中建七局（上海）有限公司 上海 200062

1 工程案例

上海嘉定大名城住宅項(xiàng)目位于上海市嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)秦安路以東、曹安公路以北，總占地面積38 819 m2，總建筑面積約111 188 m2，由1棟20層高層住宅樓、7棟23～26層高層住宅樓、3棟1層商業(yè)樓、1層地下車庫及附屬設(shè)施組成。本工程為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)高層建筑，電梯井道及樓梯間位于樓層平面一側(cè)（圖1）。

圖1 樓層平面示意

本工程樓梯間、電梯井道部分剪力墻為結(jié)構(gòu)外墻，需排布懸挑鋼梁，為方便樓梯間、電梯井結(jié)構(gòu)施工，在考慮電梯單位進(jìn)行電梯安裝的前提下，懸挑鋼梁的排布采用水平橫穿電梯井道的方式，后因電梯深化圖紙變更，導(dǎo)致懸挑鋼梁與電梯軌道安裝工作面發(fā)生沖突。其中主體單層樓梯間、電梯井道外側(cè)懸挑腳手架面積為36.50 m2，現(xiàn)需要在不影響外側(cè)腳手架安全使用的同時(shí)，保證電梯安裝工程井道腳手架搭設(shè)、軌道安裝以及調(diào)試等工序按原計(jì)劃進(jìn)行，并對(duì)懸挑鋼梁錨固方式和結(jié)構(gòu)形式做出修改，以滿足工程需要。原懸挑腳手架基本數(shù)據(jù)為：鋼管（φ48 mm×3.50 mm）扣件腳手架，架寬1 050 mm，步距1 500 mm，內(nèi)排架距墻450 mm。懸挑鋼梁為16#工字鋼，工字鋼最大縱距1 500 mm，連梁為16#工字鋼，懸挑架每6～7層為1個(gè)懸挑單元。

懸挑腳手架受力結(jié)構(gòu)施工部署修改為：原懸挑鋼梁懸挑段遠(yuǎn)端增加斜撐→鋼梁懸挑段近端與剪力墻通過連墻固定件進(jìn)行半剛性連接→鋼梁懸挑段遠(yuǎn)端增設(shè)斜拉構(gòu)件（鋼絲繩）→割除電梯井道內(nèi)側(cè)原懸挑鋼梁→電梯井道腳手架搭設(shè)→電梯安裝工程施工。

2 懸挑鋼梁修改思路及難點(diǎn)分析

2.1 修改思路

原懸挑鋼梁橫穿過電梯井道剪力墻及電梯井道內(nèi)部，與電梯廳部位梁、板預(yù)埋件固定，形成穩(wěn)定的懸臂受力結(jié)構(gòu)體系，卻占用了電梯井道的空間，影響電梯安裝工程的施工。現(xiàn)采取改變懸挑鋼梁支座錨固方式和結(jié)構(gòu)受力形式，使其既滿足外腳手架安全使用，又不影響電梯安裝工程施工，懸挑腳手架受力結(jié)構(gòu)修改前、后示意如圖2所示。

圖2 懸挑腳手架受力結(jié)構(gòu)修改前、后示意

原懸挑鋼梁下部增設(shè)2道鋼斜撐，懸挑鋼梁和鋼斜撐通過連墻固定件與剪力墻進(jìn)行半剛性連接，其中連墻固定件由多塊對(duì)稱放置于剪力墻兩側(cè)的厚16 mm鋼板和M20螺栓群組成，懸挑鋼梁、鋼斜撐、連墻固定件采用滿焊焊接，最終使懸挑鋼梁、鋼斜撐及剪力墻形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)受力體系。原懸挑鋼梁上部增設(shè)斜拉鋼絲繩，鋼絲繩一端固定于懸挑鋼梁末端，另一端與固定于剪力墻上的U形構(gòu)件連接。待上述結(jié)構(gòu)受力體系驗(yàn)收合格后，方可對(duì)電梯井道內(nèi)部的鋼梁進(jìn)行割除，為電梯安裝工程準(zhǔn)備足夠的工作空間。

綜上所述，懸挑鋼梁的修改思路總結(jié)如下：為滿足施工需要，電梯井外側(cè)懸挑腳手架的懸挑鋼梁需改變錨固方式，橫跨于電梯井道內(nèi)的鋼梁必須割除，在割除前需對(duì)鋼梁支座錨固方式進(jìn)行處理，鋼梁下部增設(shè)鋼斜撐，鋼梁上部增設(shè)斜拉鋼絲繩。割除電梯井道空間鋼梁后需對(duì)懸挑腳手架做整體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，主要觀察水平懸挑鋼梁、鋼斜撐、鋼絲繩、焊縫、穿墻螺栓群以及剪力墻形變是否在可控范圍內(nèi)[1-3]。

2.2 難點(diǎn)分析

1）水平鋼梁、鋼斜撐以及鋼絲繩組成的支撐體系形變監(jiān)測(cè)控制；

2）外側(cè)腳手架整體穩(wěn)定性；

3）剪力墻、焊縫、穿墻螺栓群的形變監(jiān)測(cè)控制；

4）電梯井道空間鋼梁割除施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 施工依據(jù)及控制要點(diǎn)

3.1 懸模結(jié)構(gòu)布置圖

懸模結(jié)構(gòu)布置如圖3所示。

圖3 懸模結(jié)構(gòu)立面示意

3.2 荷載取值

懸挑鋼梁及其連梁采用16#工字鋼，相鄰懸挑鋼梁之間的連梁上最多布置2根立桿，連梁及上部荷載以集中力方式作用于懸挑鋼梁，選取最不利荷載工況作為計(jì)算單元，即荷載由下部鋼斜撐桿件和斜拉鋼絲繩承受，懸挑鋼梁只進(jìn)行豎向荷載撓度計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行鋼絲繩選型及鋼斜撐穩(wěn)定性計(jì)算。

1）荷載標(biāo)準(zhǔn)值：施工活荷載為2.00 kN/m2，考慮2層同時(shí)施工；腳手板荷載為0.10 kN/m2，按照鋪設(shè)10層計(jì)算；欄桿荷載為0.16 kN/m，基本風(fēng)壓0.30 kN/m2，鋼梁自重荷載0.25 kN/m。

2）計(jì)算參數(shù)：懸挑鋼梁、鋼斜撐（Q235型16#工字鋼）抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度為215.00 MPa；焊縫（E43型焊條）的抗壓、抗剪及抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值均為160.00 MPa。

3.3 施工控制要點(diǎn)

3.3.1 孔洞定位及開設(shè)

懸挑鋼梁支座處和鋼斜撐下部需安裝連墻固定件，應(yīng)按連墻固定件中螺栓群設(shè)計(jì)排布方式，在剪力墻上對(duì)螺栓孔洞進(jìn)行定位，然后用水鉆打孔機(jī)在剪力墻上開設(shè)φ25 mm的螺栓孔洞，孔洞深度為200 mm。

3.3.2 連墻固定件預(yù)加工

1）懸挑鋼梁支座處連墻固定件：將厚16 mm的Q235型鋼板切割成500 mm×300 mm×16 mm的單塊，按螺栓群設(shè)計(jì)排布方式在單塊鋼板上開設(shè)φ25 mm孔洞，單個(gè)連墻固定件由4塊鋼板和8個(gè)M20高強(qiáng)度螺栓組成；

2）鋼斜撐下部連墻固定件：將厚16 mm的Q235型鋼板切割成500 mm×400 mm×16 mm的小塊，按螺栓群設(shè)計(jì)排布方式在單塊鋼板上開設(shè)φ25 mm孔洞，單個(gè)連墻固定件由2塊鋼板和4個(gè)M20高強(qiáng)度螺栓組成。

3.3.3 連墻固定件安裝

1）懸挑鋼梁支座處連墻固定件：4塊鋼板對(duì)稱放置于懸挑鋼梁和剪力墻兩側(cè)，通過預(yù)開設(shè)的孔洞用穿墻螺栓群相互固定，剪力墻兩側(cè)連墻固定件與懸挑鋼梁采用滿焊連接（圖4）；

2）鋼斜撐連墻固定件：距懸挑鋼梁支座下方豎向距離4 500 mm處，將2塊鋼板對(duì)稱放置于剪力墻兩側(cè)，通過預(yù)開設(shè)的孔洞用穿墻螺栓群相互固定，鋼斜撐和連墻固定件采用滿焊連接（圖5）。為增大螺栓群受力作用面積，需在單個(gè)螺栓兩端增加50 mm×50 mm×10 mm的鋼墊片。

圖4 懸挑鋼梁支座處連墻鋼固定件安裝

圖5 鋼斜撐下部連墻 鋼固定件安裝

3.3.4 鋼斜撐加工及安裝

鋼斜撐為Q235型16#工字鋼，其長(zhǎng)度由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)取實(shí)際尺寸加工，滿足連接連墻固定件和懸挑鋼梁末端即可，此外鋼斜撐中部與懸挑鋼梁支座處連墻固定件也增設(shè)1道鋼斜撐，以增加斜撐桿件的受力穩(wěn)定性。鋼斜撐與懸挑鋼梁、連墻固定件采用滿焊連接，焊縫強(qiáng)度需滿足規(guī)范要求。

3.3.5 U形構(gòu)件孔洞定位、開設(shè)及安裝

在剪力墻同一豎直方向上用水鉆打孔機(jī)開設(shè)2個(gè)φ25 mm孔洞，兩孔洞間距100 mm，下排孔洞距懸挑鋼梁支座豎向距離為4 500 mm。成品U形構(gòu)件為φ20 mm圓鋼制成，U形構(gòu)件可通過配套的螺紋、螺帽以及預(yù)先開設(shè)的孔洞與剪力墻固定。

3.3.6 斜拉鋼絲繩安裝

鋼絲繩上部通過繩卡與U形構(gòu)件錨固，下部鋼絲繩繞懸挑鋼梁一圈后通過繩卡進(jìn)行錨固。斜拉鋼絲繩的錨固應(yīng)按規(guī)范設(shè)置安全環(huán)，便于對(duì)支撐體系進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。

3.3.7 電梯井道內(nèi)側(cè)鋼梁割除

斜撐構(gòu)件和斜拉構(gòu)件安裝完成并驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行電梯井道內(nèi)側(cè)鋼梁割除，方便電梯安裝工程施工。

3.3.8 施工注意事項(xiàng)

施工過程中因懸挑腳手架架體不會(huì)被拆除，故應(yīng)做好腳手架安全監(jiān)測(cè)，檢查立桿和連墻件相應(yīng)的安全控制參數(shù)，保證腳手架整體穩(wěn)定性；焊接施工時(shí)，操作平臺(tái)上應(yīng)滿鋪毛竹片和防火棉，臨時(shí)防護(hù)及施工警示牌應(yīng)到位，各焊接節(jié)點(diǎn)焊縫應(yīng)飽滿、連續(xù)。

3.4 細(xì)部構(gòu)造

1）懸挑鋼梁支座增設(shè)加強(qiáng)鋼板節(jié)點(diǎn)：剪力墻外側(cè)懸挑鋼梁和連墻固定件增加3塊150 mm×150 mm×20 mm的加強(qiáng)鋼板，加強(qiáng)鋼板與連墻固定件、懸挑鋼梁垂直滿焊焊接。其中，懸挑鋼梁腹板兩側(cè)各增設(shè)1塊加強(qiáng)鋼板，上翼緣中部增設(shè)1塊加強(qiáng)鋼板，如圖6所示。

2）鋼絲繩與懸挑鋼梁錨固節(jié)點(diǎn)：在懸挑鋼梁下部焊接φ20 mm圓鋼短鋼筋頭，防止鋼絲繩向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)，鋼絲繩采用相應(yīng)繩卡錨固（圖7）[4-6]。

圖6 懸挑鋼梁支座加強(qiáng)鋼板示意

圖7 鋼絲繩錨固抗滑示意

4 現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)

1）在懸挑鋼梁、鋼斜撐和斜拉鋼絲繩組成的腳手架結(jié)構(gòu)受力體系最大受力部位設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用水準(zhǔn)儀在主樓內(nèi)部設(shè)置后視點(diǎn)，利用經(jīng)緯儀在樓層外部觀測(cè)腳手架體系垂直度，在腳手架結(jié)構(gòu)受力體系施工修改前、中、后階段均持續(xù)監(jiān)測(cè)，并詳細(xì)記錄，以保證懸挑腳手架體系的安全性。

2）在懸挑鋼梁中部和懸挑端部錨固2道鋼絲繩，嚴(yán)格監(jiān)測(cè)懸挑鋼梁的撓度，并記錄。

3）架體施工后每日持續(xù)對(duì)各處焊縫和剪力墻開設(shè)孔洞部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀察表面是否出現(xiàn)裂紋等，并記錄。

4）施工完成后對(duì)斜拉鋼絲繩安全環(huán)及U形構(gòu)件進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，并詳細(xì)記錄。

5）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置懸挑結(jié)構(gòu)模型，利用現(xiàn)場(chǎng)鋼筋進(jìn)行預(yù)加載試驗(yàn)，持續(xù)監(jiān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果，在鋼梁撓度觀測(cè)記錄趨于穩(wěn)定后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。

5 效果驗(yàn)證

1）通過對(duì)懸挑腳手架結(jié)構(gòu)體系荷載的計(jì)算，參考各相關(guān)結(jié)構(gòu)力學(xué)論文和規(guī)范，確保了新型懸模結(jié)構(gòu)力學(xué)模型建立的科學(xué)性。

2）現(xiàn)場(chǎng)預(yù)加載試驗(yàn)和形變觀測(cè)，便于新型懸模結(jié)構(gòu)力學(xué)模型結(jié)構(gòu)的選材，也從實(shí)際試驗(yàn)中驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的可靠性。

3）現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)點(diǎn)的控制措施，利用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高和垂直度進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，確保了懸挑結(jié)構(gòu)體系的安全性。

6 結(jié)語

通過建立新型懸模結(jié)構(gòu)力學(xué)模型和整體穩(wěn)定性分析，參考各相關(guān)結(jié)構(gòu)力學(xué)論文，利用手工計(jì)算、PKPM施工建模軟件以及現(xiàn)場(chǎng)懸模堆載試驗(yàn)，證明了結(jié)構(gòu)體系的安全可靠性。在實(shí)際工程建設(shè)中，本懸模結(jié)構(gòu)力學(xué)模型可以解決已施工完成的懸挑腳手架結(jié)構(gòu)與其他分項(xiàng)工程工作面相沖突的問題，在不拆除懸挑腳手架并安全使用的同時(shí)，保障其他分項(xiàng)工程應(yīng)具備的工作面。通過增設(shè)鋼斜撐、連墻固定件和斜拉鋼絲繩等建立新的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，避免了因工作面相沖突而導(dǎo)致的工期延長(zhǎng)和重復(fù)施工等問題，具有降低施工成本、縮短工期、保證安全等技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，為解決施工現(xiàn)場(chǎng)問題提供了一條全新的思路。