超高层外檐斜柱悬挑架体设计及施工技术

□文/张 巍 肖晨晖 李建军

1 工程概况

天津武清开发区新建行政审批中心工程整体建筑地下1层，地上20层，总建筑高度98 m。3层以上分为东西2个塔楼，15～20层设钢结构连廊，西塔楼东侧外檐为倾斜外檐，外檐斜柱倾斜角度5.72°，斜柱截面1 100mm×1 100mm，每层向外延伸0.45 m，标准层层高4.5 m。

2 工程重点和难点

常规悬挑脚手架，一般悬挑长度为1.2 m，包括立杆距结构距离、双排立杆间距，当主体结构存在倾斜外檐时，型钢悬挑长度还应包括悬挑外檐的平面投影长度，根据本工程结构特点，悬挑架体搭设具有以下重点、难点：

1）型钢悬挑长度增大，安全系数小，施工难度大；

2）结构阳角处大截面倾斜混凝土柱，截面尺寸1 100mm×1 100mm，型钢布设困难；

3）结构梁下钢结构“人”字撑，影响工字钢平面布置；

4）阴阳角结构处型钢锚固处理。

3 架体方案设计

悬挑型钢采用φ48mm×3.5mm钢管，型钢平面间距1.5 m，架体搭设步距1.5 m，内外排立杆间距800mm，悬挑型钢采用工字钢。

3.1 初步方案

3～16层为倾斜外檐，初步定于结构8、12、16层设置悬挑，架体搭设高度25 m，倾斜外檐处型钢悬挑长度3.865 m，设计采用9 m长20a工字钢，见图1和图2。

图1 悬挑架体搭设剖面

图2 9 m工字钢悬挑3.86 m剖面搭设

3.1.1 增设立杆

因为工字钢悬挑长度较大，采用φ48mm×3.5mm扣件式钢管脚手架，悬挑型钢上设置4排立杆，随结构倾斜删减立杆，至悬挑架体顶部处保持双排立杆。

3.1.2 型钢加固

常规悬挑架体型钢上设置钢丝绳与上部结构拉结作为安全储备，不参与受力计算，本工程最大悬挑长度达到3.865 m，在安全计算时，钢丝绳参与计算，处于受力状态，为此必须对型钢采取加固措施才能保证其受力稳定。

1）方案一。型钢上设置钢丝绳作为安全措施，在1根型钢上设置2根钢丝绳，1根受力，另1根作为安全储备。

2）方案二。型钢底部设置钢管支顶，支顶采用双48mm×3.5mm钢管，钢管端部通过槽钢与型钢焊接顶严，双钢管底部支顶至下层楼板并与下层支模架体水平横杆拉结，见图3。

图3 型钢下部钢管支顶节点

3.1.3 方案存在问题

1）钢丝绳属于柔性材料，现场人工钢丝绳备紧程度不可控制，造成钢丝绳间的受力差异，导致架体的变形。

2）下部双钢管支顶焊接施工难度较大。

3）型钢最大悬挑长度3.865 m，按照规范要求悬挑长度不宜＞3 m。

4）悬挑架体所在楼层较高且工程周边空旷，应考虑风载荷对架体安全的影响。

3.2 方案优化

综上考虑，虽在原设计中通过增设钢丝绳或者型钢下部支顶的方式能满足理论计算要求，但安全储备较低，对原设计进行优化。

3.2.1 降低架体搭设高度

倾斜外檐处型钢悬挑长度与悬挑楼层的高度成正比，降低悬挑架高度以减少型钢悬挑长度。原方案中设计分别在8、12层设置悬挑，悬挑高度25 m；现分别在8、10、12层设置悬挑，悬挑高度 10.5 m。

3.2.2 减少悬挑长度

型钢悬挑长度减少至2.76 m，型钢上设置3排立杆；悬挑长度及架体搭设高度降低，钢丝绳拉结仅作为安全措施，不参与计算，设置1根钢丝绳即可满足架体搭设要求。

4 外檐斜柱悬挑架体节点处理

针对倾斜外檐及结构阳角处存在大截面劲性结构柱的特点，对斜柱处的悬挑架体节点进行优化设计。

4.1 立杆

常规处双排架体，内外排间距800mm，在倾斜外檐处，设置3排立杆，间距800mm设置，通过增加立杆，满足倾斜结构的施工要求。

4.2 型钢布设

常规搭设架体按照1.5 m间距平面布置悬挑型钢，结构阳角型钢按照端部间距≯1.5 m的原则扇形布置。

本工程结构四角存在大截面劲性混凝土结构柱，截面尺寸1 100mm×1 100mm，工字钢无法穿过结构柱布设，劲性结构柱两侧工字钢端部距离＞1.5 m。结构梁下存在“人”字钢结构斜撑，斜撑平面投影宽度1 m，结构柱两侧工字钢间距＞1.5 m。

工字钢端部间距超过1.5 m，若按常规工字钢间铺设钢管，则钢管弯矩过大，不能满足施工要求；在施工中针对1.5 m以上间距的悬挑钢肋板处焊接2段14#工字钢，20a工字钢肋板处焊接6mm厚钢缀板，缀板其余三侧与14#工字钢焊接牢固，内外排立杆均设置，见图4。

图4 14#工字钢设置

4.3 角柱处架体处理

4.3.1 工字钢垂直布置

结构外檐存在大截面角柱，在外檐斜柱与非倾斜结构阳角处两侧的悬挑外檐长度不一致，选用的悬挑型钢长度也不一致，若采用扇形布置，型钢悬挑长度太大，不安全也不经济，因此，型钢采用垂直交叉布置，在每个工字钢重叠位置前后侧加设锚固，见图5。

图5 阳角大截面角柱垂直交叉工字钢

悬挑脚手架型钢后手锚固一般采用U型钢筋固定、锚固螺栓固定2种形式，见图6和图7。

图6 U型钢筋固定构造

图7 锚固螺栓固定构造

在工字钢重叠部位前后两侧设置U型钢筋锚固，上部工字钢后手采用木方等材料垫高处理，见图8。

图8 重叠工字钢锚固

4.3.2 工字钢扇形布置

无倾斜外檐角柱处，扇形布置工字钢，工字钢重叠处添加节点板焊接处理。断开一根工字钢，下部设置8mm厚钢板，两工字钢四周与钢板焊接，工字钢截断处前后侧添加一道锚固，见图9。

图9 重叠工字钢节点板焊接构造

4.4 悬挑结构板加固处理

结构悬挑长度较大，型钢设置在结构悬挑处，工字钢与结构加设20mm直径对拉螺栓与结构柱拉结处理，同时在下部结构梁（柱）预埋钢板，焊接钢管支顶。

5 结语

武清行政审批中心工程是典型的倾斜外檐结构，结构中存在大截面斜柱，外檐尺寸悬挑大、外檐复杂。施工中，在传统悬挑架体搭设的基础上，进行了改进升级，采取增加悬挑次数、降低架体搭设高度，形成倾斜外檐阶梯式外架体，提高了安全系数，降低了施工难度，解决了外檐斜柱架体的搭设难题。