超长悬挑工字钢搁置横梁施工技术

文／孙亿海、肖敏威、张晗、伍民和 中国建筑第五工程局有限公司 湖南长沙 421000

引言：

随着国内外城市化的不断推进，房屋建筑工程的发展的速度也越来越快，企业为展示自己的企业文化，在住宅建筑的外观设计创新程度越来越大，通过独特的建筑风格和立体的视觉效果，以提高企业自身的竞争力，如在屋面以上的构架层延伸出悬挑长度较大的悬挑结构。这种悬挑结构一般距离地面极高，施工难度极大，确保作业人员的人身安全是重点。为节省资金和缩短施工周期，施工单位往往采用悬挑承力支撑体系来替代以往常规使用的落地钢管扣件式满堂脚手架形式[1]。

1、工程概况及施工重难点

1.1 工程概况

单栋高层住宅建筑面积15979.29 m2，屋面结构高度99m，地上33 层，悬挑结构高度100.5m，为框架剪力墙结构，10#～15#栋10-13 轴交K-N 轴位置部分女儿墙上部存在悬挑长度为4.4m 的钢筋混凝土结构（见图1），远大于悬挑式脚手架规范标准要求，悬挑结构存在挑檐、及两条梁，挑檐结构复杂，悬挑结构两侧临空，距地面100.5m，两侧均需设置防护脚手架，33 层存在一块悬挑长度为2.9m 的悬挑板，可作为内部防护脚手架搭设平台。

图1 悬挑结构示意图

1.2 施工关键点分析

（1）支模难度高，悬挑结构距地面100.5m，如采用普通扣件式钢管脚手架施工，支撑体系的整体稳定性、高宽比不能满足相关规范标准要求；

（2）悬挑结构跨度达到4.75m，跨度大。由于悬挑结构悬挑长度为4.4m，如采用悬挑式钢管脚手架，悬挑工字钢悬挑长度超过5m，悬挑支撑体系的整体稳定性、工字钢的挠度不能满足规范标准要求；

（3）工期短，根据总进度计划，屋面以上结构施工时间最长为45 天。如采用大型操作工具平台，安装拆除难度大，要使用大量人力物力资源，大大延长施工时间；

（4）33 层悬挑板无结构梁，楼板设计荷载为2.5kN/m2，设计荷载值较小，由于工期紧，悬挑板混凝土强度不能在屋面以上悬挑结构施工前达到设计强度，经验算该板不能作为支撑脚手架搭设平台，仅能搭设防护脚手架。

2、施工体系选择及深化设计

2.1 施工体系选择

为解决屋面以上悬挑结构的施工难题，国内通常采用“高空斜拉型钢支模平台+满堂支撑架”的模板支撑体系施工[2]，本工程若采取此方案，需使用大型吊装机械，增加大量的经济成本。

若采用满堂脚手架，架体本身整体和单支立杆稳定性很难保证，且作为模板的受力支撑结构架体，加固工作量大，危险系数大[3]。

为降低施工成本，提供安全可靠的作业环境，确保项目按期完工，项目决定在悬挑结构两侧的剪力墙中预埋工字钢横梁，增加工字钢结构，将悬挑支模架工字钢搁置在工字钢横梁上部，变相缩短悬挑支模架工字钢悬挑长度，保证悬挑式脚手架的整体稳定性，减小悬挑式脚手架悬挑工字钢的挠度，以满足规范标准要求，悬挑支模架拆除完成后再割除工字钢横梁。

2.2 悬挑支模架及外架体系深化设计

如悬挑结构采用悬挑式脚手架施工，悬挑结构悬挑长度达到4.4m，外侧需间隔0.3m 搭设0.85m 宽外脚手架，即悬挑工字钢悬挑长度需达到4.4m+0.3m+0.85m+0.1m =5.65m，要满足1.25 倍锚固长度，需12m 长工字钢。工字钢锚固端为电梯机房和楼梯间，工字钢拆除难度极大。

为使悬挑式脚手架满足规范标准要求，达到缩短悬挑工字钢悬挑长度的目的，确保工字钢横梁的形变在规范标准范围内，项目将悬挑工字钢及工字钢横梁的部分参数设定为：悬挑工字钢间距900mm，悬挑长度为1400mm；工字钢横梁数量为两根，两端锚入两侧剪力墙400mm。工字钢搭设形式见图2。

图2 工字钢横梁施工图

2.3 工字钢受力计算

2.3.1 工字钢横梁受力计算

悬挑工字钢间距900mm，共有5 根悬挑工字钢搁置在工字钢横梁上部，悬挑工字钢向下传导力经计算得F=10.56kN。工字钢横梁受力分析见图3。

图3 工字钢横梁受力分析图

工字钢横梁的自重取0.335 kN/m，其受力分析过程如图4～图6所示。由图4～图6可得，工字钢悬挑梁的最大弯矩为24.892kN·m，最大剪力为34.535kN，最大挠度为4.975mm，各支座反力为R1=34.535kN，R2=27.47kN。

图4 弯矩图(kN·m)

图5 剪力图(kN)

图6 变形图(mm)

强度：σmax=Mmax/W=34.377×106/237000=145.0 5N/mm2≤[f]=215N/mm2

受弯构件整体稳定性分析：

其中φb--均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数：

查表《钢结构设计标准》(GB50017-2017)得，φb=0.99

由于φb大于0.6，根据《钢结构设计标准》(GB500 17-2017)附表C，得到 φb'值为0.79。

Mmax/(φb' Wxf)=34.377×106/(0.785×237×215×103)=0.859 ≤1

3、悬挑支模架及外架体系施工

3.1 工字钢预埋件施工

根据计算过程，33 层防护层施工前，需对轴10～13交轴K～M 板采取加强措施，结构连板端部加一条300mm×140mm 暗梁配筋底面筋各4 根直径25 钢筋，箍筋为四肢箍，直径8；板底筋、面筋由直径10 改为直径14。

楼板浇筑前，首先进行U 型锚环预埋，U 型锚环采用HPB300 级钢材，直径20mm，施工作业人员要按照工字钢布置图对U 型锚环的位置放线，为防止工字钢铺设时悬挑工字钢与斜撑工字钢上的孔洞错位，U 型锚环位置偏差需控制在±1cm 之内。埋设过程中做好外露丝扣保护。每根工字钢对应3 个U 型环，前端1 个，后端2 个。

U 型锚环预埋完成后进行混凝土浇筑，此时要安排专人看护U 型锚环，防止U 型锚环移位，导致后期不能安装工字钢。

3.2 预埋工字钢横梁

屋面楼板浇筑前，在工字钢横梁预埋位置两端预埋工字钢横梁固定U 型锚环。屋面楼板浇筑完成后，安装两根工字钢横梁，工字钢安装需要塔吊配合施工，塔吊吊运工字钢时下部要设置警戒区，并安排专人旁站警戒，作业人员要做好安全防护措施，穿防滑鞋，系安全带。再安装横梁两端剪力墙模板，模板高度500mm，浇筑混凝土，将工字钢横梁两端浇筑在混凝土中。

3.3 悬挑脚手架体系搭设

工字钢安装需要塔吊配合施工，塔吊吊运工字钢时下部要设置警戒区，采用两点起吊的方式进行吊运，并安排专人旁站警戒，作业人员要做好安全防护措施，穿防滑鞋，系安全带。

工字钢安装好后，地锚顶部固定锚片及螺栓，钢梁与地锚之间的空隙塞满木方、楔块以固定工字钢。立杆处工字钢上焊高150mm 的φ25 短钢筋头2 根固定立杆底部，同样外侧立杆底部焊高100 短钢筋头用于钢丝绳定位。

立杆及水平杆搭设完后，架体剪刀撑构造布置及其他构件设置严格按照规范标准要求布置。

为防止悬挑工字钢在工字钢横梁上部出现滑移现象，工字钢横梁与悬挑工字钢之间采用焊接的方式连接牢固，接缝处两侧另加两根φ25 短钢筋焊接。

由于悬挑结构的长宽比过大，悬挑支模架的抗倾覆性不足。悬挑支模架距结构边线的距离过远，单独设置支模架连墙件的作用不大，故支模架搭设时与内侧的防护脚手架连接在一起，增强支模架的抗倾覆能力。施工时结合现场实际情况，需要调整的部位应提前与技术部沟通[4]。

3.4 悬挑结构施工及悬挑脚手架体系拆除

悬挑混凝土结构浇筑时，需安排专人在支模架下部测量支撑结构形变值，变形按高度的0.1%进行控制，预警值为2cm，垂直度按高度的0.3%进行控制，预警值为5cm，当达到预警值时应停止使用，采取应急措施，并组织相关人员研究处理，在确保安全的情况下对支撑系统进行加固。

混凝土浇筑完成后，悬挑结构强度达到设计值的100%，进行模板和脚手架的拆除施工。

工字钢拆除按照先搭后拆后搭先拆顺序依次对各焊接节点进行乙炔气割，化整为零，留两根工字钢横梁后拆，先拆搁置在其上部的悬挑工字钢，再由塔式起重机运至地面，最后拆除剩下两根悬挑钢梁[5]。拆除时根据现场具体情况，先将工字钢使用钢丝绳捆绑后挂在塔吊吊钩上面，再设置一根风浪绳捆绑后，配合塔吊指挥将工字钢一步步拆除。

结语：

本文通过郴州宁邦广场项目实际案例，对在高空大悬挑结构施工的施工方案选择进行了专门的研究，在保证安全、经济的前提下，对悬挑结构的支撑防护体系进行深化设计，项目部根据此方案实施后取得了良好的效果，顺利完成了支撑和模板支设、混凝土浇筑及模板和支撑拆除等工作，符合规范标准要求，施工过程中无发生任何质量、安全事故，可为同类高空大悬挑钢筋混凝土结构工程施工提供参考。