高层住宅屋面周边连续大跨度外悬挑结构的施工技术

2018-04-04李任星邓世强

建筑施工 2018年12期

关键词：工字钢预埋脚手架

李任星邓世强苏瑶

中建三局集团有限公司工程总承包公司湖北武汉 430064

1 工程概况

长沙市某群体住宅工程有25栋高层住宅，建筑高度为98.8 m，标准层高为3 m。每栋楼屋面周边均设计有悬挑梁板结构（图1）。

图1 工程效果图

悬挑结构顶标高为屋面标高＋1.9 m，悬挑结构形式为悬挑梁＋下挂板，悬挑长度为3.10 m，局部悬挑结构长度为4.65 m，悬挑板板厚为120 mm，悬挑梁与板重合部位计算尺寸为200 mm×1500 mm，封边梁为200 mm×800 mm，封边梁最大跨度为8.8 m。

2 施工方案的确定

高层屋面悬挑结构施工主要存在以下难点：

1）结构悬空高度大：在屋面结构位置挑出，悬空高度达90.8 m，风荷载作用大。

2）结构自重大：悬挑结构形式为悬挑梁（封边梁）＋下挂板，封边梁与悬挑梁相交，封边梁截面尺寸为200 mm×800 mm，且局部混凝土梁高达1 500 mm。

3）悬挑结构跨度大，且结构周边均连续设置：悬挑结构跨度达到3.10 m，局部悬挑跨度达到4.65 m，悬挑结构沿屋面周边均有设计，支撑工字钢排布搭设密集，斜撑长度不一，须待主梁完成后再计算长度。

4）悬挑结构下挂板设计有多个折板，混凝土浇筑须分层分段施工。

5）悬挑结构设计工程量大：每栋高层屋面均有设计，支撑体系一次投入量大，须优化节点，便于拆除，周转利用。

综合以上难点分析，从工期、安全性及经济性考虑，结合工程实际情况，最后采用斜撑悬挑钢平台支撑方案。

3 悬挑钢平台支撑设计方案

该方案受力较为明确，施工操作工艺简单，可周转利用率高。悬挑结构跨度为3.1 m时，悬挑主梁长度为9 m，采用18#工字钢，悬挑出结构边为4 m，锚固楼层内为5 m；设置2道斜撑，斜撑顶端采用螺栓连接方式与悬挑梁固定，底端与下面楼层预埋的工字钢焊接固定；中部采用10#工字钢作为连杆。悬挑结构为二次施工，上部斜拉钢丝绳待屋面施工时提前预埋（图2）。

图2 悬挑跨度为3.1 m时钢平台剖面

悬挑结构跨度为4.65 m时，悬挑主梁长度为12 m，采用20a#工字钢，悬挑出结构边为4.9 m，锚固楼层内为7.1 m；设置3道斜撑，斜撑顶端采用螺栓连接方式与悬挑梁固定，底端与下面楼层预埋的工字钢焊接固定（最下边1道斜撑底端直接搁置在楼板上，梁侧边焊接槽钢限位）；中部采用10#工字钢作为连杆。悬挑结构为二次施工，上部斜拉钢丝绳待屋面施工时提前预埋（图3）[1-4]。

图3 悬挑跨度为4.65 m时钢平台剖面

4 细部构造优化设计

4.1 斜撑的安装

斜撑安装是本悬挑结构施工的一个施工难点，存在较大的安全风险。同时考虑到斜撑拆卸方便、周转利用率高等要求，对斜撑顶端和底端固定方式进行了优化处理。

4.1.1 斜撑顶端固定

为便于工字钢斜撑拆除以周转利用，在悬挑主梁相应位置、斜撑工字钢顶端（水平切角）各自提前焊接钢板，其中工字钢与钢板采用围焊的方式，焊缝高度不小于7 mm，钢板上预留螺杆眼，通过螺栓的连接方式将悬挑主梁工字钢与斜撑工字钢固定在一起（图4）。

图4 钢板设计示意

在靠近斜撑顶端1/3的位置腹板开φ30 mm孔，作为斜撑的吊装固定点（图5）。

图5 斜撑拼接固定示意

4.1.2 斜撑底端固定

斜撑层无剪力墙的位置，斜撑底端应水平切角，搁置在梁板结构上；梁侧采用槽钢将斜撑进行限位固定，限位用的槽钢顶端平行于斜撑方向切角，槽钢与斜撑工字钢双面满焊，焊缝高度为7 mm（图6）。

图6 斜撑底端固定示意

4.2 底部悬挑脚手架操作平台

悬挑结构长度超过3 m时，在斜撑下部搭设悬挑脚手架操作平台（普通悬挑外架提前拆除），主要为悬挑工字钢体系安装、拆除提供操作面及安全防护：避开斜撑安装位置，在斜撑层楼面上安装20a#工字钢，间距为1.5 m，设置2道20#钢丝绳分别拉结在以上2层楼面上，扫地杆位置及作业层位置满铺脚手板，外侧满挂安全密目网（图7）。

图7 悬挑脚手架操作平台搭设示意

5 方案计算

根据各个体系的传力情况，屋面悬挑结构的支模架立杆和外脚手架立杆全部作用在工字钢主梁上，然后对各个杆件单独进行受力分析，最后根据工字钢本身的物理力学性能验算是否满足要求。经验算，设计方案中工字钢的强度、抗剪、挠度均满足要求。

6 施工方法及技术措施

1）在悬挑层梁板上埋设φ20 mm的U形螺杆（斜撑层部位的φ20 mm的U形螺杆在施工时提前预埋），同时在悬挑层外剪力墙上相应位置预埋φ60 mm塑料套管，φ60 mm塑料套管为后期连墙件穿墙孔，悬挑工字钢主梁提前吊装就位。

2）屋面层主体结构施工完成，待混凝土达到拆模强度后，悬挑工字钢部位内支模架拆除，外架拆除降至悬挑层梁板位置，开始悬挑主梁工字钢（在工字钢的腹板上距离两端3 000 mm的位置处各开1个φ30 mm的孔，作为吊装固定点）。φ20 mm的U形螺杆与工字钢间的空隙用方木屑卡紧，且U形螺杆与工字钢焊接固定，防止工字钢向外侧滑移；同时为避免工字钢尾部板面受力集中，在工字钢锚固端端部设置3根钢管立杆进行反顶加固，第1根立杆距离端部为150 mm，间距为500 mm。

3）斜撑及钢丝绳安装：外架局部拆除至斜撑位置，主梁上先临时铺设钢跳板。利用塔吊将斜撑吊运至悬挑主梁工字钢下方相应位置，确保两钢板有一个螺杆眼对齐，先用M16螺杆、螺帽临时固定，然后人工旋转至指定位置，使4个螺杆眼全部对齐，主梁工字钢与斜撑在同一垂直面上，最后根据斜撑底端与结构（或次梁工字钢）的位置关系进行平移微调，同时固定4个螺杆螺帽。斜撑安装完成后，在斜撑中间位置横向水平设置10#槽钢将相邻斜撑横向连接成整体，10#槽钢与斜撑之间进行围焊，焊缝高度为7 mm，确保工字钢的整体稳定性。固定钢丝绳的预埋钢筋环埋设位置与悬挑工字钢在同一垂直面上。

4）为防止悬挑工字钢体系侧向移动，在主梁相应悬挑部位焊接1道10#槽钢（两构件之间进行围焊，焊缝高度为6 mm，焊缝无夹渣、无气孔），将主梁工字钢横向固定。然后在悬挑工字钢上搭设固定水平兜网及密目网，用16#铁丝将水平兜网和密目网绑扎在工字钢上，作为水平双层防护网；最后在悬挑主梁上铺设钢跳板，在脚手架立杆之间位置尽量满铺，采用18#镀锌铁丝将钢跳板固定在工字钢上，作为工人操作防护平台。

5）外脚手架立杆采用单立杆，立杆纵向间距1 200 mm（局部为600 mm），横向间距500 mm，内排立杆距离结构边为300 mm，脚手架步距为1 800 mm，外侧设置连续剪刀撑，悬挑模板支撑脚手架及外防护脚手架应和结构进行拉结，连接点距外架主节点不得大于150 mm。连墙件按每层3跨间距设置，遇剪力墙部位预埋φ60 mm的套管，以便连墙杆与剪力墙结构进行拉结（剪力墙处预埋套管后，可以在剪力墙内侧将连墙杆件与短钢管采用双扣件锁住，即不用另外埋短钢管）。连墙件每3跨设置1道；未设计剪力墙位置，悬挑模板支撑脚手架及外防护脚手架与结构内支模架拉结，上下设置2道，间距按3跨设置。

6）悬挑结构支模架：立杆采用单立杆，立杆纵向间距1 200 mm（梁底为600、450 mm），步距不大于1 200 mm。在施工时屋面层及其二层悬挑部位轮扣支模架不得拆除。悬挑模板支撑架周边及内部纵横向每4跨设置1道竖向剪刀撑，由底至顶连续设置；在竖向剪刀撑顶部设置1道水平剪刀撑。

7）混凝土浇筑：支撑架体经公司及政府有关部门验收后，方可浇筑。悬挑结构混凝土分2次浇筑，具体施工流程：屋面层结构混凝土浇筑→悬挑结构部位（含大跨度悬挑梁）第1次浇筑施工→悬挑结构部位（含大跨度悬挑梁）第2次浇筑施工。第1次浇筑预留施工位置为水平悬挑构件受力最小的位置（图8），待第1次浇筑混凝土强度达到100%时方可进行第2次混凝土浇筑。悬挑梁混凝土应采用全面分层浇筑。

图8 悬挑结构预留施工缝位置

8）支撑体系拆除：拆除模板支撑架（屋面悬挑结构混凝土强度达到100%）→屋面层外墙装饰及悬挑结构外立面装饰施工完成→拆除外防护脚手架→拆除连墙件→拆除钢丝绳及脚手板→拆除和吊运工字钢→拆除下部悬挑脚手架操作平台。拆下的杆构件，短于3 m的先转入楼层，用施工电梯运输至地面，长于3 m的钢管人工传递至屋面，再使用塔吊运至地面。拆除和吊运工字钢时，利用塔吊、缆风绳进行辅助，将主梁工字钢和斜撑工字钢吊运至地面。

7 安全保证措施

1）安装悬挑支撑脚手架以及悬挑操作平台时，在悬挑层沿外墙一周设置1道φ12 mm钢丝绳作为水平安全绳，每8 m设置1处固定点，利用剪力墙上穿墙螺杆孔和钢筋拉环进行钢丝绳固定，高出操作面1.0～1.2 m，工人在操作时将安全带系在水平安全绳上；或将安全带固定在结构内满堂架上，高出操作面1.0～1.2 m。

2）在进行撬、拉、推、拔等操作时，要注意采取正确的姿势，站稳脚跟，或一手把持在稳固的结构或支持物上，以免用力过猛时身体失去平衡或把东西甩出。在脚手架上拆除模板时，应采取必要的支托措施，以免拆下的模板材料掉落架外。

3）在脚手架上进行电气焊作业时，要铺铁皮接火星或移去易燃物，以免火星点着易燃物。同时准备防火措施，一旦着火，及时予以扑灭。

4）脚手架在验收合格通过投入使用后，必须对其进行日常的保养和定期的全面检查和整修。屋面悬挑模板支撑脚手架工字钢的挠度应小于15 mm，浇筑过程如有较大变形，应立即停止浇筑并采取整改措施。