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建筑结构悬挑平台设计

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[摘要]

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7000mm,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梁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、设置工字钢斜支撑、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]

高层悬挑结构;斜支撑;钢悬挑梁;节点构造;支撑架体系

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》(JGJ130-2011)[1]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;有些工程中采用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方式[2],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[3],因此,该方法也会受到限制。本文对支撑架受力进行验算,以某工程项目实际设置为例进行设计计算,探讨其受力情况,并介绍了施工工艺及节点构造,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

深圳某工程总建筑面积:54205.1m2,其中:地下建筑面积13401.86m2、地上建筑面积:40803.24m2。地上2#楼共29层,地下3层,每个楼层的标准层层高3.15m,建筑总高度99.15m。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1600mm,凸出边梁截面大小为250mm×400mm,板厚为200mm,凸出结构上部无主体。如图1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28层楼层处采用I16工字钢悬挑,平铺在楼板上,锚固点采用直径为20mm的压环钢筋锚固,主梁在建筑为内的锚固长度为5m,悬挑长度为4m。斜支撑采用I16工字钢下撑,下撑上连接点位于悬挑层距建筑结构外边2.5m处工字钢上,底端与预埋在27层构件中的预埋件相连,实施时在悬挑层下层预埋300mm×300mm×10mm铁板,采用M14膨胀螺栓固定;顶端在离阳台外边2500mm处与主梁焊接,保证斜支撑与工字钢悬挑梁的夹角接近60°,满足规范中夹角大于45°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27F楼面转角处工字钢最大悬挑长度4600mm,采用I18工字钢悬挑,I16工字钢下撑。在悬挑主梁上按间距1000横向搁置I16工字钢次梁,在次梁上按1000mm×1000mm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道卡箍锚入阳台梁内,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。(2)斜支撑在下层边梁上的构造在27层边梁上预埋300mm×300mm×10mm铁板,采用M14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,工字钢最大悬挑长度4600mm,梁上荷载较大,采用增加梁截面和减小梁间距的措施,采用I18工字钢悬挑,I16工字钢下撑;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。

3受力分析

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:0.17kN/m2,栏杆冲压钢板:0.16kN/m;安全网:0.01kN/m2;钢管:3.97kg/m;板底次楞木枋50×100@250:0.025kN/m;主梁自重:1.2×0.205×1=0.246kN/m;主梁间距为1500mm,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。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Ф48×3进行回顶,钢管间距为1.5m,回顶位置在相应的斜支撑下,每个支撑下用1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100mm高Ф16mm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100mm高Ф16mm的钢筋头处。在斜撑工字钢下方距上焊接点2000mm处搭设出外架外边1500mm长的钢管脚手架平台,设置1100mm高防护栏杆,此平台以供焊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500mm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。该施工技术在超高层建筑施工中具有广泛推广应用的价值。(2)本工程工字钢主梁悬挑长度为4150mm,斜撑梁长度4021mm,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:JGJ130-2011[S].中国建筑工业出版社,2011.

[2]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[J].建筑施工,2014,36(8):964-966.

[3]石伟国.高层建筑型钢悬挑脚手架设计及施工技术探讨[J].建筑技术,2012,43(8):717-721.

[4]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[J].建筑安全,2011(4):7-10.

[5]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[J].建筑安全,2009(9):44-46.

[6]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[J].浙江建筑,2009(7):34-38.

作者:殷粉芳 陈年和 郭牡丹 石伟国 单位:江苏建筑职业技术学院建筑工程技术学院 江苏省华建建设股份有限公司

建筑结构悬挑平台设计责任编辑:杨雪    阅读:人次