某工程停机坪结构设计及施工措施方案优化

1、某工程停机坪结构设计及施工措施方案优化 余佑钟( 福建三木集团股份有限公司 福建福州350005)摘 要 本文介绍了某超高层建筑顶部配套直升机停机坪的结构设计及施工优化方案。停机坪结构边缘局部超出主体结构，原设计结构施工需要自屋面板搭设高大模板支撑体系，超出主体结构部分支撑体系需要搭设悬挑脚手架支撑体系。通过设 计方案优化后，停机坪结构施工不再需要搭设高大模板支撑体系，只需操作及防护脚手架，大大降低了施工难度、减小安全风险， 提高施工质量，同时降低施工成本，取得了良好的经济及社会效益。关键词 停机坪; 设计; 施工; 优化Structural Design and Optimization o

2、f Construction Measures of a HelipadAbstract: Structural design and optimization of construction measures of a helipad on the top of a high rise building are described in thispaper. Helipad structure is locally beyond the edge of the main structure of the high rise building. Then，tall template suppo

3、rt system from the roof is needed in the original design program. And cantilevered scaffold support system is also needed for the local parts beyond the edge of the main structure. By optimizing the design，tall template support system is no longer necessary and only simply operation and pro- tective

4、 scaffolding are necessary finally. The difficulty of construction and security risks are greatly reduced. Construction quality is im- proved. Construction costs are accordingly reduced and good economic and social benefits are achieved.Key words: helipad; design; construction; optimization1工程概况本工程位

5、于福州 市 晋 安 区，总 建 筑 面 积 294535 ，地 下室二层，由 8 栋超高层住宅及一栋 2 层商业裙楼组成，其中在1#楼( 55 层) 186. 45m 标高处设直升机停机坪，其主体结构为 双向钢筋混凝土剪力墙结构。2 停机坪结构原设计方案停机坪结构设计按轻型直升机荷载考虑，等效均布荷 载 按 5kN / m2 设计，竖向支撑结构为钢筋混凝土剪力墙，水平结构为钢筋混凝 土 梁 板 结 构，在悬挑钢筋混凝土梁 距 结 构 3m 处设置型钢斜撑，型钢斜撑与预埋在下层的预埋件通过高强 螺栓连接。停机坪水平结构为直径 26m 悬挑钢筋混凝土梁板结构，最大悬挑长度为 7. 3m，混凝土强度

6、等级 C30，板厚 200mm，主 梁截面尺寸为 500mm 800 600mm( 集中线荷载为 15kN / m2 20kN / m2 ) 。停机坪结构在 1 B 轴以南及 1 K 轴以北部分外伸超出主体结构，超出主体结构做大距离为 1 13 1 16 轴交 1 K 1 M 轴及西北角 1 2 1 5 轴交 1 K 1 M 轴区域，伸出主体结构最大距离为 5. 8m，具体见图 1。3 停机坪结构原设计方案下的施工措施方案3. 1 停机坪结构施工措施方案分析停机坪结构施工包括混凝土工程、钢 结 构 工 程 ( 型 钢 斜 撑) ，需要采用的施工措施方案为高大模板支撑体系。停机坪水平悬挑结构梁主

7、 梁 线 荷 载 为 20kN / m2 ，周 边 弧形梁线荷载为 15kN / m2 ，施工时混凝土及钢筋自重荷载较大。 考虑屋面板的结构防水效果及悬挑支撑体系的钢丝绳卸荷设 置问题，停机坪超出主楼部分的悬挑支撑体系起始搭设标高 不宜设置在屋面板处，设置在 55 层结构标高处。图 1 停机坪结构超出主体结构范围停机坪支撑体系搭设在屋面板区域的搭设高度为 11m， 悬挑支撑体系区域搭设高度为 14. 35m，属于高大模板支撑体 系，且悬挑外伸达 5. 8m。3. 2停机坪模板支撑体系方案设计停机坪模板支撑体系方案设计从两个方面分析: 一 是 扣件式钢管脚手架支撑体系方案设计; 二是支撑体系悬挑

8、结构方案设计。悬挑结构方案为停机坪方案重点，限于篇幅，本文 仅说明悬挑结构方案。3. 3 支撑体系悬挑结构方案由图 1 可见停机坪结构各区域超出主体结构的最大距离 为 1. 4m、3. 476m、5. 884m。根据现有施工技术，支撑体系悬挑结构方案可采用 悬 挑 型钢和悬挑钢桁架，本工程悬挑长度较长，且为高大模板支撑 体系，采用悬挑桁架结构。( 1) 悬挑桁架悬挑长度2. 5m，采用型钢 I20 悬挑梁 + 1道 I16 型钢斜撑 + 1 道反拉钢丝绳的结构形式，具体详图 2。作者简介: 余佑钟( 1973 9 ) ，本科，工程师。19福建建设科技2014. No. 6建筑结构( 2) 悬挑

9、桁架悬挑长度 2. 5m 时，采用型钢 I20 悬挑梁 + 2道 I16 型钢斜撑 + 2 道反拉钢丝绳的结构形式，具体详图 3。主悬挑梁采用 I20 工 字 钢，设 置 在 55 层 结 构 板 面 上，锚 固长度悬挑长度，锚固段通过预埋在 55 层楼板内的 A20 圆 钢锚环固定。支撑型钢与预埋 54 层结构的预埋件焊接，与悬 挑型钢在支撑体系弧形梁下外排立杆支撑点处焊接，焊缝等 级为二级。反拉 钢 丝 绳 为 6 19 直 径 21. 5mm 的 钢 丝 绳，与 悬挑工字钢的拉结结点设置在型钢梁最外端，与主体结构连 接设置在 56 层板面预埋的 A20 预埋吊环上。4. 3操作脚手架悬挑

10、结构设计在停机坪结构超出主体结构区域需要搭设悬挑脚 手 架，其平面布置详图 4，由于悬挑结构只需要承受脚手架自重及 施工荷载，悬挑结构由原来的悬挑桁架优化为悬挑工字钢。 ( 1) 脚手架悬挑结构设计 在停机坪结构超出主体结构最大距离为 1. 5m，加上超出结构边缘的 0. 8m 操作空间，型钢悬挑结构悬挑长度2. 3m，采用型钢悬挑 + 2 道反拉钢丝绳结构。在停机坪结构超出主体结构最大距离达 5. 8m 区 域，悬 挑结构最大悬挑长度 6. 4m。为减小悬挑长度，根据该区域主 体结构的 L 形结构在设置支撑框架减小悬挑长度，悬挑结构 采用型钢悬挑 + 2 道支撑框架支撑 + 2 道反拉钢丝绳

11、结构，将 悬挑主梁悬挑长度控制在 1. 5m 以内。其剖面详图 5。( 2) 悬挑工字钢设置及钢丝绳反拉体系设置 悬挑型钢梁为支撑体系主要受力构件，采用 I18 工字钢，布置在 55 层板面位置，脚手架搭设高度 14. 35m。在悬挑 型 钢梁下设置三排悬挑工字钢，间 距 1. 0m，弧形梁区域工字钢 间距为 1. 5m。悬挑工字钢悬挑长度根据停机坪结构边缘外 加 0. 8m 确定，锚固长度 1. 5 倍 悬 挑 长 度，锚固在预留在主 体结构板面的圆钢锚环内，圆钢锚环采用 A20 圆钢。反拉钢 丝绳采用 6 19 直径 21. 5 钢丝绳，钢丝绳与主体结构拉结点 设置在悬挑工字钢端部及悬挑段

12、中部，与主体结构连接设置 在 56 层、屋面机房板面及构架梁上预埋的 A20 预埋吊环上。 其剖面图详图 6。图 2 悬挑桁架( 一) 剖面图图 3 悬挑桁架( 二) 剖面图停机坪结构设计及施工措施方案优化 停机坪结构设计方案优化由于在原停机坪结构设计下施工措施方案复杂，施工 难44. 1图 4 悬挑桁架平面布置图度大，工期长，安全风险高，经施工单位建议，建设单位会同设计单位提出停机坪结构设计进行优化。设计单位重新对停机 坪结构进行设计，将原来的悬挑钢筋混凝土结构优化为钢悬挑梁 + 钢筋桁架楼承板自承重结构体系。悬挑钢结构钢材等级为 Q345B，钢悬挑主梁最大悬挑长 度 7. 2m，次梁最大跨

13、度 7. 39m，钢梁截面尺寸有: H550 300 16 20、H400 200 12 20，主次梁及周边弧形梁通过高 强螺栓或焊接连接形成平面框架，同 时 在 钢 梁 外 挑 3m 处 设 置钢斜撑。钢筋桁架楼承板板厚为 200mm，混凝土等级 C30， 最大跨度为 4. 2m，钢筋桁架采规格为 TD6 170。4. 2 施工措施方案优化停机坪结构设计方案优化后成自承重结构后，施工措 施 方案可进行大量优化，取消停机坪高大模板支撑搭设体系，优 化为钢管脚手架，作为操作平台及安全防护之用。图 5 无支撑框架悬挑结构剖面图( 3) 支撑框架结构在型钢悬挑型钢梁超出主体结构长度 3. 4m 处，

14、设 置 一 道 支 撑 框 架，设置支撑框架后悬挑工字钢最大悬挑长度 为1. 3m。在型钢悬挑型钢梁超出主体结构长度 5. 8m 处设置两 20 福建建设科技2014. No. 6 建筑结构减小，仅搭设结构型钢梁下部区域，且钢管搭设密度变小，施工工程量减小。( 2) 悬挑结构由悬挑桁架优化为悬挑型钢形 式，悬挑结构安装、拆除施工难降低。5. 2 提高施工安全性高大模板支撑体系是属于危险性较大分部分项工 程，是 建筑施工安全管理重点，对存在悬挑形式的高大模板支撑体 系更是存在较大安全风险。优化后悬挑脚手架，很大程度 上 降低了施工安全管理难度，提高施工安全性。5. 3 加快施工进度原模板支撑体

15、系 钢 管 较 密、悬 挑 结 构 复 杂，施 工 工 程 量 大、且存在大量高空吊装、焊接及切割施工，支撑体系搭设及 拆除施工周期较长。悬挑结构支撑体系拆除需要待混凝土结 构达到设计强度后方可进行拆除，影响需支撑体系拆除后进 行施工屋面工程及外立面幕墙装饰工程施工。优化的脚手架 施工工程仅为原 方 案 的 40% ，施 工 进 度 较 快，且 结 构 施 工 完 成即可进行脚手架拆除及后续施工，施工进度加快。5. 4 降低施工成本优化后的施工措施方案在周转材料投入如钢管、扣件、工 字钢等方面仅为原方案 40% ，安装、拆除工程量减小，显著降 低了施工人工费、材料采购费及材料租赁费等费用，降低

16、了施 工成本。图 6 有支撑框架悬挑结构剖面图道 支 撑 框 架，设置支撑框架后悬挑工字钢最大悬挑长度为 1. 5m。支撑框架水平工字钢采用 I30 工字钢，在 55 层结构施工 时预埋在 55 层板面上，斜撑工字钢采用 I18 工字钢，待脚 手 架拆除至 55 层板面时进行与水平支撑钢梁焊接，与 预 埋 在54 层预埋板焊接，焊缝等级二级。支撑框架见图 7。6结语本工程停机坪结构设计及施工措施方案优化实例表明在建筑工程设计及施工阶段，通过设计单位与施工单位将先进的设计理念和施工技术相结合，在优化结构设计方案基础上 进行施工方案优化的设计 施工综合应用技术，在降低施工 难度、提高施工安全性、保

17、证工程质量及降低施工成本等方面 可取得良好效果。参考文献1朱国梁 . 高空大悬挑钢筋混凝土结构的高支 模 施 工 工 法J. 深 圳土木与建筑，2006( 1) : 53 56.2北京钢铁设计研 究 总 院 . GB50017 2003 钢 结 构 设 计 规 范S.北京: 中国计划出版社，2003.3中国建 筑 科 学 研 究 院，江苏南通二建集团有限公司 . JGJ130 2011 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，2011.4中国建筑科学研 究 院 . GB50009 2012 建 筑 结 构 荷 载 规 范S.北京: 中国建筑工业出版社，20

18、12.5丰艳琴，张凯华，马纯权，等 . 大跨度悬挑混凝土结构支撑体系设 计与施工J. 施工技术，2013，14( 7) : 90 93.图 7 支撑框架立面图5 优化后施工措施方案优势分析5. 1 施工难度降低停机坪结构优化前停机坪施工措施方案为高大模板支撑 体系，搭设最大高度达 14. 35m，施工工程量较大，存在一定施 工难度。停机坪结构优化后施工措施方案为操作脚手架，施工 难 度降低，主要体现在一下几个方面: ( 1) 操作脚手架搭设面积檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲( 上接第 4 页)根据监测数据进行综合分析，以侧向变形速率控制为主要指 标，深层沉降、孔隙水压力、位移边桩应作为辅助指标; 预压期 随着时间增长，地基固结强度逐渐增长，应以沉降速率控制为 主要指标，以控制工后沉降。( 3) 监测结果表明: 地 表、深 层 沉 降、侧 向 位 移 ( 测 斜) 与 填筑荷载高度、填筑加载速率存在直接的正相关系，填土预压 沉降影响深度深度大，淤泥等软土侧向变形明显; 沿线沉降及 不均匀沉降变化大; 由于本路段处于滨海地段，淤泥等软土含 砂量较大，孔隙水压力