高空大跨懸挑結構施工方案比選及施工質量控制

航達建設集團有限公司，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，標準層層高為2.95m，總建筑高度為94.35m，為剪力墻結構。因建筑造型設計要求，高層住宅屋面設計有混凝土花架結構，花架結構層頂面標高為99.50m，花架結構外邊緣從底部標準層結構邊緣懸挑出7350mm，懸挑結構梁截面為200mm×850mm、200mm×250mm、200mm×700mm，板厚為100 mm，結構混凝土等級為C30，花架結構橫跨住宅兩側樓梯間核心筒，將核心筒連成一體，結構凈跨度為9600mm。由于花架結構從下部結構邊外挑長度大，跨度大，且位于99.50米高空進行作業，為保證花架支模架安全、快速的搭設，需要在該花架下部搭設施工平臺，作為支模架及上部操作荷載的承力結構，該承力結構平臺施工難度大、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，同時節約工期和成本。

2 方案比選

根據本工程的跨度及荷載情況，同時參照其他類似工程經驗，考慮以下4 種施工方案進行綜合比選。

（1）貝雷梁組合平臺方案

貝雷梁是世界上應用廣泛，最為流行的一種橋梁，它具有結構簡單，運輸方便，架設快速，分解容易的特點。同時具備承載能力大，結構剛性強，疲勞壽命長等優點。

圖1 高空大跨懸挑結構BIM 模型

圖2 高空大跨懸挑結構平面圖

方案選用兩根貝雷梁，貝雷梁架設于樓梯間核心筒側邊，兩端座落于核心筒墻側鋼牛腿上，作為主要受力結構，每根貝雷梁由3片標準貝雷片栓接而成，標準貝雷片尺寸為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，經驗不足，需要分包專業的租賃單位進行安拆，且本工程使用量少，成本較高，不宜采用。

（2）下撐型鋼組合平臺方案

方案選用在結構邊外挑方向設置間距1050mm均布22#工字鋼受力主梁，每根工字鋼梁下部設置直徑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，節點連接處內力大，焊接工程量且斜撐數量多，節點焊接工程量大，受力不合理，不宜采用。

圖5 下撐型鋼組合平臺方案剖面圖

（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。隨著培養時間的進一步延長，柴油液滴越來越小直至液面上無明顯油滴，液相呈乳白色。發酵液離心去除菌體后用鹽酸調節至pH=2.0，在4 ℃下冷藏過夜，無沉淀產生。用氯仿-甲醇(2∶1，體積分數)混合液萃取發酵液中的表面活性劑，將萃取液旋轉蒸發后得到物質為棕黃色粉末。

方案選用在結構邊外挑方向設置間距1050mm均布22#工字鋼受力主梁，每根工字鋼梁上部設置直徑25 的斜拉鋼絲繩，中間通過節點板連接，鋼絲繩端部通過預埋直徑28 的拉環，工字鋼梁作為支模架立桿的支座。

該方案施工成本低，主要受力構件為斜拉鋼絲繩，斜拉角度為30°，鋼絲繩端部錨固位置處結構梁應力集中，容易造成結構損壞而發生破壞，且該方案為柔性受力體系，剛度小，花架結構混凝土荷載加載后會產生明顯豎向變形，嚴重影響混凝土結構成型質量，不宜采用。

圖6 鋼絲繩斜拉型鋼平臺方案剖面圖

（4）八字斜撐連續梁型鋼平臺方案

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

經過對上述技術方案進行經濟性、安全性進行綜合分析比較，采用八字斜撐連續梁型鋼平臺方案是可行的。

圖7 八字斜撐連續梁型鋼平臺方案立面圖

3 平臺結構體系計算

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行設計計算，提取支模架立桿最不利軸力設計值。

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

3.2 構件內力計算及承載力復核

4 施工工藝流程

屋面層斜撐根部預埋件預埋→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→塔吊雙點起吊至屋面安裝到位→工字鋼梁梁端U 形環固定→斜撐根部與預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操作平臺→對鋼平臺進行1.5 倍荷載堆載實驗→進行變形監測校核→卸載→進行上部花架結構支模架及外架搭設→花架結構鋼筋綁扎及混凝土澆筑。

5 施工質量及安全保證措施

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，其力學性能應符合國家現行標準要求，材料進場時，應有材料合格證，按規定進行抽樣復試，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 形環及其他預埋鋼板必須采用相關國家標準要求。

5.2 焊接質量要求

（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、裂紋等質量問題，吊裝前焊縫必須經過超聲波檢測合格。

5.3 構造措施要求

（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，減少受壓構件斜撐平面外計算長度，提高其平面外穩定性，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。

（3）主梁下翼緣與斜撐焊縫處設置鋼板抗剪鍵，鋼板抗剪鍵與斜撐頂緊，以防止焊縫破壞導致斜撐結構失效。

（4）斜撐與主梁支點處應力集中，主梁腹板設置2 道豎向鋼板加勁肋，以主梁減小剪應力。

（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破壞。

5.4 載荷試驗及監測

鋼平臺搭設完成后，計算上部結構及支模架總體自重，采用袋裝砂進行堆載試驗，堆載荷載為總質量的1.5 倍，堆載平面均勻，逐漸加載，加載前后采用DS3 水準儀對跨中沉降變形進行監測，變形允許值不大于1cm。

5.5 施工安全作業

（1）高空作業前進行安全技術交底，檢查特種作業證書及身體情況。

（2）作業過程中必須正確佩帶好安全繩，安全帽，專職安全員進行監督，監理旁站。

（3）鋼平臺搭設完成后，需要經各方驗收合格，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，活荷載不得超過設計值2kN/m2。

6 結語

（1）前期根據工程自身特點，進行多方案比選，確定了八字斜撐連續梁型鋼平臺施工方案，該方案經濟合理，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，嚴格按照方案要求進行施工，各工序順利進行，平臺加載變形值在允許范圍值以內，上部混凝土澆筑成型質量較好，梁底板底均無明顯下沉。