鄭 壘 王西倫 李宗才 竹作凱

1. 中建八局第二建設(shè)有限公司 山東 濟(jì)南 250014; 2. 濟(jì)南市工程質(zhì)量與安全中心 山東 濟(jì)南 250014

1 工程概況

河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院新建醫(yī)技病房樓工程主樓結(jié)構(gòu)的11層頂及機(jī)房頂設(shè)有雙層三角形懸挑結(jié)構(gòu)，雙層結(jié)構(gòu)之間設(shè)徑向鋼筋混凝土墻，墻體厚度150 mm，其中11層為懸挑框架梁結(jié)構(gòu)，無樓板，由7根徑向懸挑梁和端部封邊梁形成三角形懸挑區(qū)域，機(jī)房層頂部懸挑部位為懸挑梁板結(jié)構(gòu)，樓板厚度為120 mm。懸挑結(jié)構(gòu)梁最大尺寸為400 mm 800 mm，最大懸挑長度為6 340 mm，懸挑端部封邊梁尺寸為250 mm 800 mm，懸挑結(jié)構(gòu)距地高度48.7 m。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式如圖1、圖2所示。

2 工程重、難點(diǎn)分析

1）懸挑結(jié)構(gòu)臨空高度大。懸挑結(jié)構(gòu)最小距地高度為48.7 m，常規(guī)鋼管支撐腳手架施工難度大、工期長、投入高，且超過30 m的支撐腳手架搭設(shè)控制范圍。

圖1 C樓11層頂懸挑結(jié)構(gòu)

圖2 C樓機(jī)房層頂懸挑結(jié)構(gòu)

2）懸挑長度長、結(jié)構(gòu)荷載大、施工危險(xiǎn)性高。按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)最大懸挑尺寸達(dá)6.34 m，僅結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量已超過15 kN/m2（結(jié)構(gòu)荷載達(dá)22.4 kN/m3），屬于超過一定規(guī)模的危大工程的范疇，增大了結(jié)構(gòu)施工的難度和危險(xiǎn)性，確保支撐架體的安全性和穩(wěn)定性是工程施工過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1-2]。

3）雙層結(jié)構(gòu)施工組織及變形控制。懸挑結(jié)構(gòu)由雙層懸挑梁、板結(jié)構(gòu)及徑向墻組成，雙層結(jié)構(gòu)分層施工，如何有效控制混凝土內(nèi)部應(yīng)力變形，保證支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，控制型鋼變形，防止懸挑段混凝土受力開裂，是工程施工過程中的重點(diǎn)。

3 施工方案選擇

3.1 方案總體設(shè)計(jì)思路

1）采用工字鋼作為支撐腳手架的基礎(chǔ)，工字鋼上部搭設(shè)鋼管扣件式滿堂腳手架，型鋼選型時(shí)，在保證結(jié)構(gòu)安全性的基礎(chǔ)上，選用36b#工字鋼，并盡可能使得梁、板部分型鋼規(guī)格統(tǒng)一。

2）懸挑型鋼通過在樓板內(nèi)預(yù)埋的鋼筋拉環(huán)進(jìn)行固定。

3）對(duì)于懸挑梁處線荷載較大部位，對(duì)梁下部型鋼彎矩、穩(wěn)定性等進(jìn)行核算，計(jì)算型鋼梁支撐能否滿足懸挑梁長度范圍，對(duì)于超過長度范圍的懸挑梁，在懸挑型鋼下部設(shè)置斜向鋼支撐，鋼支撐下部與混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)埋板焊接，上部與懸挑型鋼焊接。

4）在懸挑型鋼之間設(shè)置水平連接桿件，斜向支撐設(shè)置水平及斜向連接桿，減小長細(xì)比。

5）豎向結(jié)構(gòu)柱先行施工，預(yù)埋鋼絲繩拉結(jié)點(diǎn)，對(duì)型鋼支撐進(jìn)行拉結(jié)。

6）優(yōu)化混凝土澆筑順序，利用結(jié)構(gòu)自重彎矩抵抗懸挑段彎矩，提高結(jié)構(gòu)的整體安全性。

3.2 懸挑方案設(shè)計(jì)

3.2.1 分區(qū)段設(shè)計(jì)

由于該懸挑部位平面呈三角形，懸挑段長度變化較大，因此在進(jìn)行架體設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)懸挑長度及荷載分布情況、支撐方式分區(qū)段進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中懸挑長度4 m以上的部分結(jié)構(gòu)采用懸挑型鋼梁＋圓鋼斜撐的支撐受力體系，懸挑長度4 m以下的部分結(jié)構(gòu)采用純懸挑型鋼支撐受力體系。

3.2.2 支撐架系統(tǒng)

懸挑型鋼采用36b#型鋼，型鋼下部設(shè)φ100 mm鋼管斜支撐，支撐位于距離結(jié)構(gòu)外邊3 500 m位置，總體支撐架系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 總體支撐系統(tǒng)

1）懸挑梁選用36b#工字鋼，懸挑段的長度為封邊梁外邊＋300 mm，錨固段長度不小于1.25倍懸挑長度，型鋼布置間距1 m，軸線位置受柱影響，型鋼布置間距按照柱截面尺寸＋600 mm布置，型鋼距離柱邊距離300 mm。

2）懸挑型鋼采用在結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)埋的U形拉環(huán)固定。

3）結(jié)構(gòu)外邊梁內(nèi)設(shè)置預(yù)埋鋼板，用于固定懸挑型鋼與斜向鋼支撐，斜向支撐角度控制在45°～60°之間，形成三角形穩(wěn)定受力體系。

4）懸挑型鋼之間設(shè)置水平連接桿件，抵抗側(cè)向失穩(wěn)，斜向支撐之間設(shè)水平及斜向連接桿件，減小長細(xì)比，增加穩(wěn)定性，在斜向支撐的型鋼支撐點(diǎn)設(shè)豎向加勁板，抵抗集中應(yīng)力（圖4、圖5）。

圖4 懸挑梁斜向支撐設(shè)置示意

圖5 斜支撐水平橫桿平面示意

5）懸挑梁梁側(cè)型鋼受柱影響，間距較大，懸挑梁梁側(cè)型鋼采用鋼絲繩進(jìn)行卸載，鋼絲繩上部通過柱內(nèi)預(yù)埋拉環(huán)進(jìn)行拉結(jié)。

4 施工要點(diǎn)

4.1 預(yù)埋板預(yù)埋

在型鋼懸挑層外邊梁內(nèi)預(yù)埋鋼板，采用水準(zhǔn)儀嚴(yán)格控制平面標(biāo)高誤差，將預(yù)埋板與梁鋼筋焊接固定。

4.2 懸挑梁安裝

混凝土強(qiáng)度達(dá)到C20后即開始安裝懸挑鋼梁，超長型鋼接長采用Z形焊縫，坡口形式采用V形破口。

在型鋼懸挑段內(nèi)，相鄰型鋼之間設(shè)水平連接拉桿，抵抗型鋼側(cè)向失穩(wěn)，提高體系整體穩(wěn)定性。

4.3 斜支撐施工

斜支撐下部與邊梁內(nèi)預(yù)埋的鋼板焊接，上端與型鋼梁底部焊接連接，在斜支撐中部采用圓鋼管設(shè)置水平及垂直連桿，減小長細(xì)比，增加斜支撐穩(wěn)定性（圖6、圖7）。

圖6 斜支撐垂直連桿

圖7 斜支撐焊接吊籠

在焊接位置設(shè)水平抗滑移措施，為抵抗斜支撐上部支撐點(diǎn)處型鋼內(nèi)集中應(yīng)力，在型鋼內(nèi)部腹板上設(shè)置豎向加勁板（圖8）。

圖8 焊縫水平抗滑移措施及豎向加勁板

4.4 支撐架施工

1）懸挑段架體與錨固段結(jié)構(gòu)支撐架體連通，水平接頭需相互錯(cuò)開，使得架體形成整體，從而增加支撐架體的穩(wěn)定性。

2）固定段結(jié)構(gòu)支撐架體落在型鋼上部，利用錨固端上部結(jié)構(gòu)及支撐體系自重產(chǎn)生的彎矩抵抗懸挑段彎矩，經(jīng)核算，懸挑段線荷載Q懸基本與固定端線荷載Q固一致，考慮固定段長度L固＝1.25L懸的因素，拉環(huán)所受力大幅度減小，避免預(yù)埋拉環(huán)獨(dú)立受力，提高安全性。

3）支撐架體搭設(shè)時(shí)，在型鋼上部焊接鋼筋頭，用于固定架體立桿，防止位移（圖9、圖10）。

圖9 焊接固定鋼筋

圖10 架體立桿落在型鋼上部

4.5 混凝土澆筑

受雙層結(jié)構(gòu)懸挑梁之間連接墻體及型鋼支撐體系設(shè)計(jì)要求影響，雙層結(jié)構(gòu)混凝土澆筑時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注：混凝土結(jié)構(gòu)受力形態(tài)的變化，避免應(yīng)力變形導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生；根據(jù)型鋼支撐體系受力情況，優(yōu)化混凝土澆筑方案，最大限度地提高施工安全性；型鋼懸挑段斜拉鋼絲繩的設(shè)置；混凝土澆筑時(shí)集中荷載、沖擊荷載的控制；支撐體系的變形情況監(jiān)控。

4.5.1 豎向施工組織安排

為保證施工安全，在豎向墻的上、下兩端設(shè)置水平施工縫，將混凝土結(jié)構(gòu)施工豎向分為3段，首先澆筑下層懸挑結(jié)構(gòu)，其次澆筑豎向墻及與墻連接的框架邊柱，最后澆筑上部懸挑梁及屋面板。

4.5.2 平面組織安排

下層懸挑結(jié)構(gòu)與該樓層結(jié)構(gòu)同步澆筑，混凝土按照“由內(nèi)向外、逐跨澆筑”的順序進(jìn)行施工，利用先澆筑的梁板結(jié)構(gòu)來平衡懸挑結(jié)構(gòu)彎矩，避免混凝土施工冷縫和混凝土塑性后由彎矩逐步增加導(dǎo)致的變形裂縫（圖11）。

圖11 下層懸挑梁澆筑順序

上層懸挑梁板施工時(shí)，混凝土按照“由外向內(nèi)、由長到短”的順序進(jìn)行施工，使彎矩的增大過程由大到小，充分利用支撐體系的承受能力，縮小相鄰懸挑型鋼的變形差（圖12）。

圖12 上層懸挑梁板澆筑順序

5 結(jié)語

1）工程實(shí)踐證明，懸挑工字鋼與鋼管斜支撐的組合支撐體系配合設(shè)計(jì)優(yōu)化的雙層懸挑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工方法，作為一種高空大懸挑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工的方案，其在安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工速度及確保工程質(zhì)量等方面是安全可靠的。

2）與先前研究相比，本方法解決了高空雙層大懸挑組合受力結(jié)構(gòu)體系的施工難題，著重解決了懸挑結(jié)構(gòu)的支撐體系問題，雙層結(jié)構(gòu)施工組織及施工安排問題、變形及裂縫控制問題等。

3）與傳統(tǒng)的搭設(shè)支撐架體施工方案相比，該施工技術(shù)方案的施工周期較短，人力、物力投入少，減少了場(chǎng)地占用，更加環(huán)保，且拆除后的型鋼經(jīng)周轉(zhuǎn)、調(diào)撥使用后，投入成本小。

4）結(jié)構(gòu)施工完成后，經(jīng)檢查，混凝土結(jié)構(gòu)觀感質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形及混凝土裂縫，達(dá)到規(guī)范要求。

5）以本工程結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)及成果為依托，總結(jié)形成了一種高空雙層大懸挑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工工法，為同類工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。