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高空大跨度混凝土悬挑结构施工技术 C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y f o r H i g h — Al t i t u d e a n d L o n g — S p a n Con c r e t e Ca n t i l e v e r S t r u c t ur e 王亚民 中铁建工集团有限公司西南分公司 贵阳 5 5 0 0 0 2 嚣 耋 翥 譬 嚣 奎 菩 差 望 釜 鬟 嘉 鬟 主 吴 蓑 = ． 工 鬈 。女 跨 摩悬 挑 结 构钢 平 台 支 撑 勘挑 檐 大 孵台 4 2 ) 1 2 - 1 0 6 1 o 3 T U 3 7 5 B 中图分类号 ： 文献标识码 ： 又覃骊丐：⋯ ⋯⋯ ⋯ ～ 1 工程概 况 贵州省军 区 “ 1 2 1 1 工程”工程位于 贵阳市 南厂路6 0 号 ，工程总建筑面积3 2 6 0 6 m ，~ ~I- I 2层 、地下1层 ， 为框剪结构 ，檐 口总高度5 6 ． 1 m。本工程1 O层 以上标高 4 2 ． 7 1 4 8 ． 8 m，主楼两侧屋面设计 为悬挑斜屋面 ，悬挑长 度4 m，挑檐总长度1 5 0 m；1 2 层以上标高5 3 0 5 9 0 m， 主楼顶屋面设计为悬挑斜屋面 ，悬挑_ }／ 一 妾 4 m，挑檐 总长度 1 8 0 m ( 图1) 。 图1 立面位置及檐 口设计大样 2 关键技术研究及初步方案确定 2 ． 1 关键技 术研 冤 1 0 层以上悬挑混凝土结构距离地面高度在5 O m以上 ， 若采用满堂脚手架 ，架体 本身整体和单支立杆稳定性很难 保证⋯ ， 且作为模板的受力支撑结构架体 ，加固工作量大 ， 危险系数大。因此决定选用悬挑脚手架作为支撑结构。 2 ． 2 初步方案确定 对 1 O 层 以上悬挑混凝土结构施工 ，采用钢梁悬臂+ 钢 作者简介 ：王亚民 ( 1 9 8 1 )，男，本科，工程师。 通讯地址：贵州省贵阳市南明区新华路l 2 6 号富中国际2 g 楼( 5 5 0 0 ( 3 2 ) 0 收稿 E t 期 ：2 0 1 3 — 1 0 - 1 7 拉索的施工方案。利用工程结构作为钢梁的支承及钢绳索 的吊点 ，通过钢索悬吊钢梁形成稳定承载平台。在钢 索和 钢梁共同作用下 ，实现高空大跨度悬挑结构 中的现浇梁、 板模板的支设工作。 3 施工工艺和主要施工方案 3 ． 1 施工流 程 内侧混凝土浇筑成型一钢梁 、钢绳 索安装就位。 钢 梁、钢绳索找平调直一屋面内部支架作为钢梁抗倾覆架 一 承力结构加固一在钢梁上面用厚5 O mm的松木板搭设操作 平台。 在钢梁端部架设安全防护架一模板制作安装 找平 放线一绑扎钢筋一支侧模板一加固模板一浇筑混凝土 拆 模板一拆除支撑体系 3 ． 2 施工准备 ( a) 轴线对应位置梁 ( 平行斜屋面中间梁 ) 先进行混 凝土浇筑 ，待混凝土强度达到1 0 0 ％以上，在梁内预留穿钢 丝绳预 留孔 。 ( b)屋面层混凝土浇筑时 ，预埋圆钢压环 ，采用长 9 m 1 8 a * 工字钢作为悬挑钢梁，其中楼层内埋设5 m，楼层 外悬挑4 m， 1 6 mm钢绳作为拉索。 ( c)楼层内埋设6个 2 Omm圆钢，间距1 m，尾部埋 设2个间距2 O c m,距离工字钢端头2 0 c m，工字钢与压环 上部采用三级 2 O mm钢筋焊接牢固，侧面采用双向木楔楔 紧。 3 ． 3 满堂脚手架设计支撑设置 矧 ( a) 立杆 采用 4 8 mm3 ． 0 mm的钢管，纵、横2个 方向的间距为1 2 0 0 mm8 0 0 mm，板底立杆与板底主龙骨 采用顶托连接。 ( b) 立杆上端 自由高度不大于2 O O mm。 ( c) 扫地杆 采用 4 8 mm3 ．0 mm的钢管 ，距底部 2 o 1 3 ．1 2 B 1l i l d i n g c 。 n s t r u c t i 。 n l 1 0 6 1 星 蕈 王亚民：高空大跨度混凝土悬审 结构施工技术 2 0 0 mm，纵横双向设置 ：水平杆亦采用 8 mm X 3 ． 0 mm 的钢管，步距1 ． 5 m，纵横双向设置。纵横设计水平和垂直 剪刀撑。 3 ． 4 支撑形式 板、梁下支撑 ，纵向梁 ( 平行斜屋面斜向 ) 截面宽度 3 0 0 mm7 0 0 mm，在柱子侧面预埋厚5 mm钢板 ，采用1 6 槽钢斜撑 ，其角度与柱子夹角3 O 。 ，水平支撑点的位置距离 悬挑钢梁2 1 3 处，板下不设置下部斜向支撑 ( 图2)。 蠡 ， f ^ 图2 梁下支撑大样 4 - 方案空间模型的建立和验算 验算的主要内容 ：施工阶段板下支撑结构 ( 工字钢 ) 的内力及变形计算 ；施工阶段梁下支撑结构 ( 工字钢 )的 内力及变形计 算；施工阶段槽钢稳定性计算 ；施工阶段钢 拉索的强度计算。 计算软件采用清华大学结构力学求解器。其 中，钢拉 索有设计的3根简化为2根 ，第3 根作为安全储备。模型计 算中，材料的均布质量均取1 。 4 ． 1 板下支撑计算模型 模型如图3 所示。 图3板下支撑计算模型 4 ． 2 梁下支撑计算模型 模型如图4 所示。 4 ． 3 板、梁下支撑计算结果与分析 4 ． 3 ． 1 板 下支撑计算 根据软件计算结果 ，施工阶段板下支撑的内力及变形 如 图5 ～图8 所 示。 1 0 6 2 l 建 筑 施 工第 3 5 卷第 1 2 期 图4 梁下支撑计算模型 图5 板下支撑轴力 单位 ：k N) 图6 板下支撑剪力 ( 单位 ：k N) 图7 板下支撑弯矩 ( 单位 ：k N) 板下支撑计算结果如下表1 、表2 所示。 由表 1 可知 ，板 下支撑 工字钢在施 工阶段产 生的最 大弯矩为 1 1 ． 9 3 k N m，则工 字钢 的抗弯 强度满 足要 求。 由表2 可知 ，板下支撑工字钢在施工阶段产生的最 大 王 亚民 ：高 空 大 跨 度 混 凝 土 悬 书 结 构施 工 技术 !iiiiiiiiiii!iiiiii!iii! 竖 向位移为3 ． 5 1 mm，则挠度满足要求。 图8 板下支撑位移 ( 单位 ：mm ) 表1 板 下支撑单元杆端 内力计算结果 单元类型 单元码 轴~ J ／ k N 剪力／ k N 弯矩／ k N m 轴力／ k N 剪力／ k N 弯矩／ k N-m ( 2) 一 1 6 ．9 8 l 8 - 3 7 - 1 1 ．9 3 — 1 6 9 8 一 l 1 ． 5 O 一 2 ． 8 1 工字钢 ( 5 ) 一 9 ． 1 6 - 4 ． 0 5 3 ．4 5 - 9 ． 1 6 1 ．4 0 2 8 1 ( 3) O ．0 0 8 ． 6 8 — 1 1 ．9 3 6 — 1 6 ． 9 8 - 1 1 ．5 0 2 8 1 ( 1 ) l 5 ．0 9 0 ． 0 O O ．O O 1 5 ． O 9 0 ．O O 0 ． O 0 拉索 ( 4) 1 5 ．6 8 O ． O O O ．O 0 1 5 ． 6 8 O ．0 0 0 ． O O 表2板下支撑单元杆端位移计算结果 单元 单元码 水平位 竖直位 转角 ) 水平位 竖直位 转角 ) 类型 移／ m m 移／ mm 移／ mm 移／ m m ( 2 ) O O O 一 0 ．0 7 l 3 - 2 ． 2 6 2 4 — 0 ． 0 0 0 5 工字钢 ( 5 ) 一 0 ． 0 7 8 5 — 2 ． 6 l 3 9 - 0 ．0 0 0 9 — 0 0 7 1 4 - 2 ． 2 6 2 4 - 0 ． 0 0 0 5 ( 3) 一 0 ． 0 7 8 5 - 2 ． 6 1 3 9 - 0 ．0 0 0 9 0 0 7 8 5 - 3 ． 5 0 8 7 - 0 ． 0 01 2 ( 】 ) - 0 ． 0 7 8 5 — 2 6 1 3 9 - 0 ．0 0 0 3 O O 一 0 ． 0 0 0 3 拉索 ( 4) - 0 0 7 8 5 2 6 1 3 9 - 0 ．0 0 0 9 一 O ．O 7 1 4 — 2 ． 2 6 2 4 — 0 ． 0 0 0 5 4 ． 3 ． 2 梁下支撑计算结果 同理根据软件计算，梁下计算结果如表3 、表4 所示。 表3 梁下支撑单元杆端 内力计算结果 单元 轴力／ 剪力／ 弯矩／ 轴力／ 翦力／ 弯矩／ 类型 单元码 k N k N k N- m k N k N k N’m ( 1) 2 5 ． 3 9 3 1 ． 4 5 — 1 5 ． 8 8 2 5 3 9 - 2 6 ． 7 6 — 9 ．7 1 ( 2 ) 一 8 4 0 l 7 ． 0 4 — 9 ． 1 — 8 ．4 0 6 - 3 3 — 3 ．8 7 工字钢 ( 3) - 4 ． 9 3 1 1 ． 1 5 — 3 ．8 7 - 4 ．9 3 0 ． 4 7 — 0 ．9 6 ( 4) O ． 0 O 64 0 一 O ．9 6 O ． O 0 O ． O 0 0 ． O O 槽钢 ( 5 ) - 5 5 _ 3 2 0 O O 0 ． 0 O - 5 5 l3 2 O ． O 0 0 ． O O ( 6 ) 5 ． 9 4 O 0 O O ． 0 0 5 9 4 0 ． O 0 O ． O 0 拉索 ( 7) 7 7 1 O ． 0 O O ． O O 7 ．7 1 O ． O O 0 ．0 O 表4 梁 下支撑单元杆端位移计算结果 单元 单元码 水平位移／ 竖直位移／ 转角 ) 水平位移／ 竖直位移／ 转角 ) 类 型 m m mm m m mm ( 1 ) O 0 O O ． 1 O 6 7 O ． 7 5 2 3 0 ．0 0 0 2 ( 2 ) 0 ． 1 O 6 7 - 0 ． 7 5 2 3 0 ．0 0 0 2 O ． 1 O O 2 0 ． 8 9 6 7 — 0 ． 0 0 0 7 工字钢 ( 3) 0 ． 1 O 0 2 - 0 ． 8 9 6 7 - 0 ． 0 0 7 0 ．0 9 6 3 1 _ 3 21 5 - 0 ． O 0l O ( 4) 0 ．0 9 6 3 - l - 3 21 5 — 0 ． 0 O 1 0 0 ．0 9 6 3 — 1 ． 6 1 4 5 0 ． 0 O1 0 槽钢 ( 5) O ． 1 O 6 7 — 0 ． 7 5 2 3 - 0 ． 0 0 01 O O - 0 ．0 0 01 ( 6) O O - 0 0 0 01 0 ． 1 0 O 2 - 0 ． 8 9 6 7 - 0 0 0 0l 拉索 ( 7) 0 O 一 0 ． 0 0 0l 0 ． 0 9 6 3 - 1 3 2 l 5 - 0 ．0 0 0l 由表3 可知 ，梁下支撑工宇钢在施工阶段产生的最大 弯矩为1 5 ．8 8 ． m，则工字钢的强度满足要求。 由表4 可知 ，梁下支撑工字钢在施工阶段产生的最大 竖向位移为1 ． 6 1 mm，则挠度满足要求。 4 ． 4 压杆稳定计算 根据 《 钢结构设计规范 》 ( G B 5 0 0 1 7 —2 0 0 3) 规定 ， 对1 6 a 槽钢按轴 心受压进行稳定性计算 ，槽钢所受压力最 大值为5 5 ． 3 2 k N，槽钢稳定性满足要求。 4 ． 5 拉索强度计算 根据上述计算结果 ，钢拉索最大轴力为1 5 ． 6 8 k N，则 拉索拉力满足要求。 4 ． 6 结果分析 根据 以上计算结果 ，可得出以下主要结论 ： ( a)板下支撑工字钢产生的最大弯矩为1 1 ． 9 3 k N m， 最大竖向位移3 ．5 1 mm，0 = 8 5 ． 8 MP a 0 j ，3 ． 5 1 mm< l ／ 4 0 0 = 1 0 mm，强度及变形条件均满足要求 ； ( b) 梁下支撑工字钢产生的最大弯矩为1 5 ． 8 8 k N m， 最大竖向位移1 ．6 1 mm，o = 8 5 ． 8MP a ≤[ 0 J ，1 ． 6 1 mm< ／ ／ 4 0 0 = 1 0 mm，强度及变形条件均满足要求： ( c) 槽钢稳定性 ： = 1 9 0 ． 9 3 N ／ ram < f y = 2 3 5 N ／ mm 稳定性满足要求 ： 。 ( d) 钢拉索强度 ：N= I 5 ． 6 8k N，满足要求。 5 结语 本工艺确保 了模板受力体系支撑刚度和变形 ，架体拆 除后混凝土结构仅沉降3～5 mm，亦确保 了混凝土浇筑质 量和结构安全。 应 用该 方法施工 ，比落地式脚手架节省成 本1 8 O万 元，工期提前2个月 ，保证 了贵州省军区 “ 1 2 1 1 工程 ”的 工程质 量。 该技术 的突破运用对工程进度有极大的推动作用 ，创 造了良好的社会、经济效益。 【 1 】 中华人民共和国建设部．G J 1 3 0 —2 0 1 1 建筑施工扣件式钢管脚手架 安全技术规范[ s 】 ． 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 ． [ 2 ] 国家住房和城 乡建设部．J G J 1 6 2 --2 0 0 8 建筑施工模板安全技术 规 范[ s ] ． 北京： 中国建筑_V - ,_ lk出版社， 2 0 1 1 ． [ 3 】夏正红， 王增民， 李雁呜等高空大跨度悬挑模架支撑体系 施工技术[ J ] ． 建筑技术， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 3 0 8 - 3 0 9 ． [ 4 】朱伯忠瑜 四纯， 李学亮． 屋顶悬挑梁支撑架施工技术【 J 】 _ 天津建设 科技， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 3 0 — 3 2 ， 3 9 ． [ 5 】 陈潦李慧颈． 大跨度悬挑屋面钢管桁架结构罩棚施工技术[ J 】 ． 广西 城镇建设， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 7 8 — 8 2 ． 【 6 】金Z - &． 高空斜交转换层的支撑架设计[ J ] ．建筑技术， 1 9 9 9 ( 9 ) ： 5 5 6 - 5 5 7 ． 2 0 1 3 ．1 2 B u il d in g C 。 n 8 tr u c ti 。 n l 1 0 6 3