高空大跨度悬挑结构承重架设计与施工

1、52施工技术CONSTRUCTIONTECHNOLOGY2008年6月第37卷第6期高空大跨度悬挑结构承重架设计与施工毛杰,李全智,孙国平,裴如群(北京城建五建设工程有限公司,北京100029)摘要北京师范大学教学办公楼高空大跨度悬挑现浇混凝土结构施工,在悬挑部位设工字钢、三角架作支撑,其上搭设ADG承重脚手架,通过架体计算、现场试验及采用合理的施工顺序,确保了架体及结构安全。关键词悬挑结构;承重架;高空作业;混凝土中图分类号TU351;TU73112文献标识码A文章编号100228498(2008)0620052203ConstructionandDesignofBearingFramein

2、High2altitudeLarge2spanCantileverStructureMaoJie,LiQuanzhi,SunGuoping,Ruqun(TheFifthCo.,Ltd.,BeijingUrbanConstructionCo.,Ltd.,Abstract:Thejoiststeelsandtripodassupportofhigh2altitudelarge2spancantilevercast2in2situconcreteinofBeijingNormalUniversity.TheADGscaffoldsareThesafetyofscaffoldandstructurei

3、sensuredbyscaffoldconstructionsequence.Keyw;bearingframe;high2altitudeworking;concrete北京师范大学教学办公楼工程总建筑面积73669m2,框架2核心筒结构,地下2层,地上23层,基础埋深-10160m,总高9718m。17层裙房层高410m,8层以上层高318m,其中821层为标准层,22层及23层结构外边向内缩小。屋面悬挑结构梁板为23层顶板,屋面东西长85m,南北宽2715m,屋面悬挑梁板面积达750m2。东西侧屋面梁板向外悬挑6m,南北侧屋面梁板向外悬挑3m,楼四个大角的外挑跨度达7m。屋面悬挑梁板造型

4、复杂,悬挑梁板标高8811090110m,悬挑梁板平面及剖面如图13所示。本文重点论述东西侧6m跨悬挑部分架体的设计与施工。图2东西侧悬挑剖面示意图3南北侧悬挑剖面示意7层裙房顶达60m。2)屋面悬挑梁板造型复杂,悬挑面积达750m2,悬挑梁板为双层板,标高变化多,施工顺序复杂。3)悬挑跨度达6m,楼四个大角悬挑跨度近7m。4)悬挑架为结构承重架,主悬挑梁截面尺寸为400mm×900mm,最大截面尺寸达200mm×2000mm。屋面支撑悬挑梁板混凝土的平均自重荷载达10kNm2,局部最大达11kNm2,悬挑脚手架要同时考虑结构和装修图1屋面悬挑梁板平面示意收稿日期20082

5、03228;修订日期2008204218作者简介毛杰,北京城建五建设工程有限公司总工程师,北京市朝阳区安苑东里三区十号100029,电话:(010)64895909,E2mail:maojie1工程难点1)本工程悬挑结构位于90m高空,悬挑高度大,距© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2008No.6毛杰等:高空大跨度悬挑结构承重架设计与施工53施工。5)东西两侧6m跨度悬挑架紧邻校内道路,安全防护要求高,安全风险大。2架体方案选择悬挑屋面梁板支撑架选

6、型:悬挑屋面支撑架可采用落地架和悬挑架两种方案,本工程采用搭设悬挑架,主要考虑如下因素:落地架搭设高度高(达60m),搭设难度大;落地架不能直接落于自然地面上,落于8层结构楼板上,必须对8层以下结构楼板层层进行支撑回顶加固,支撑回顶楼层内的二次结构和装修施工无法及时插入;落地架占用脚手架管多,搭设拆除时间长,费用高。3架体方案设计图5阳台处悬挑架剖面示意采用20号H型钢焊接而成。三角架与结构梁上的埋件焊接固定。如图6所示。通过市场调研,本工程架体杆件选用ADG承重脚手架,ADG承重脚手架选用Q345钢,架体轻、承载力大、搭设拆除快。模板面板采用15mm厚多层板,主龙骨采用50mm×1

7、00mm方钢,次龙骨采用U形钢木梁。东西两侧外架考虑采用悬挑架形式搭设,架体南北向共31排立杆,东西向为8排立杆内侧4排杆传递轴力,外侧4,距115m,0m和017m,架体横杆步距210m,构保持3层模板支撑。根部支撑分三部分考虑:1)及轴阳台部分(见图4)从阳台上悬挑工字钢,在工字钢上搭设架子。脚手架按纯悬挑架计算,悬挑工字钢梁仅作为安全储备,不考虑工字钢梁悬挑端部受力。每根工字钢长度6m,工字钢在阳台外悬挑213m,阳台内317m,每排立杆下均设置工字钢,工字钢间距为700、1000、1500mm,按立杆间距布设。工字钢伸入楼板内部位设置2<16钢筋(圆钢)拉环。工字钢上图6无阳台处

8、悬挑架剖面示意4架体计算411屋面荷载计算屋面悬挑梁板总荷载为10kNm2,第1次浇筑混凝土荷载为6kNm2,第2次为1kNm2,第3次为2kNm2,第4次为1kNm2。412ADG支撑架计算放置底座后,点焊钢筋头固定架体底座。如图5所示。2)轴及楼四恒荷载乘以112系数,活荷载乘以114系数。选取轴的支承架体进行结构分析。结构计算采用SAP2000(V9109)软件进行,立柱与地面之间采用铰接,立柱之间刚接,横梁与立柱以及斜杆与立柱铰接。计算出杆件最大轴力发生在楼角部,为60kN,小于单杆承载力130kN。挠度变形值为12mm。413三角架计算个大角部分(见图4)在22层楼板梁上留设埋件,采

9、用三角挂架外挑的方式。屋面悬挑梁下三角挂架间距110m,悬挑板挂架间距115m。三角架长415m,支撑外挑018m,图4悬挑工字钢三角架平面示意三角架采用HN200×100×515×8焊接而成。主要验算了水平杆的抗弯、抗剪,斜杆的轴向抗压力。水平杆件按连续梁进行计算,脚手架传来的荷载考虑分项系数1135,采用理正结构构件计算软件计算出最大弯矩为2317kNm,最大剪力为3015kN。抗弯截面应力© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserv

10、ed. 54施工技术第37卷为126Nmm2<容许截面应力215Nmm2;抗剪截面应力为26Nmm2<容许截面应力185Nmm2。立杆最大轴向力8915kN。截面应力为9115Nmm2<容许截面应力215Nmm2。三角架强度满足要求。414焊缝长度计算混凝土反墙。混凝土浇筑顺序如图7所示。支座处的拉力为1415kN,工字钢与埋件采用双面直角焊,焊脚高10mm,需焊接长度20mm,可以满足要求。5现场试验图7屋面悬挑梁板施工顺序根据设计要求、理论计算和现场试验,确定屋面悬挑梁板起拱80mm。第1次浇筑混凝土的部位是屋面悬挑梁板受力的关键部位,也是以后浇筑混凝土荷载的承重部位。7

11、结语为保证高空大跨度悬挑支撑架的施工安全性,测定架体在实际受荷状态下的各杆件应力情况及架体变形情况,正式施工前按11搭设了受力最大部位的试验架。通过水准仪、电脑应力仪对每根杆件的变形及应力进行采集分析。试验架采用水泥袋分次堆积荷载,第1次堆积荷载为6kNm2,架体最大沉降量为7mm,杆件最大应力值为133Nmm2;第2次加荷1kNm2,累积荷载7kNm2,架体最大沉降量8mm,杆件本工程悬挑脚手架搭设及混凝土浇筑施工非常顺利,14mm,最大应力值140Nmm2;第3次加荷2kNm2,9kNm2,架体最大沉降量10mm,杆件最应158Nmm;第4次加荷1kNmm,222,2,在浇筑悬挑梁板混凝土

12、前,2排架体立杆底部的底托全部松开,使架体自身提前进行收缩和下沉,然后将底托拧紧。3)屋面悬挑梁板混凝土浇筑必须严格按照方案要最大沉降量2,支撑架方案安全可靠,6屋面悬挑梁板施工求的顺序进行。浇筑过程中,设置好架体沉降观测点,做好应急预案和准备工作,确保架体安全。参考文献:1江正荣,朱国梁.简明施工手册(第四版)M.北京:中国建筑施工顺序:屋面主悬挑梁及88110m标高屋面下层板浇筑屋面最外侧悬挑板的下层板混凝土浇筑屋面最外侧悬挑板周边梁和女儿墙混凝土,一次浇筑到位浇筑屋面上层楼板混凝土浇筑屋面悬挑梁配重(上接第45页)工业出版社,2005.2中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册M.北京:中国计

13、划出版社,2002.1)悬空模板施工是一个高风险作业,必须由技术、下,采用自制卡位槽钢进行模板支撑加固。如图10、11所示。施工、安全等相关人员组成专项技术操作指挥、安全管理小组,负责施工方案的具体实施。2)精心设计混凝土浇筑方案,确保模板支架均衡受载,最好采用由中部向两边扩展的浇筑方式。3)严格控制实际施工荷载不超过设计荷载。4)浇筑过程中,派专人检查支架和支撑情况,发现下沉、松动和变形情况及时解决。图10外框悬挑板模板示意图11外框悬挑板剖面6结语4变形监测与传统做法相比,外框顶板悬空支模节省了钢管、U托等周转材料,经综合核算材料费、租赁费、人工费在顶板浇筑混凝土期间,随时进行观测,并记录一次钢梁变形最大值。浇筑完成后2、6、12、24h分别观测并记录。若变形量超过规定值时,立即停止施工并分析原因,制定相应措施。通过监测结果可知,钢梁变形绝大部分发生在混凝土浇筑期间,且变形量较