关于高空悬挑结构的施工分析

［摘要］ 建筑业高空悬挑结日益兴起，本大厦工程为高空悬挑结构的例子，工程四大面为2.4m 悬挑梁板钢筋砼结构挑瞻，四在角为3.6m悬挑梁板钢筋砼结构挑瞻，施工中采用槽钢钢丝绳悬挑结构为支模架的支撑体系，2.4 m挑梁为钢丝绳拉拽方案外挑梁挑出1.91m，上端再用钢管斜撑1.625 m 兼安全维护架；3.6 m 悬挑梁板采用上拽下撑方案施工外挑梁挑出4.6m，施工中取得了预期的效果。

［关键词］高空悬挑结构；悬挑梁板钢筋砼结构；支模架的支撑体系；钢管斜撑；上拽下撑方案施工

1 前言

随着社会的发展，在建筑业中，建筑师对建筑外形的建筑构思在不断地更新，为了追求建筑造型，许多建筑师在高大建筑物中开始采用高空悬挑结构，该大厦工程就是高空悬挑的一个例子，建筑物高99.8m，在89.350 m 高做四周悬挑，挑出四面坡屋面，外形四周挑檐2.4 m，四个大角由于屋檐下建筑向内凹角悬挑达3.6 m，故工程坡屋面的悬挑檐施工成为施工关键，支模架的施工方法对坡屋面施工安全、质量、成本、工期起着决定性的作用，经研究，四周采用悬挑支模架，四大角采用下斜撑的型钢支模架，在施工中被成功采用。

1.1 挑梁的确定

本工程阁楼层底标高为89.35 m，施工只能采用悬挑方案承担支模架以上的荷载，从成本、安全、工期综合考虑，拟悬挑梁采用材料为I18，模架为扣件式钢管支模架。悬挑长度为2.4 m的梁采用I18，为直接悬挑; 悬挑梁长度为6m,拽钢丝绳保护；悬挑长度为3.6 m的梁采用I18，采用下撑上拽式悬挑方案，悬挑梁长度为6 m。根据本工程的结构特点，由于本工程77.95 m层（19层楼面） 尺寸最大，故悬挑从本层（十八层顶面） 开始做悬挑结构层，支模架为3.8m×3=11.4m高。同时本三层支模架兼做十九～二十一层的安全防护架，搭设中既要满足安全维护架的要求，又要满足浇捣砼的刚度、强度及稳定性要求；又由于柱尺寸为1000mm×1 000 mm，考虑到柱的施工、柱两侧挑梁间距为1.5m (为最大间距,施工计算按次跨取值)。2.4 m 悬挑拉拽采用φ156×37、钢丝绳，斜撑采用4φ48×3.5，其计算数据如下。

材料自重施工荷载：

(1) 钢管为Ф48×3.5 (重3.85 kg/m)；

（2）扣件1.5 kg/个；

（3）安全网为(0.14N/m2)；

（4） 竹脚手片为14.5kg/m2

（5） [18a,（重20.17 kg/m）；I18（重24.13 kg /m）

（6） 砼重：2 500 kg/m3；

（7） 板梁模板重：50 kg/m2

（8） 施工中由于只有操作人员荷载按200 kg /m2 取值）

材料力学性能及特性：

（1） 钢管及槽钢弹性模量E=2.06×104 kg /mm2

（2） 钢管及槽钢强度设计值[σ] =20.5 kg /mm2；

（3） 钢管截面积A=489 mm2；槽钢截面积A=2 569 mm2；钢管回转半径i=15.8 mm，惯性矩为12.19×104 mm4；槽钢回转半径i=70.4 mm；槽钢惯性矩为1 272.7×104 mm4；

（4） 钢管截面模量W=5.08×104 mm3；槽钢截面模量W=141.3×103 mm3；工字钢截面模量W=185.4×103 mm3；

（5） 钢丝绳[N] =11950 kg Ф156×37+1

2 工程计算

（1） 施工砼时悬挑梁产生的荷载验算，2.4 m 悬挑梁：见搭设示意图（如图1），

图1

受力简图如下：

①C 点产生的力P1：P1=2 505.8kg

②D 点产生的力P2：P2=3 083.8kg

③防护架在D 点产生的力P3：P3=788.6kg在端头1.91 处拉φ15、6×37 的钢丝绳、破坏力P=11.95 kN

M=10 185.09 kg・m槽钢承担的弯矩为：Mk=Why・［f］ =141.3×103×205=2896.65 kg・m

端头1.91 处吊φ15， 6×37+1 的钢丝绳破坏力119.5 kN则钢丝绳抵抗10185.09- 2896.65=7288.4 kg钢丝绳产生的力为(4.25/3.8) ×(7 253.05/1.91)=4 247.1 kg

K=1 1950/4 247.1=2.81 合格

边钢管支承的稳定性验算：边管受力为P边

f= (p2+p3)/φA= (29 737+7 786) /φAl0=h+2a=1.8m

λ=l0/I=1.8×103/15.8=113.9=114 查表φ=0.489

f= (p2+p3) /φA= (28 664+7 786) /（0.489×489） =152.4< [205]

合格

（2） 3.6 m悬挑梁，受力简图如下（包括防护架） 搭设示意图见图2。

①P1：P1=3 396.2kg

②P2：P2=2 159.6kg

③P3: P3=3 026.7kg

④P4: P4=520.7kg

M=18 907.3kg・m

在2.4 m处设置4φ48 斜支撑钢管

斜撑垂直力N1=M/2.5=18907.3/2.5=7652.9kg

斜撑力= (4.55/3.8)×7 562.9=9055.6Kg

取λ=460/7.316=62.9查表得￠=0.792;f=90 556÷（0.792×2×489） =117

工字钢的抗弯量：对2.4 m取弯矩ry=1.05 Wny=185.4

f= (0.683×3 026.7+2.108×520.7)÷ryWny=162.6

为保险，在4m 端头拉φ15.6×37的钢丝绳破坏力

［119.5 kN］N=119.5×3.8/6.04=7518.2kg

N=M/d=18907.3/4.7=4022.8

钢丝绳的保护作用合格，抵抗矩合格。

斜支撑：采用4φ48×3.5用回转扣件每1.5m设4个。

斜支撑的回转半径：

Ix=4 （Ix+a2A） =4×(12.19×104+332×489) =261.76 cm4

I= (Ix/A)- 2= (261.76/4.89)- 2=7.316 kg

查表￠=0.7982

为了便于施工取两根钢管支撑悬挑梁。f= (p2+p3)/φA= (28 664+7 786) /（0.489×489）=152.4< [205]

⑤p3、p4对2.5斜撑取矩：

M2.5= (3.183-2.5)×940.1+(4.6-2.5)×343.9=1364.3

I18 的抵抗矩：（1364.3×104）/（185.4×103）=73.6< [205] 合格

取φ20 地锚锚入砼现浇板内，ND=2×3.14×102×50=31400kg

31400×3.6=113040>2897 合格，取φ20 地锚锚砼现浇板内。

（3）风荷载作用下连墙件验算：

①水平风荷载标准值：ωk=0.7mzmsωo=0.7×1.95×0.23×0.45=0.141 3 kN/m2

②由风荷载引起的连墙件轴压力Nlw：Nlw=1.4×ωk×hw×Lw=1.4×0.1413×3.8×3.9=2.93kN

③由脚手架平面外变形在连墙件中引起的轴压力N0：规范要求：N0=5kN

④则连墙件所受的轴压力NL：N=Nlw+N0=2.93+5=7.93kN[R] =8.0kN连墙件按每层三跨设置，为安全脚手架顶部挑架采用双扣件，其余采用单扣件即能满足受力要求。

3 施工方法

（1）2.4 m悬挑梁施工：2.4m 悬挑梁总长度6 m，外悬挑2.3m，内平衡3.7m，如图1，施工中先将梁放在下一层的护架的外皮架上，排好找好位置及标高后，将地锚放入砼板钢筋的下皮及梁内，悬挑平衡受力点放双φ20 地锚，中间支承点放φ16地锚，砼浇捣完成三天后才能安装悬挑梁上面的架体、安装架体时，每步架高不大于1.8m，纵距不大于1.5 m，横距按图安装，当安装完头步架时，要经现场项目经理、技术负责人、安全员验收合格后才能进行下步架施工，在接第二节站杆安装前进行φ156×37 钢丝绳拉，否则不得进行第二节站杆施工。

（2）3.6m悬挑架施工：

3.6m悬挑梁总长度为6m，外挑4.2m，内平衡1.2m，如图2，由于外挑长度大，要在外挑2.4m处做4φ48×3.5 的钢管斜支撑，上顶端与跳梁焊牢，下端与下层预埋件焊牢（在下一层施工时埋下），再在外挑端头拉按φ156×37丝绳，具体施工方法如下：

a、在施工挑梁前先将护挑架挑出1.5 m，然后安装悬挑梁,此挑梁临时搁置在外挑架上，找好标高及位置后，然后放置后端地锚焊接固定后，再安装斜支撑,上下端焊完后检查水平缝等合格后才能进行下步安装。

b、当悬挑梁安装检查合格后再开始安装第一步挑梁的扫地杆及站杆，逐一安装完毕后满铺脚手片，然后检查第一步架合格后才能进行下一步脚手架施工。

（3） 因为本悬挑架既是支模架又是防护架,施工中既要考虑支模架又要满足防护架的要求，通过以上计算，可以确认两个长轴向外挑架2.5m 悬挑梁横距为1.2m，四大角斜角向内长度增大,做5×Φ156×37拉拽。

4 总结

此次悬挑架的施工,四大角挑梁的安装最为关键。施工难度较大，在施工中，应先做钢管外挑防护架，外挑5.0 m，设两次外挑，两次拉线，（用Φ126*37+1钢丝绳）对施工的安全起到了保护作用，是施工顺利进行的关键。由于本支模架为悬挑结构，施工中要严格控制施工荷载做到专人负责，模板上不要堆积砼过多、砼不能积在悬挑部位的模板上，施工人员不要集中在一处振捣，做到先梁后板，翻檐部分二次浇筑用以减轻浇筑时的荷载，砼浇筑时专人检查支模的变形情况，发现异常立即停止浇筑，无问题后才能正常施工。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。