悬挂结构型钢悬挂模架支撑体系施工工艺探讨

悬挂结构型钢悬挂模架支撑体系施工工艺探讨

摘要: 随着建筑审美需求的提高，建筑造型和空间艺术日益创新，悬挂结构以其优良的抗震性能和空间灵活性逐渐得到广泛应用。而悬挂结构的受力特点要求施工工艺与其相适应，施工控制和模架支撑部分施工难度大。本文结合桃江经济技术开发区某办公楼顶层悬挂结构的特点，设计采用悬挑钢结构桁架平台支撑体系，并详细介绍了悬挑钢桁架平台支撑体系的施工工艺及注意事项。

关键词：预应力混凝土； 悬挂结构； 型钢悬挂模架支撑；施工技术 引言：目前很高层建筑的顶部建设计悬挑出一大段，屋顶造型从外观看给人留下深刻印象。但这样的设计常给施工带来较大难度:支模高度高、跨度大、荷载重，按照常规施工做法，应该采取高支模方案。但会导致支模所需钢管、扣件等材料多、人工较多、工期较长、施工场地占用大、安全性也较低等。因此，在工期、安全和经济性之间找到合适的支模施工方法尤为必要。结合工程实践，针对此结构设计特点设计出一种高空悬挂型钢桁架承重支模体系施工方法，方案的顺利实施证明这种承重体系具有安全、造价低及工期短等优点。

1 工程概况

某办公楼位于桃江经济技术开发区内，主楼结构形式为钢与混凝土组成的框架剪力墙结构，其顶层( 9 层) 两端向外悬挑 6. 7m，悬挑部分采用预应力混凝土悬挂结构，根据部位不同有框架悬挂和核心筒悬挂两种。悬挂结构体系的承重主构架为支撑于框架或筒上的有黏结预应力混凝土型钢梁体系，预应力混凝土梁截面为800mm× 1500mm，内配2组 4 × 5s15. 24钢绞线，框架悬挂部分预应力梁间距为2～3m，核心筒悬挂部分预应力梁间距 3. 20～4. 85m，预应力梁端为截面300mm×1500mm的钢筋混凝土连系横梁。悬挂结构的吊件为300mm × 600mm 的有黏结预应力混凝土柱吊于上端连系横梁，柱内预应力为2 × 3s15. 24 钢绞线。被悬挂楼层为钢筋混凝土梁板结构，梁截面 600mm × ( 400～700) mm。被悬挂楼层结构梁底距地面高度40. 25m，悬挂承重主构架预应力梁底距地面高度44. 6m，悬挂局部剖面如图1 所示。

图 1 悬挂支撑模架主承重体系侧立面

2 施工顺序与难点分析

悬挂结构施工顺序总体上分逆序施工和顺序施工两种。

2. 1 逆序施工分析

先施工顶层悬挂承重主构架，然后再施工下部被悬挂楼层结构。逆序施工面临以下难题。

9 层顶板仅悬挂主承重预应力梁自重标准值即达30kN/m，距自然地面高度44. 6m，需要解决大荷载作用下的高空支撑模架问题。

2)因下层顶板悬挑部分需要待顶层预应力大梁张拉完成，拆除支撑后才能施工，导致周期较长。

3) 预应力柱吊杆与顶层梁连接问题难以处理，竖向和水平施工缝的留设都有一定缺陷。

4) 逆序施工因上部覆盖造成应用塔式起重机、布料机等机械设备受，从而导致施工难度加大、工效降低以及工期增加等问题。

2. 2 顺序施工分析

顺序施工即先施工下部被悬挂楼层然后施工上部主承重构架。顺序施工面临以下难题。

大荷载作用下的高空悬挑模架支撑。

2)9 层顶板施工时模架支撑与被悬挂层结构变形协同( 主要为挠度) 及被悬挂结构的裂缝验算。

3) 合理的预应力张拉顺序问题。

2. 3 施工顺序确定

根据上述分析比较可以明确以下问题。

两种施工方式均回避不了大荷载作用下的高空悬挑模架支撑。

2) 对预应力梁的影响，两种方式区别不大。

3) 对于预应力柱，顺序施工质量有保证。

4) 对于被悬挂结构，施工9 层顶板结构时将会产生被悬挂的8层顶板结构同其支撑模架共同变形的情况(主要为挠度) 。只要这种变形在被悬挂结构的弹性许可范围内就不会对被悬挂结构产生不利影响。预应力承重主构架张拉时，由于荷载的转移，被悬挂结构的挠度将逐渐恢复。经采用等效荷载方法简化计算，张拉产生的短期反拱值为 Δp =1. 6mm，在弹性许可范围内。

经综合分析，顺序施工更有优势且施工更简便，因此最后确定采用顺序施工。

为尽可能使应力均匀转换，确定以下施工顺序: 8层顶板含被悬挂部分施工→9 层竖向结构含预应力柱施工→9 层顶板含悬挂预应力梁施工→养护→张拉每根预应力梁1 /2( 2 组)预应力钢绞线→张拉预应力柱→张拉预应力梁剩余钢绞线→灌浆养护→模架拆除。

3 型钢悬挂模架支撑

混凝土高空模架一般有悬挑、落地和悬挂 3 种方式。如果采用悬挑支撑将无法解决大荷载和悬挑跨度条件下的刚度问题； 如果采用落地模架，除工程量巨大外尚需考虑支架变形问题； 如果采用悬挂支撑模架，则需要解决支撑横梁、吊杆、吊点等验算和结构承载力复核。通过经济技术对比及考虑工期影响，最终确定采用型钢悬挂支撑模架。

型钢悬挂支撑主要由Q345B的悬挑型钢梁HN300 × 150 × 5. 5 × 8 (每2根一组 ) 、锚入结构主梁内的 HPB235钢筋拉杆30(每根钢梁2根) 、锚入结构主梁内的水平力抵抗地锚以及横向稳定连系梁构成( 见图 1) 。型钢支承点及钢筋拉杆锚入部位附加荷载经结构核算在容许承载力范围内。

4 施工步骤

施工主要分四大步骤(见图 2) 。

图 2 施工步骤

4. 1 型钢梁安装(步骤1)

8 层竖向结构施工完成后在楼板上安装悬挑钢梁( HN300 ×150 × 5. 5 × 8) ，每2根一组位于顶层800mm × 1 500mm大梁正下方，间距800mm，两H型钢之间按支撑脚手架设计间距用点焊的反扣槽钢或短钢筋固定的钢管做横向稳定支撑，以保持H型钢的平面外稳定。为平衡悬挂支撑产生的水平推力，H型钢梁下翼缘焊L形短钢筋顶住地锚。为防止大梁荷载对8层悬挑结构产生附加荷载，安装H 型钢梁时在混凝土梁支撑位置及楼板边梁位置下均垫50mm × 50mm木方，在拉杆张紧后拆除边梁上的木方，即可达到 H 型钢梁与悬挑板分离目的。

4. 28 层顶板第 1 次浇筑及拉杆预埋( 步骤 2)

8 层顶板第1次浇筑部分为型钢悬挂支撑钢拉杆的受荷结构，在结构梁钢 筋绑扎过程中，将30mm 钢拉杆下部穿入焊接于 H 型钢上的受力转接件孔内，上部锚入混凝土框架梁内36d( d为钢筋直径) ，在拉杆不张紧的状态下浇筑 8 层顶板第一次浇筑部分的混凝土，但其支撑模架间距位置等按9 层结构大荷载施工计算要求间距位置布置，以便在 9 层顶板施工时荷载直接传递给 H 型钢

梁。

4. 3 悬挂支撑拉杆张紧及8层顶板第2次浇筑部分施工(步骤3)

待 8 层顶板第 1 次浇筑部分混凝土强度达到20MPa 后，拧紧圆钢吊杆的螺母，使吊杆张紧，然后拆除边梁位置梁下木方，进行 8 层第 2 次浇筑部分的混凝土施工。受力转接件构造及与 H 型钢梁连接焊缝经计算确定，因局部集中荷载较大，在 H 型钢梁两侧对称各设两块10mm 厚加劲板。吊杆采用双螺母紧固，每组 H 型钢的吊杆张紧程度应均匀，可采用力矩扳手检查紧固力矩。图 3 为吊杆受力转接件实际组装照片。

图 3 吊杆受力转接件

4. 49 层悬挂结构施工( 步骤 4)

以型钢悬挂支撑模架系统为平台，施工 9 层悬挂结构。梁底及板底支撑均经计算确定，支撑上下正对，断面如图 4 所示，梁底支撑纵向间距 600mm，板底支撑纵向间距 900mm，未支撑于型钢梁上的立杆以双斜杆分散荷载至 H 型钢梁上。混凝土达到设计强度后，按预定顺序进行预应力张拉，然后灌浆封锚拆除模架支撑。图 5 为脚手架拆除后型钢悬挂支撑底部实景。

图 4 模板支撑断面示意

图 5 型钢悬挂支撑底部

4. 5 支撑系统变形对比

根据方案设计，支撑系统计算挠度 Δfmax=8. 3mm。采用水准仪对支撑系统进行挠度观测，大部分梁挠度在10～14mm，最大挠度值为16mm。经分析挠度偏大的主要原因是计算模型取均衡分担受力，而实际每组2根钢拉杆张紧程度不一致，因此今后在设计中需考虑可能的最不利组合和如何更能有效使杆件均衡受力两个方面加以完善。

5 结 语

通过计算分析和对比，以合理的施工方案完成了高空悬挂施工任务，实现了施工组织与悬挂结构设计特点的统一，以最短的工期保障了大荷载下的高空悬挑模架施工安全，为类似工程的施工提供了经验借鉴。然而方案制定过程按不同工

况对工程结构和型钢悬挂支撑进行了大量的验算，但是施工过程中除对 H 型钢的挠度采用精密水准仪进行变形预警监测外，没有对实体结构的内力和变形进行精确验证试验和监测，需留待日后进一步研究。

参考文献:

［1］ 杨晓敏，曹喜． 高层悬挂建筑结构的特点及形式［J］． 内蒙古科技与经济，2006( 3) : 104-106．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。