高空大跨悬挑结构施工方案比选及施工质量控制

航达建设集团有限公司，江西 南昌 330200

1 工程概况

南昌市某住宅工程，位于南昌县富山大道，该工程集19 栋洋房、4 栋高层住宅及1 层整体地下室组成，建筑面积约24 万m2，其中高层住宅为地上32 层，标准层层高为2.95m，总建筑高度为94.35m，为剪力墙结构。因建筑造型设计要求，高层住宅屋面设计有混凝土花架结构，花架结构层顶面标高为99.50m，花架结构外边缘从底部标准层结构边缘悬挑出7350mm，悬挑结构梁截面为200mm×850mm、200mm×250mm、200mm×700mm，板厚为100 mm，结构混凝土等级为C30，花架结构横跨住宅两侧楼梯间核心筒，将核心筒连成一体，结构净跨度为9600mm。由于花架结构从下部结构边外挑长度大，跨度大，且位于99.50米高空进行作业，为保证花架支模架安全、快速的搭设，需要在该花架下部搭设施工平台，作为支模架及上部操作荷载的承力结构，该承力结构平台施工难度大、成本高，且存在重大安全隐患，因此有必要考虑多种施工方案进行综合比选，以采取最为合理的方案来保证施工安全，同时节约工期和成本。

2 方案比选

根据本工程的跨度及荷载情况，同时参照其他类似工程经验，考虑以下4 种施工方案进行综合比选。

（1）贝雷梁组合平台方案

贝雷梁是世界上应用广泛，最为流行的一种桥梁，它具有结构简单，运输方便，架设快速，分解容易的特点。同时具备承载能力大，结构刚性强，疲劳寿命长等优点。

图1 高空大跨悬挑结构BIM 模型

图2 高空大跨悬挑结构平面图

方案选用两根贝雷梁，贝雷梁架设于楼梯间核心筒侧边，两端座落于核心筒墙侧钢牛腿上，作为主要受力结构，每根贝雷梁由3片标准贝雷片栓接而成，标准贝雷片尺寸为3m长，1.5m高。贝雷梁作为受力主梁，在贝雷梁上部间距1050mm均布22#工字钢受力次梁，其作为上部支模架立杆的支座。

图3 贝雷片

图4 贝雷梁组合平台方案立面图

由于贝雷梁普遍用于公路桥梁工程中，普通民用建筑使用量较少，经验不足，需要分包专业的租赁单位进行安拆，且本工程使用量少，成本较高，不宜采用。

（2）下撑型钢组合平台方案

方案选用在结构边外挑方向设置间距1050mm均布22#工字钢受力主梁，每根工字钢梁下部设置直径140×5的钢管支撑，斜撑长度6.2m，工字钢梁作为支模架立杆的支座。

该方案斜撑与水平夹角为30°，计算长度为6.2m，轴心受压，轴力较大，存在较大水平剪力，节点连接处内力大，焊接工程量且斜撑数量多，节点焊接工程量大，受力不合理，不宜采用。

图5 下撑型钢组合平台方案剖面图

（3）钢丝绳斜拉型钢平台方案

在柴油降解的初期，摇瓶内的柴油呈膜状漂浮在水面上，水相澄清。随着时间的延长，水相开始逐渐变浑浊，柴油呈油滴状。随着培养时间的进一步延长，柴油液滴越来越小直至液面上无明显油滴，液相呈乳白色。发酵液离心去除菌体后用盐酸调节至pH=2.0，在4 ℃下冷藏过夜，无沉淀产生。用氯仿-甲醇(2∶1，体积分数)混合液萃取发酵液中的表面活性剂，将萃取液旋转蒸发后得到物质为棕黄色粉末。

方案选用在结构边外挑方向设置间距1050mm均布22#工字钢受力主梁，每根工字钢梁上部设置直径25 的斜拉钢丝绳，中间通过节点板连接，钢丝绳端部通过预埋直径28 的拉环，工字钢梁作为支模架立杆的支座。

该方案施工成本低，主要受力构件为斜拉钢丝绳，斜拉角度为30°，钢丝绳端部锚固位置处结构梁应力集中，容易造成结构损坏而发生破坏，且该方案为柔性受力体系，刚度小，花架结构混凝土荷载加载后会产生明显竖向变形，严重影响混凝土结构成型质量，不宜采用。

图6 钢丝绳斜拉型钢平台方案剖面图

（4）八字斜撑连续梁型钢平台方案

方案选用在跨度方向两侧楼梯间核心筒间设置两根32a#工字钢梁，在工字钢跨度1/3 点处分别设置一道28a#工字钢斜撑，支座分别落于两侧核心筒墙体边，形成带八字斜撑的连续梁结构，为保证工字钢斜平面外失稳，在斜撑之间设置间距1.5m 直径114×6 的钢管连杆，以减小平面外计算长度，同时在两榀连续梁中间设置直径114×6 的钢管连杆，保证两榀连续梁形成整体，其作为主承重结构。在结构边外挑方向设置间距1050mm均布22a#工字钢受力次梁，其作为支模架立杆的支座。

经过对上述技术方案进行经济性、安全性进行综合分析比较，采用八字斜撑连续梁型钢平台方案是可行的。

图7 八字斜撑连续梁型钢平台方案立面图

3 平台结构体系计算

3.1 荷载取值

采用品茗建筑安全计算软件（V12.6 版）对支模架上部混凝土施工荷载及架体自重进行设计计算，提取支模架立杆最不利轴力设计值。

计算钢组合平台底部操作层活荷载及平台自重，进行荷载分项组合，提取均布荷载组合设计值。

3.2 构件内力计算及承载力复核

4 施工工艺流程

屋面层斜撑根部预埋件预埋→屋面层混凝土浇筑→地面工字钢斜撑放样下料→单榀工字钢梁与斜撑焊接成型→塔吊双点起吊至屋面安装到位→工字钢梁梁端U 形环固定→斜撑根部与预埋件顶紧并焊接到位→依次吊装工字钢次梁并固定→焊接斜撑及工字钢梁水平连杆→采用钢管和模板铺设操作平台→对钢平台进行1.5 倍荷载堆载实验→进行变形监测校核→卸载→进行上部花架结构支模架及外架搭设→花架结构钢筋绑扎及混凝土浇筑。

5 施工质量及安全保证措施

5.1 原材料要求

（1）主梁采用32a#工字钢，斜撑采用28a#工字钢，主梁及斜撑间水平连杆采用直径114×6 钢管，水平悬挑次梁采用22a#工字钢，其力学性能应符合国家现行标准要求，材料进场时，应有材料合格证，按规定进行抽样复试，合格后方可使用。型钢必须采用整根，不得采用拼接方式连接后使用。

（2）电焊条、U 形环及其他预埋钢板必须采用相关国家标准要求。

5.2 焊接质量要求

（1）斜撑与工字钢主梁下翼缘焊接必须四面围焊，焊缝高度不小于6mm，焊缝不得存在夹渣、气孔、裂纹等质量问题，吊装前焊缝必须经过超声波检测合格。

5.3 构造措施要求

（1）工字钢斜撑平面外采用直径114×6 钢管水平连杆焊接成整体，减少受压构件斜撑平面外计算长度，提高其平面外稳定性，连杆间距1.5m。

（2）在工字钢主梁腹板间采用直径114×6 钢管水平连杆将两榀钢梁焊接成整体，连杆间距2m，以防止平面外失稳。

（3）主梁下翼缘与斜撑焊缝处设置钢板抗剪键，钢板抗剪键与斜撑顶紧，以防止焊缝破坏导致斜撑结构失效。

（4）斜撑与主梁支点处应力集中，主梁腹板设置2 道竖向钢板加劲肋，以主梁减小剪应力。

（5）悬挑工字钢次梁上翼缘采用直径22 螺纹钢双面焊接成整体，螺纹钢间距小于2.7m，从而防止工字钢次梁失稳破坏。

5.4 载荷试验及监测

钢平台搭设完成后，计算上部结构及支模架总体自重，采用袋装砂进行堆载试验，堆载荷载为总质量的1.5 倍，堆载平面均匀，逐渐加载，加载前后采用DS3 水准仪对跨中沉降变形进行监测，变形允许值不大于1cm。

5.5 施工安全作业

（1）高空作业前进行安全技术交底，检查特种作业证书及身体情况。

（2）作业过程中必须正确佩带好安全绳，安全帽，专职安全员进行监督，监理旁站。

（3）钢平台搭设完成后，需要经各方验收合格，挂牌后投入使用。

（4）施工过程中操作平台不得堆载其他材料，活荷载不得超过设计值2kN/m2。

6 结语

（1）前期根据工程自身特点，进行多方案比选，确定了八字斜撑连续梁型钢平台施工方案，该方案经济合理，受力明确，安全可靠，施工简便，对其他类似项目具有一定借鉴意义。

（2）模架支撑钢平台施工过程中，严格按照方案要求进行施工，各工序顺利进行，平台加载变形值在允许范围值以内，上部混凝土浇筑成型质量较好，梁底板底均无明显下沉。