根據該工程施工方案得知，其懸挑鋼結構的最大外挑距離為11.525m，平面部分設計成等腰三角形。樓層板采用鋼壓型板+混凝土層組合而成，15層處的外挑鋼柱，由拉桿與屋面層型鋼混凝土鋼柱連接組成[1]。

1.2 受力特點

案例15樓以上的懸挑鋼結構，主要采用鋼拉桿作為輔助口設置材料，其具有輔助懸挑鋼結構受力的作用，因此鋼拉桿的性能與整體結構的受力特點有密切聯系。依照工程設計圖紙得知結構中共含有4個鋼拉桿，依照設計要求1號鋼拉桿拉力需要達到592N、2號鋼拉桿拉力需要達到582N、3號鋼拉桿拉力需要達到426N、4號鋼拉桿拉力需要達到453N，最后進行檢測確認所有拉桿均滿足設計要求[2]。

2 高位懸挑鋼結構施工安裝

2.1 吊裝設備規范要求

因案例高位懸挑鋼結構施工樓層高度較高，所以需要采用吊裝設備來完成作業，但介于不同結構構件的重量區別，需要對吊裝設備進行選型，要求設備同時滿足高度與起重要求。依照工程核算結果，其高位懸挑結構各構件的最大重量為73.4kN屬于大型構件，所以工程單位選擇了TC7035B型號的塔式起重機，該起重機的起重量為7.8t，滿足最大構件重起吊要求。此外在案例工程當中，其有一6.8t的構件離起重機較遠，處于起重范圍邊緣，所以在物理學角度上，起重機可能無法承載該構件，施工易產生安全隱患，所以將采用125支撐和50kN的手拉葫蘆來控制該構件起吊時的穩定性[3]。

2.2 構件安裝方案

在吊裝設備滿足要求的條件下，即可進入構件安裝階段，該階段當中需要嚴格依照設計方案來開展工作，案例構件安裝方案分為兩個部分，即安裝順序與各工況安裝要求，兩個部分的具體內容見下文。

①安裝順序

根據施工計劃，依照由低至高的順序進行構件安裝，即15層→16層→17層→樓頂。

②各工況安裝要求

根據安裝順序要求可見構件安裝范圍較大，所以在不同構件安裝時，會產生各種工況，針對這一點工程單位預設了3個工況，并提出了各工況下的安裝施工要求。各工況安裝要求如下。

工況1：針對15層的吊裝構件，在吊裝之前先安裝主鋼梁以及另一軸線鋼拉桿，其中主鋼梁與混凝土柱連接。拉桿長度為11.4m，一端與樓頂混凝土主鋼梁連接，形成40°的夾角，另一端與15層主鋼梁臨時連接，在這一基礎上對主鋼梁的高度、位置進行調整，使其達到設計標準。此外，根據15層主鋼梁長度進行計算，確認其2/5處應力表現不良，所以需要設置臨時支撐。

工況2：針對15層的地面安裝構件，在正式安裝之前先組裝、加工出鋼柱與長度為1.4m的拉桿，隨后將兩者組合在一起形成40°夾角備用。啟動吊裝設備起高鋼柱與拉桿組合至標高處，再將拉桿部分與混凝土型鋼柱耳板連接，鋼柱與工況1中的主鋼梁連接，連接完成之后取下主鋼梁臨時支撐。此外，在安裝完成之后需要再加裝兩根拉桿，以保障結構穩定。

工況3：針對16層、17層以及樓頂位置，因為這三個部分的構件安裝需要整體操作，且所有構件類型相同，所以被歸納與同一工況當中。具體要求：安裝鋼柱、鋼梁，安裝當中要嚴格依照標高設計要求來完成作業，且依照由低至高原則，逐層完成并連接即可；逐層進行壓型鋼板鋪裝，再進行焊接栓釘，鋼筋綁扎，混凝土澆筑即可。

3 檢測技術應用

3.1 檢測方法

采用振動頻率法進行檢測，該方法可以對懸挑鋼結構的拉應力進行檢測，再根據拉桿拉力與拉桿受力的振動頻率，計算得出結構拉力數值，同時計算時要綜合考慮到拉索邊界條件、垂度、斜度、阻尼器、抗彎剛度等因素對振動影響，以免計算結果不準確，最后將檢測結果與設計標準值進行對比，可以判斷懸挑鋼結構是否存在質量或安全隱患。

此外在計算方法方面，針對拉索索力，需要先獲取拉桿長度、每延米的質量、拉索界面彎曲剛度，后測試振動頻率，依照公式（1）進行計算即可，但如果拉桿的兩端邊界無法形成較差支撐時，上述方法不可應用，需要采用有限元軟件，利用有限元原理來進行計算，即通過有限元軟件計算方法，對拉桿的拉桿拉力進行假設，隨后求得不同假設條件下的拉桿振動頻率，該步驟反復操作直至拉桿振動頻率與測量時的頻率值誤差差距在0.1以內時，才能將有限元計算結果作為最終計算結果。

式中T代表拉桿拉力、m代表每延米的質量、fn代表拉桿某階振動頻率、n代表振動階次、L代表拉桿的計算長度、EI代表拉桿截面彎曲剛度。

3.2 檢測儀器

根據案例檢測方案得知，懸挑鋼結構需要5大儀器，即壓電式加速度計、低通濾波放大器、智能信號采集分析儀、綜合測試儀、智能弦式數碼應變計。各儀器的參數見表1。

3.3 檢測流程

各檢測儀器參數 表1

案例整個檢測流程：首先采用夾具將加速度傳感器安裝在拉桿上，通過傳感器的功能可以采集到拉桿振動頻率信號，同時使用放大器將信號放大，以便于采集分析儀接收，待采集分析儀將信號全部收集后，發送給綜合測試儀可以形成振動頻譜，在這一基礎上通過智能弦式數碼應變計進行譜分析工作，可得拉桿多階自振頻率。其次根據拉桿實測頻率、長度、線密度、垂度、邊界條件抗彎剛度等，對拉桿拉力進行計算。

3.4 測試結果

測試結果見表2。

各鋼拉桿拉力測試結果 表2

由測試結果可見，4根拉桿的頻率與拉力與設計要求相符，均處于合理區間，所以其質量與安全性可靠。

4 結語

本文對高位懸挑鋼結構施工與檢測技術進行了分析，通過分析得到結論。結合案例，對高位懸挑鋼結構的受力特點進行了分析，明確了施工重點以檢測目標；針對結構施工方法進行了分析，闡述了其吊裝要求、各工況要求以及注意事項；對案例施工成果的檢測方法進行了闡述，并根據結果證實案例工程沒有質量或安全隱患，說明施工方法可以借鑒。