高层建筑结构悬挑平台设计与施工技术研究.pdf

江苏建筑 2 0 1 6年第 1 期 总第 1 7 4期 高层建筑结构悬挑平台设计与施工技术研究 殷粉芳 ， 陈年和 t ， 郭牡丹 ’ ， 石伟 国 ’ 江苏建筑职业技术学院建筑工程技术学院， 江苏徐州 2 2 1 l l 6 ； 江苏省华建建设股份有限公司。 广东深圳 5 1 8 0 3 4 『 摘 要1 高层悬挑结构的施工是建筑结构施工中的一个关键且危险性较大的施工技术。深圳某工程部分楼层转角处悬 挑 梁最长 7 0 0 0 ra m． 对悬挑 平台进行设计应用于工程 ， 证明设计 的工字钢斜 支撑与钢悬挑粱组合的悬挑 平台可以有效解决高 空悬挑 结构的施工 问题 。 支撑 架受力合理 ， 解决 了大悬挑 钢梁的挠度问题 ， 安装 和拆 除简便 易行 。进行 了支撑架体 系的设计 与施工 ． 包括设 置悬挑 工字钢 梁、 设置_ 1 2 字钢斜 支撑 、 在 支撑架上搭设模板 支撑 系统以及防护 架等 ， 对型钢在 结构上的锚 固 和 支撑架节点构造做 了详细说明 ． 设计的 支撑架体 系在该工程 的应用效果较好 『 关键 词1 高层悬挑结构； 斜支撑； 钢悬挑梁； 节点构造； 支撑架体系 『 中图分类 - ] T U 9 7 2 ． 3 『 文献标识码1 A『 文章编 ] 1 0 0 5 6 2 7 0 2 0 1 6 O 1 0 0 7 8 0 4 De s i g n a nd Co n s t r u c t i o n Te c h no l o g y Re s e a r c h o f Ca nt i l e v e r Pl a t f o r m i n Hi g h- Ri s e Bu i l d i ng S t r u c t ur e YI N F e n - f a n g C HEN Ni a n - h e ’ G UO Mu - d a n S HI W e i - g u o 2 1 ． C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y， J i a n g s u V o c a t i o n a l I n s t i t u t e o f Ar c h i t e c t u r a l T e c h n o l o g y， Xu z h o u J i a n g s u 2 2 1 1 1 6 C h i n a ； 2 ． J i a n g s u H u a j i a n C o n s t ruc t i o n C o ． ， L t d ， S h e n z h e n G u a n g d o n g 5 1 8 0 3 4 C h i n a Abs t r a c t Co n s t r uc t i o n o f h i g h- l e v e l c a n t i l e v e r s t r uc t u r e i s a ke y c o n s t ru c t i o n t e c h no l o g y i n b ui l d i n g s t ru c t u r e c o n s t r u c t i o n e n g i n e e ri n g ， i t i s a d a n g e r o u s w o r k ． I n a p r o j e c t o f S h e n Z h e n ， S t e e l C a n t i l e v e r B e a m i s 7 0 0 0 mm l o n g e r t h a n fl o o r ．C o n s t ruc t i o n t e c h n o l o gy f o r s u p p o f r a me c o mb i n e d b y I s t e e l b e v e l e d b e a m a n d s t e e l c a n t i l e v e r b e a m i s d e s c ri b e d ，i t i s p r o v e d t o b e a n e f f e c t i v e me t h o d t o s o l v e t h e p r o b l e m o f t h e c o n s t ruc t i o n o f t h e h i g h a l t i t u d e c a n t i l e v e r s t ruc t u r e ． T h e s y s t e m i s r e a s o n a b l e t o b e s u b j e c t e d t o l o a d i n g ， i t c a n s o l v e t h e p r o b l e m o f l a r g e d e fl e c t i o n o f c a n t i l e v e r b e a m， i t S e a s y t o i n s t a l l a t i o n a n d r e mo v a 1 ． T h e d e s i g n a n d c o n s t ruc t i o n i s ma d e ， i n c l u d i n g t h e s e t o f S t e e l C a n t i l e v e r Be a m、 I S t e e l b e v e l e d B e a m 、 T h e s u p p o si n g f r a me e r e c t i o n o f s u p p o r t i n g s y s t e m a n d t h e p r o t e c t i o n f r a me ； I n t h i s t e x t ，a n c h o r e d me t h o d o f S t e e l C a n t i l e v e r B e a m- s l a b a n d n o d e s t ruc t u r e o f S u p p o F r a me s y s t e m a r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l ．T h e s y s t e m i s p r o v e d t o b e a n e f f e c t i v e m e t h o d i n t h e p r o j e c t ． Ke y wo r d s h i g h - r i s e c a n t i l e v e r ； i n c l i n e d s u p p o rt； s t e e l c a n t i l e v e r b e a m； n o d e s t ruc t u r e ； s u p p o f r a me s y s t e m 0 引 言 高空悬挑脚手架 和楼层悬挑范 围较小 的结构 ．可参照 建 筑施 工 扣 件 式 钢 管脚 手 架 安 全 技 术 规程 J G J 1 3 0 2 0 1 1 m 设置 悬挑 主梁 以承受 上部荷 载 对于楼层 凸 出范围 较大的悬挑结构 ． 若采用相 同的支撑方式 ． 那 么主梁 上承受 较大的荷载 ． 可 以通过2 种方式来解 决 ． 一是减小 主梁间距 ， 二是增 大主梁 的截 面 这2 种方式 中 ． 有 时对 于悬 挑范围过 大 的结构并不适用 ． 尤其对于特殊部位的主梁 ． 比如 防护架 处 ． 通过主梁间距 受到限制 。 增大截面则会给施工时 主梁 的 安装 和拆 除带来麻烦 ． 对结构层楼面的施工也会造成影响 有些t程 中采用在 钢丝绳斜拉索 与 字钢悬挑 梁组合平 台 体 系上搭设模板支撑架 的方式 12 ] ．该方法在一定 条件 下可 行 ， 但 由于钢丝绳 不参与计算 ， 只是安 全储备13 1 ， 因此 ， 该方 法也会受到限制 。 本文对支撑架 受力进行 验算 ． 以某lT程项 目实际设置为例进行设计计 算 ． 探讨其受力 情况 ．并介绍 了施_T工艺及节点构造 ．为今后的类似工程施工提供 了安 全可靠的参考依据 1 方案设计 【 收稿 日 ] 2 0 1 5 ． 0 8 ． 1 9 【 作者简介】 殷 粉 芳 ， 1 9 8 9 一 ， 江 苏 建 筑 职 业 技 术 学 院 ， 助 教 ， 硕 士 研 究 生 ． 从 事 锶 筋 混 凝 土 结 构 抗 震 性 能 和 耐 久 性 研 究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 6 年第 1 期 总第 1 7 4期 7 9 深圳 某工程总建筑 面积 5 4 2 0 5 ． 1 m 2 ， 其 中 地下建筑 面 积 1 3 4 0 1 ． 8 6 m 2 、地上建筑面积 4 0 8 0 3 ． 2 4 m 2 。地上2 楼共 2 9 层 ， 地 下3层 。 每 个楼层 的标 准层层 高3 ． 1 5 n l ， 建 筑总高 度 9 9 ． 1 5 m。采用悬挑式脚手架 施工体系 ，主楼各栋顶层 局部 比下 层标准层结构 凸出的最 大长度 为1 6 0 0 mm．凸出边梁 截面大小为2 5 0 m mx 4 O O m m． 板厚 为2 0 0 ra m． 凸 出结构 上部 无主体。 图1 盯 ＼ ， 口 ．‘ j 2 F - ＼ ／ 曜 ． 。 一 ． 3 2 0 t l 博l O 0 e 2 5 锨’ { _ - 抖 - 2 8F ／～ ． l i 墨 麴 2 7 F 。∞ 埘 。 c - - t ． r -_ ● ＼ ／ 圈 l 2 楼局部后增悬挑剖面 图 如图l 所示 ． 采用工字钢悬挑 ． 工字钢下 撑 ． 工字钢 在凸 出结构层下一层楼面进行布置 。 实 际工程 中． 在2 8 层楼 层处 采用I 1 6 S E字钢 悬挑 ．平 铺在楼 板上 ．锚 固点采用 直径 为 2 0 ra m的压 环钢筋锚 固 ． 主梁在 建筑为 内的锚固长度 为5 m． 悬挑长 度为4 m。斜支撑采用I 1 6 工字钢下撑 。 下撑 上连接点 位 于悬挑层距建筑结构外边2 ．5 m处工字钢上 ．底端 与预埋 在2 7 层构 件 中的预埋 件相连 ．实 施时在 悬挑 层下 层预 埋 3 0 0 mm x 3 O O m m x l O mm 铁板 ． 采用M1 4 膨胀螺 栓固定 顶端在 离 阳台外边2 5 0 0 m m处与 主梁焊接 ． 保证斜支 撑与工字钢悬 挑 梁的夹角接近6 0 ． 满足规 范中夹角大于4 5 的要求 连接 时支撑 工字钢两头分 别与上部 工字钢 、下部 铁板进行对接 焊接 ． 卡箍与工字钢梁之 间采用满焊 。下撑支点在2 7 F 楼面 转角处工字钢最 大悬 挑长度4 6 0 0 m m． 采 用I 1 8 工字钢 悬挑 ． I 1 6 I字钢下撑 在悬挑 主梁上按间距 1 0 0 0 横 向搁置I 1 6 工 字钢次梁 ． 在次梁上按 1 0 0 0 m mx l O O O mm间距搭设 模板支撑 脚手架。脚 手架搭设 布置一览表如表1 。 2节 点构 造 1 型钢挑梁与楼板 的锚 固 图2 为 型钢主梁穿墙 处以及与板 的构造布 置 依据 规 范 ． 预 埋插入 圆钢 压环 ． 在 伸入楼板 内的梁端部设置2 ～ 3 道 卡箍 。 在 阳台梁位置处 ， 设置 1 道卡箍锚 人阳台梁 内． 卡箍 与 工字钢焊牢以抵抗 外架引起 的钢梁水平力 在混凝 土施 工 中要保护好预埋固定环 ． 避免振动棒直接接触预埋件 ． 边振 捣边观察及时校正预埋环位置 ． 保证不产生过大位移 卡 I { I 宇 僻 l 0 n■ ● 蛊匦 U删I l I I l 8 u型钢箍预埋楼板内示意图 a U h o o p s e mb e dd e di nt h efl o o r b 悬挑钢粱穿墙构造 r b n o d e s tr u c tu r einw a ll s c 悬挑钢粱楼面构造 c n o d e S l l ic lu r e i n t h e fl o o r 图 2悬挑 钢梁穿墙 及楼面构造 2 斜支撑 在下层边 梁上的构 造 在2 7 层边 梁上 预埋3 0 0 mmx 3 O O m mx l O m m铁板 ．采 用 M1 4 膨胀 螺栓 固定 ．连接时支撑工字 钢一 端与铁板进行对 接 焊接 3 型钢悬挑转角及采光井钢梁构造 在楼层 转角处 ． 丁字 钢最大悬 挑长度4 6 0 0 m m． 梁上荷 载较大 ． 采用增 加梁截 面和减小 梁间距 的措 施 ． 采用I 1 8 工 字钢悬挑 ， I 1 6 I字钢下撑 构造详 图如 图3 所示。在主梁交 接处 ． 采用焊接方式 ． 在梁的夹角处设 置加劲肋增加梁 的稳 定性 ； 采用该种构造方式 ， 减小了所 承受 的荷载 ． 安全可靠 。 接 I l 聱 鲫【I 黼 ● ＼ ＼ ＼＼ 蠢 呦 ／ {I ． 1 撇l 漕 蟀 ＼＼ ● ● 、 、 ＼ ＼ ＼＼ ＼＼ 图 3 型钢悬挑转 角及 采光 井工宇钢构造 表 1 脚手架搭设布置一览表 十 ● _ 丽 引 ● ． 1L 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 6年第 1 期 总第 1 7 4期 斜撑梁与预埋钢板连接节点螺栓强度验算 查钢结构设计 规范 G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 表3 ． 4 ． 1 - 4 得到 ff 1 7 0 N ／ m m 1 4 0 N ／ mm f b 3 0 5 N ／ m m 螺栓群承受的水平力 V I R 1 ／ t a n [3 l 6 1 ． 1 1 ／ 3 1 5 0 ／ 2 5 0 0 4 8 ． 5 k N 螺栓群承受的竖 向力 R 6 1 ． 1 l k N 1 个螺栓所受的剪力Ⅳ。 算如下 N lv 鲁 1 5 ．3 k N V I 12 Il k N Ⅳ11 、 ／ Ⅳ I F 2 7v 1、 12 X f 1 5 ． 3 2 1 2 ． 1 2 -- - 1 9 ． 5 k N 计算所需螺栓直径 受 剪 所 需 直 径 d ≥ 、 ／／ 孥 、 ／ 1 3 ．3 m m 承 压 所 需 直 径 d v≥ 每 ．4 m m 故取d 1 4 mm的C 级螺栓可满足强度要求 。方案 中螺栓 排列构造均大于 中距3 d o 4 2 mm． 边距2 d o 2 8 m m。 4 、 阳台梁截面复核 取受力较大 的梁3 A ⋯ 7 3 A 9 轴之 间的L A1 进行计 算 ， 梁截面尺寸为2 0 0 m m x 4 0 0 m m ． 受力筋为2 t 1 6 m m； C 3 0 混凝 土 ． h 0 -- 4 0 0 - - 4 5 3 5 5 mm。 经 验算需要对 阳台梁 以及 支承该梁 的悬臂梁进 行 1 层 回顶 ． 工程 中实际进行2 层 回顶。采用O4 8 x 3 进行 回顶 ， 钢管 间距 为1 ． 5 m ． 回顶位 置在相 应的斜 支撑下 ， 每个支 撑下 用l 根钢管 4安装与拆除方法 4 ． 1 安装方法 如图5 所示 ． 先在楼层预埋铁板处 内边缘焊接 用于防止 斜撑 安装 时产生 滑移 的临 时 固定 1 0 0 mm高Ol 6 mm的钢筋 头 ．预先 用钢 管对准 上下焊接点在外架 上设 置对准角度 的 临时固定水平横杆 ． 将斜撑工字钢用塔 吊吊起上端 ， 底端用 绳子套住顺临时固定水平横杆人工拉入楼层 内抵住焊接 在 铁板上临时 固定 1 0 0 mm高Ol 6 m m的钢筋头处。在斜撑工字 钢下 方距 上焊接 2 0 0 0 m m处搭设 出外架外边 1 5 0 0 mm长的 钢管脚手架平 台 ． 设 置 1 1 0 0 ra m高 防护栏杆 ， 此 平 台以供焊 3堂 刀 分 综合考虑悬挑工字钢梁受力情况 、悬挑工字钢在楼 内 受力 情况 ． 确定支撑架受力情况。选择最大受力单元 ， 进行 荷载传力途径分析 ． 绘制最大弯矩 图进行计算 、 验算 。 1 主梁验算 计算荷载为 脚手板 荷载 0 ． 1 7 k N ／ m z ，栏杆 冲压钢板 0 ． 1 6 k N ／ m 安 全 网 O ． 0 1 k N ／ m 2 ； 钢管 3 ． 9 7 k g ／ m； 板 底 次楞 木 枋 5 0 x l 0 0 2 5 0 0 ． 0 2 5 k N ／ m；主 梁 自重 1 ． 2 x O ． 2 0 5 x l 0 ． 2 4 6 k N ／ m 主 粱间距 为 1 5 0 0 m m， 计算 得 到主梁 上 的荷 载 见 主梁的计 算简图 ． 主梁 的内力图见图4 。 29 ． 0 0 9, 0 0 1 4 ． 5 o I ‘_ ，∞ I l J J 川 川 川 洲f 『 i I I I I l I I 1 l I l l 川 l l l l 川 掘川 山 l J I I l I【l 『j 川 I 而 ■ ． 0 ． 0 ／ 3 t 8 ． 6 1 ． I 图 4 主梁计算简图 可以看 出． 主梁 的最 大弯矩 为2 2 ． 8 9 k N． m， 最大剪 力为 3 5 ．5 1 k N 支座反力 尺l O ． 1 2 k N， R2 3 8 ． 8 4 k N， R3 61 ． 1 l k N ①抗弯强度验算 主梁轴向力 Ⅳ _ 【 6 1 ． 1 1] ／ 1 4 8ta n l 1 5 0 ／ 2 5 0 0 -5 k N “ 一 n l l一 3 ’ ⋯ ≤f 丽 2 2 丽 ． 8 9 x 1 0 6 1 7 2 ．9 N／ mm2 f 2 1 5 N／ mm2 满 足 ⑨抗剪强度验算 仁一V ， t Ⅵ S ～ r - --4 2 ． 9 N ／ r a m 2 ≤f _ 1 2 5 N ／ ram 2 , 满足要求 ③ 稳定性验算 在 悬挑 主 梁 上按 间距 1 0 0 0 m m横 向搁 置I l 6 工字 钢 次 梁 ， 次梁与 主梁焊接 连接 ． 根据 钢结 构设计 规范4 ． 2 ． 1 ． 1 ， 不 需要 计算 主粱的整体稳定性 2 斜撑梁验算 斜撑梁支座力 R n 3 l x 6 1 ． 1 1 -- - 6 1 ． 1 l k N 斜撑梁轴 向力 Ⅳ x l l ／ s i n l3 l 6 1 ． 1 1 ／ 3 1 5 0 ／ 4 0 2 1 8 2 ．6 k N 斜撑梁的最大轴 向拉力 m a x [ ， ⋯肌】 8 2 ． 6 k N 斜撑梁 长度 L 0 1 l L 2 2 3 1 5 0 2 2 5 0 0 4 0 2 1 mm 斜撑 梁长 细比 A I L ／ i 4 0 2 1 ／ 6 5 ． 8 6 ． 1 1 查 钢结构设计规范 G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 表C 得 ， ‘p l 0 ． 8 7 9 ① 轴心受压稳定性验算 o r l Ⅳ x l ／ ‘ P lA 8 2 6 0 0 ／ 0 ． 8 7 9 x 2 6 1 0 3 6 N ／ m m f 2 0 5 N ／ m ．满 足要求 ⑦ 斜撑梁与主梁对接焊缝验算 o r N ／ 1 W t 8 2 ． 6 x 1 0 7 2 6 1 0 3 1 ． 6 N ／ m m f w 1 4 0 N ／ mm ， 满足要求 ③支撑与预埋钢板对接焊缝验算 Or N ／ 1 J 8 2 ． 6 x 1 0 7 2 6 1 0 3 1 ． 6 N ／ mm f y 1 4 0 N ／ m m ， 满足要求 图 5 斜撑梁安装方法示意图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 6年第 1 期 总第 1 7 4期 图 6 斜撑梁拆除方法示意图 工对焊接点进行施焊 。 在施工 过程 中 ． 在斜撑工字钢上统一 高度上做上标志并引至墙上 ． 监测时通过水准仪读数监测 ， 出现下挠 时立 即停止上部施工 ． 并进行加固。 4 ． 2 拆 除方法 拆 除 时 先 用 钢 管将 斜 撑 工 字 钢 架 住 ．在 距 外 架 边 5 0 0 m m处和下焊接点处将工字钢用烧割 机烧 断 ．然后用塔 吊分2 次 吊走 5结 论 本文所述 支撑架悬挑平 台作为悬挑 结构模 板的支撑 ． 满足了悬挑宽度较大 、 构件荷载较重 的高层建筑施工要求 。 1 三角形支撑架结构形式具有很大的优势 。 缩短 了施 工周期 。工字钢 梁在拆 除后可重复利用 ． 降低 了成本 ． 有利 于节约能源 、 保护环境 ， 符 合绿 色施 工的原则。该施工技术 1 - 2 本工 程工字钢 主梁悬 挑长度 为4 1 5 0 m m． 斜 撑梁 长 度4 0 2 1 m m， 长细比满足要求 。 若某 工程 主梁悬挑长度过大 ． 则相应 的斜撑梁 长度增加 ． 平面外稳定需要 经过验证 ． 则可 考虑在斜撑梁 中部增设 1 道系杆 3 本工程设置斜撑 杆 ， 实际上可把主梁作为一端悬挑 的2 跨 连续梁进行受力 分析 ． 结构为超静定 结构 。 梁的 内力 较不设斜撑杆 的简支梁模 型有很大程度 的减少 ．从而减少 钢材用量 参考文献 ⋯ 1 建筑施 工 扣件 式钢 管脚 手 架安全 技 术规 程 J G J 1 3 0 2 0 1 1 『 S 1 ． 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． f 2 1李玲 ， 姚 纪平 ， 井谢谢 ， 杨凯． 在钢丝绳斜 拉索 与工字钢 悬挑 梁组合 平 台体 系上搭 设模 板 支撑 架的施工技术m． 建 筑 施 工 ， 2 0 1 4 ， 3 6 8 9 6 4 -9 6 6 ． 『 3 1 石伟 国． 高层 建筑型钢 悬挑脚 手架设 计及施工技术探讨 田． 建筑技术 ， 2 0 1 2 ， 4 3 8 7 1 7 - 7 2 1 ． 『 4 1封卫 江 ， 郭宁 ． 高层建 筑悬挑脚 手架型钢 梁与斜 拉钢 丝 绳共 同作 用原理分析 Ⅱ 】 ． 建 筑安全 ， 2 0 1 1 4 7 1 0 ． f 5 1 唐泽荣． 对悬挑外脚手架工字梁反拉钢丝绳安全性 经济 性 分析之我 见 U 1 ． 建筑安全 ， 2 0 0 9 9 4 4 4 6 ． 『 6 16 林叶榛 ． 超高层悬挑 式与落地式相结合外脚手 架的设计 验算 实例 IJ ] ． 浙 江建 筑， 2 0 0 9 7 3 4 3 8 ． 上接第 7 2页 图 7 悬挑模 板支撑 架内力图 整体稳 定性验算 M嘲4 4 ． 4 5 MP a 2 0 5 MP a 位 移计 算 图8 图 8悬挑 梁变形图 v m 1 8 mm ] ／ ／ 2 5 0 2 1 ． 6 m m 由3 个 支座 的支座 反力 即可 以分别计算 各个支 座的材 料的尺寸。 4结语 本文将一种可调长度的刚性拉杆应用到了超长悬挑模 板支撑架 的设计 和施工 中 ．这种拉杆可 以为型钢选题模板 支撑架提供一个 刚性 的拉结 ．能够解决钢丝绳柔性拉结 的 种种 弊病 。而且 能够在计算模 型简化 中更为简便计算 。 这种 刚性拉结方式 承载能力强 ． 拉结可靠 ． 特别适 合超 长 、 多层 的高空悬挑结构施工 ． 具有 一定 的推广价值 。 参考文献 『 1 1 肖欢． 高层 建筑悬挑 脚手架方案设 计 中存在 的几个 问题 Ⅱ 】 ． 建筑安全 ， 2 0 1 1 3 3 3 3 7 ． 【 2 】 刘风 云 ， 杨建华 ， 汪杰 ， 胡长 明． 超 长悬挑 支撑架 的应 用 研 究IJ ] ． 施工技术． 2 0 1 3 5 2 5 2 7 ． 『 3 1 中国建筑科 学研 究院． 建筑 结构荷栽规 范 G B 5 0 0 0 9 2 0 1 2 f s 】 ． 北京 中国建 筑工业出版社 ， 2 0 1 2 ． 【 4 】 林璋璋 ． 多层 模板 支撑 体 系的时空 分析p】 ． 浙江 工业 大 学． 2 0 0 5 ． 【 5 】 中国建筑科学研究院． 建筑施工模板安全技术规范J G J 1 6 2 2 0 0 8 【 S 1 ． 北京 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． f 6 1 中国建 筑科 学研 究 院． 建筑施 工模板安 全技 术规 范钢结 构 设 计规 范 G B 5 0 0 1 7 2 0 1 4 【 S 】 ． 北 京 中 国建 筑工 业 出版 社 ． 2 0 1 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m