高位悬挑钢结构施工与检测技术分析

朱志春 （安徽省建筑工程质量第二监督检测站，安徽 合肥 230031）

0 前言

高位悬挑钢结构在本质上属于梁板结构，是利用拉索等方式使建筑主体结构向建筑主体外部延伸而形成的悬臂结构，例如阳台、挑廊通常情况下悬于空中。常规的悬挑结构可以起到遮风避雨的作用，在早期建筑当中应用广泛，而随着施工技术的发展，形成了高位悬挑钢结构，此类悬挑结构具有更强的承重能力等，所以应用功能更加丰富，目前常用于大型综合体建筑内。但高位悬挑钢结构的应用步骤较为复杂，稍有不慎易造成质量或安全隐患，因此在安全原则下，我们需要对其规范施工方法、质量检测技术进行分析，这也是本文研究课题的意义所在。

1 高位悬挑钢结构受力特点

因不同工程项目的高位悬挑钢结构存在差异，所以受力特点不同，不能一概而论，在这一条件下本文将结合实例展开分析。

1.1 实例概况

某大型综合体工程包含大量的钢结构，该工程A楼西北角的15层至屋面层楼面结构属于高位大悬挑钢结构，结构共涵盖了3个楼层，每层高度为3.6m。根据该工程施工方案得知，其悬挑钢结构的最大外挑距离为11.525m，平面部分设计成等腰三角形。楼层板采用钢压型板+混凝土层组合而成，15层处的外挑钢柱，由拉杆与屋面层型钢混凝土钢柱连接组成[1]。

1.2 受力特点

案例15楼以上的悬挑钢结构，主要采用钢拉杆作为辅助口设置材料，其具有辅助悬挑钢结构受力的作用，因此钢拉杆的性能与整体结构的受力特点有密切联系。依照工程设计图纸得知结构中共含有4个钢拉杆，依照设计要求1号钢拉杆拉力需要达到592N、2号钢拉杆拉力需要达到582N、3号钢拉杆拉力需要达到426N、4号钢拉杆拉力需要达到453N，最后进行检测确认所有拉杆均满足设计要求[2]。

2 高位悬挑钢结构施工安装

2.1 吊装设备规范要求

因案例高位悬挑钢结构施工楼层高度较高，所以需要采用吊装设备来完成作业，但介于不同结构构件的重量区别，需要对吊装设备进行选型，要求设备同时满足高度与起重要求。依照工程核算结果，其高位悬挑结构各构件的最大重量为73.4kN属于大型构件，所以工程单位选择了TC7035B型号的塔式起重机，该起重机的起重量为7.8t，满足最大构件重起吊要求。此外在案例工程当中，其有一6.8t的构件离起重机较远，处于起重范围边缘，所以在物理学角度上，起重机可能无法承载该构件，施工易产生安全隐患，所以将采用125支撑和50kN的手拉葫芦来控制该构件起吊时的稳定性[3]。

2.2 构件安装方案

在吊装设备满足要求的条件下，即可进入构件安装阶段，该阶段当中需要严格依照设计方案来开展工作，案例构件安装方案分为两个部分，即安装顺序与各工况安装要求，两个部分的具体内容见下文。

①安装顺序

根据施工计划，依照由低至高的顺序进行构件安装，即15层→16层→17层→楼顶。

②各工况安装要求

根据安装顺序要求可见构件安装范围较大，所以在不同构件安装时，会产生各种工况，针对这一点工程单位预设了3个工况，并提出了各工况下的安装施工要求。各工况安装要求如下。

工况1：针对15层的吊装构件，在吊装之前先安装主钢梁以及另一轴线钢拉杆，其中主钢梁与混凝土柱连接。拉杆长度为11.4m，一端与楼顶混凝土主钢梁连接，形成40°的夹角，另一端与15层主钢梁临时连接，在这一基础上对主钢梁的高度、位置进行调整，使其达到设计标准。此外，根据15层主钢梁长度进行计算，确认其2/5处应力表现不良，所以需要设置临时支撑。

工况2：针对15层的地面安装构件，在正式安装之前先组装、加工出钢柱与长度为1.4m的拉杆，随后将两者组合在一起形成40°夹角备用。启动吊装设备起高钢柱与拉杆组合至标高处，再将拉杆部分与混凝土型钢柱耳板连接，钢柱与工况1中的主钢梁连接，连接完成之后取下主钢梁临时支撑。此外，在安装完成之后需要再加装两根拉杆，以保障结构稳定。

工况3：针对16层、17层以及楼顶位置，因为这三个部分的构件安装需要整体操作，且所有构件类型相同，所以被归纳与同一工况当中。具体要求：安装钢柱、钢梁，安装当中要严格依照标高设计要求来完成作业，且依照由低至高原则，逐层完成并连接即可；逐层进行压型钢板铺装，再进行焊接栓钉，钢筋绑扎，混凝土浇筑即可。

3 检测技术应用

3.1 检测方法

采用振动频率法进行检测，该方法可以对悬挑钢结构的拉应力进行检测，再根据拉杆拉力与拉杆受力的振动频率，计算得出结构拉力数值，同时计算时要综合考虑到拉索边界条件、垂度、斜度、阻尼器、抗弯刚度等因素对振动影响，以免计算结果不准确，最后将检测结果与设计标准值进行对比，可以判断悬挑钢结构是否存在质量或安全隐患。

此外在计算方法方面，针对拉索索力，需要先获取拉杆长度、每延米的质量、拉索界面弯曲刚度，后测试振动频率，依照公式（1）进行计算即可，但如果拉杆的两端边界无法形成较差支撑时，上述方法不可应用，需要采用有限元软件，利用有限元原理来进行计算，即通过有限元软件计算方法，对拉杆的拉杆拉力进行假设，随后求得不同假设条件下的拉杆振动频率，该步骤反复操作直至拉杆振动频率与测量时的频率值误差差距在0.1以内时，才能将有限元计算结果作为最终计算结果。

式中T代表拉杆拉力、m代表每延米的质量、fn代表拉杆某阶振动频率、n代表振动阶次、L代表拉杆的计算长度、EI代表拉杆截面弯曲刚度。

3.2 检测仪器

根据案例检测方案得知，悬挑钢结构需要5大仪器，即压电式加速度计、低通滤波放大器、智能信号采集分析仪、综合测试仪、智能弦式数码应变计。各仪器的参数见表1。

3.3 检测流程

各检测仪器参数 表1

案例整个检测流程：首先采用夹具将加速度传感器安装在拉杆上，通过传感器的功能可以采集到拉杆振动频率信号，同时使用放大器将信号放大，以便于采集分析仪接收，待采集分析仪将信号全部收集后，发送给综合测试仪可以形成振动频谱，在这一基础上通过智能弦式数码应变计进行谱分析工作，可得拉杆多阶自振频率。其次根据拉杆实测频率、长度、线密度、垂度、边界条件抗弯刚度等，对拉杆拉力进行计算。

3.4 测试结果

测试结果见表2。

各钢拉杆拉力测试结果 表2

由测试结果可见，4根拉杆的频率与拉力与设计要求相符，均处于合理区间，所以其质量与安全性可靠。

4 结语

本文对高位悬挑钢结构施工与检测技术进行了分析，通过分析得到结论。结合案例，对高位悬挑钢结构的受力特点进行了分析，明确了施工重点以检测目标；针对结构施工方法进行了分析，阐述了其吊装要求、各工况要求以及注意事项；对案例施工成果的检测方法进行了阐述，并根据结果证实案例工程没有质量或安全隐患，说明施工方法可以借鉴。