超高超长悬挑结构施工关键技术研究

贺伟华，黄宗深，满宁宁，刘军林，李锦义

(1.中建四局土木工程有限公司东莞分公司，广东 东莞 523000；2.深圳市龙岗区施工安全监督站,广东 深圳 518000)

1 工程概况

垵固大厦位于深圳市龙岗区坂田街道，占地面积为7 234.47 m2，总建筑面积约5.19万m2，本项目共有2栋塔楼，1栋为研发用房(厂房)建筑高度为83.5 m，2栋为宿舍、食堂、配套商业，建筑高度为45.50 m；设3层地下室，功能为汽车库及设备用房；1#塔楼自10层开始于1-2～1-5/1-A处增加圆弧形挑板，最大外挑长度为4.9 m，悬挑处距地高度为46.45 m。

2 方案选择

2.1 悬挑钢平台方案的提出

方案1：混凝土结构改为钢梁+燕尾式楼承板；这样组合结构会使工程施工成本减少，但考虑本工程工期较为紧张，钢结构施工需在混凝土强度为100%，才能进行悬挑钢梁施工，很大程度影响工期，同时深圳处于沿海城市，后期钢结构维修较为困难。如果先施工塔楼内区域再施工悬挑结构，1#塔楼共17层，工期按6天一层考虑，自悬挑结构至结构封顶需要42天，因现处于冬季施工，混凝土结构强度按28天考虑达到100%，这样施工至15层时才能施工10层悬挑结构，这样施工工序会使本工程存在很大的安全隐患，同时边梁的支模加固难度及安全隐患增加。所以钢梁+楼承板结构不适用本工程。

方案2：采用扣件式钢管满堂架搭设施工悬挑板;此方案施工对于满堂架搭设要求较高，且本工程场地较为狭小，满堂架搭设需满足高宽比≥3的要求，搭设高度为46.45 m，地面的宽度至少搭设16 m，这样下方场地被大大制约，同时考虑安全系数及施工成本，所以此方案不适用于本工程。

方案3：采用悬挑工字钢作为支模架基础；此方案做法为9层悬挑工字钢做支模架基础，在工字钢上支模浇筑10层混凝土挑板，本方案重难点在于工字钢挠度变形及工字钢吊装。现场拟采用斜撑+系杆形式使钢梁成为桁架，保证悬挑工字钢稳定性及挠度变形，通过3D3S软件建立模型，分析受力，保证悬挑工字钢受力满足上方静荷载及施工活荷载；工字钢吊装，通过受力分析计算吊点，并在地面加工工字钢桁架后整体吊装，在楼层内焊接系杆。采用本方案可以将安全系数提高，成本相对较小，不会影响施工工期。最终本工程10层悬挑结构施工采用本方案，具体做法见图1～2。

图1 9层工字钢平面布置图

图2 工字钢及满堂架剖面图

2.2 具体实施工序

1)在施工8层、9层板面时，定位放线进行埋板预埋，埋板板面标高平楼层结构标高，方便后期安装时固定工字钢。

2)吊装前需将吊装区域内外架拆除至平8层楼层，同时拆除楼层内对工字钢桁架有影响的模板支撑架，方便吊装施工。因操作层外架拆除，需搭设临时防护，同时操作层设生命绳，工人挂好安全带，防止操作过程中发生高坠事故。

3)9层工字钢桁架采取地面焊接整体吊装，吊装时在工字钢上焊接吊耳，工字钢桁架系杆在操作层焊接。焊缝要求:材料选用及截面特性：悬挑工字钢及斜撑采用普通工字钢截面I22(局部采用I18、I22a，详参附图)，钢材强度选用Q235；焊接方式均采用满焊，焊缝等级为一级，焊缝高度hf=6 mm，焊缝长度50 mm，净间距为200 mm，10层固定节点采用双排20号U型螺栓加强、临时固定作用，不参与此处节点受力计算。

4)工字钢桁架吊装采用在1#塔吊吊装，1#塔吊型号为TC6012A-6A，塔尖最大吊重为1.2 t，塔身最大吊重为6 t；9层钢结构在距塔身30～35 m处进行吊装，工字钢桁架总重量约为33×12+33×(6.37+4)=0.74 t，塔吊30～35 m处吊重为2.83 t，完全满足要求。

5)吊装时，现场吊装区域设置警戒带，其他人禁止进入施工区域，同时现场安排2名工人在下方配合绑勾，操作层设6名工人配合接勾(2人接斜撑焊接，2人接悬挑工字钢，2人定位固定)。

6)吊装顺序：由小工字钢排至工字钢桁架，由专人进行工字钢定位，确保桁架排布与方案一致，防止斜撑及系杆焊接出现偏差。悬挑工字钢吊装完成，再吊装工字钢横梁，横梁与工字钢焊接时，需先临时用木方模板封闭悬挑工字钢桁架，同时焊接作业时系好安全带，做好接火措施，防止出现高坠、物体打击、火灾等事故。

7)工字钢吊装完成后，通知甲方监理验收，验收完成后对工字钢桁架采用钢管、钢笆、木方封闭。

2.3 钢结构系杆焊接要求

在钢结构系杆施工前，需在8层搭设钢管挑架平台供工人施工，平台搭设具体要求如下。

1)在楼层内设4排立杆，立杆间距900 mm，步距1 500 mm，并连成整体，再设置横杆挑出结构2.5 m，下方设置钢管斜撑并与外架相连。

2)挑架需在钢结构系杆下方1 m处设置平台，方便工人施工，同时平台设置1.2 m防护栏杆，外围满挂安全网，操作平台满铺钢笆片。

3)工人焊接系杆时，需按规范佩戴好安全带，焊接作业时，设置接火措施，并配好灭火器。

2.4 支模要求

1)支模前应现根据结构进行支模架立杆排布，并在工字钢横梁上焊定位钢筋头，钢筋头长度为15 cm，保证施工时立杆不发生位移。

2)立杆施工前应在工字钢上满铺钢管、钢笆片、模板，保证平台全封闭。在未全封闭前禁止进入下道工序。

3)根据定位钢筋头搭设满堂支模架，支模架搭设立杆间距为900～1 100 mm，横杆间距为1 500 mm，上方顶托伸出长度不大于300 mm，自由端长度不大于550 mm。

4)悬挑工字钢处支模架需与塔楼区域内的满堂架拉结稳固，塔楼区域内预留的满堂架宽度不得小于5 m，架体扣件采用防滑扣件，自由端伸出长度不小于10 cm。每步每跨相连，不得漏设。图3为现场施工吊装封闭完成图。

图3 现场施工吊装封闭完成

3 超高、超长悬挑施工重难点及注意事项

3.1 重难点

1)钢结构如何精准吊装：钢结构桁架加工后整体吊装至施工楼层，加工时采用3D3S软件对吊装受力进行分析，计算出最合理吊耳位置，同时在楼层上打点放线，划出钢结构位置，在楼层上安装钢结构的人对吊装进行校准，确保钢结构精准吊装。

2)钢结构焊接为钢结构重点，如何保证焊缝质量：钢结构加工前通过具有钢结构资质的设计院进行计算及相关规范要求，确定焊缝等级、高度及长度要求，再向工人进行技术交底，确保工人施工质量，并在施工完成后、联合相关单位对其焊缝进行验收，合格后方可投入使用

3)钢结构吊装过程中如何控制不碰撞外脚手架：在吊装前对塔吊司机及信号工进行交底，使其先熟悉吊装过程。吊装过程中应距离外架存在一定距离，吊装至9层结构标高以上在内收下吊，吊装过程中相关人员对其旁站，下方12 m范围内设置警戒带，保证安全吊装。

3.2 钢结构拆除注意事项

1)钢结构桁架应在结构边将悬挑工字钢及2榀桁架系杆烧断。

2)钢结构拆除时，在10层设置工字钢，并安装可移动电葫芦对下方2榀桁架进行吊装拆卸，2榀桁架4个吊点可以保证工字钢吊装拆卸的稳定性，使桁架不发生晃动。

3)拆卸时安全员全程旁站，下方动火作业人员应具备相关资质，操作人员应按规范设置相关消防措施，下方设置警戒带。

4 位移计算

4.1 组合位移(见图4)

第1种组合Uz

4.2 设计验算结果

1)本工程采用 Q235钢材，弹性模量：2.06×105N/mm2；泊松比：0.30；线膨胀系数：1.20×10-5；质量密度：7 850 kg/m3。

2)根据计算分析模型，进行规范检验，结果表明，结构能够满足承载力计算要求，应力比最大值为0.44。

5 经济、社会效益分析

1)经济效益。采取工字钢桁架施工，可以很大程度节约工期；虽然整体投入费用较多，相对而言，对于工期延长、履约也不及时、高昂的设备及外架租赁费用这些不利因素，有加快进度，降低整体成本的效果。

2)社会效益。本文以垵固大厦工程超高、超长悬挑结构为依托，对超高、超长悬挑结构施工进行研究和应用，采用工字钢桁架施工，节省了施工工期，降低了安全隐患。采用本施工技术，顺利地完成了本工程10层挑板施工且积累了一定的经验，可对以后类似工程超高、超长悬挑结构施工提供一定的借鉴经验。

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