高层建筑高空反弧悬挑结构施工技术探讨

 

关键词：高层建筑；反弧悬挑结构；模板支撑；施工技术

 

1工程概况

 

湖南怀化某工程总建筑面积25358m2，由两栋对称单体建筑组成，地下一层，地上十六层，框架剪力墙结构，该项目融商业、住宅和地下停车一体，平面布局别具一格，整个立面阳台均为弧形设计，同时在屋面东西两侧设计了两个反弧装饰结构，左右对称，形成了不凡的立面装饰效果。

 

2施工难点分析

 

反弧挑檐位于屋面结构标高56.7m处，曲面半径3.8m，计三跨共24m长，由四根挑梁支撑，结构从主立面向外悬挑3.412m，自重达40.3t，倾覆力矩为705kN/m。因此，必须认真做好模板支撑设计，在安全可靠的基础上，确保经济合理。反弧挑檐设计为清水混凝土，外置涂料，对挑檐底面混凝土成型质量要求较高，因此，必须严格组织好模板支撑体系的放样、定型及施工测量工作。

 

弧形曲面混凝土浇筑，应认真解决好混凝土密实度、曲面混凝土浇捣流淌问题。

 

 

 

3模板支撑体系选型

 

通过各种方案的比较，该工程采用型钢悬挑、底部架设钢管斜撑，与挑梁焊接构成悬挑三角架，其上安排型钢排梁，形成模板支撑的空中基础；该方案搭拆方便，场地空间利用率高，组装杆件较少，内力分配明确，且Ⅰ16组杆拆除后，可作为本工程16层铝饰板主钢骨架（设计为Ⅰ16），重复利用。具体做法是：从15层楼面构设120b@2000钢梁，外挑4.0m，内附楼面2.0m，钢排梁采用3排Ⅰ16，用φ16高强螺栓与钢挑梁联结。为减少钢挑梁对楼面负荷，于挑梁下部14层、13层楼面分别挑出钢管斜撑与挑梁焊接，构成三角钢架，上搭钢管扣件式脚手架，完成挑檐结构施工承力体系（见图1）。

 

 

 

4结构计算

 

4.1基本假定

 

4.1.1假定钢挑梁根部锚筋与楼面联结无相对位移，钢挑梁近似为一端固定，一端自由的悬臂件。

 

4.1.2假定钢管斜撑集中作用于悬臂钢梁端部，暂不考虑中部顶撑，斜撑简化成悬臂梁端支承。

 

4.2荷载计算

 

4.2.1圆弧自重（含挑梁、三角联系梁）：

 

F1=403kN（16.8kN/m）

 

4.2.2脚手支撑及模板自重力：

 

F2=250N/m2

 

4.2.3施工荷载：

 

F3=2500N/m2

 

4.2.4框架梁自重：

 

F4=6.2N/m（考虑框架梁自重一半作用于支撑平台）

 

4.2.5挑梁自重：

 

F5=31.05kg/m

 

4.2.6钢排梁自重折合：

 

F6=17.23kg/m

 

则作用于钢挑梁的荷载分配如图2。

 

 

 

5施工方案的实施

 

5.1搭设步骤

 

5.1.1根据前述挑架布置方案，于13、14层斜撑位置预埋“”形φ25限位筋。

 

5.1.2预埋固端锚栓：当结构施工至15层结构平面时，钢挑梁相应位置，预埋M20螺栓，螺栓锚固端与15mm钢板顶焊并与梁主筋焊接。

 

5.1.3搭设斜撑，固定钢挑梁。

 

5.1.4搁置型钢挑梁，搭脚手架支撑，并张好安全网。

 

5.2结构及支撑加固措施

 

5.2.1在15层结构施工时，于挑梁固端锚栓位置增设一根小梁250×350，上配4φ16，下配3φ16加强（因本工程室内吊井，故增加梁不影响室内效果）。

 

5.2.2为确保15层楼面安全，将M20螺栓间隔改为φ16拉筋，穿过15层结构预留孔，锚固于14层楼面，将挑梁对15层的拉力传递到14层，减少楼面负载。

 

5.2.3为缩短斜撑有效长度，于14层框架梁内设置穿梁钢管与斜撑扣接，另之间增设一根通长钢管与室内棒架相联，以增强支撑系整体受力性能。

 

5.2.4最外侧斜撑杆。采用双肢钢管，旋转扣件扣接。

 

5.2.5支撑体系中挑架安全储备最低，故于挑梁上部最大应力处焊接鱼尾钢板加劲。

 

5.3模板设计、安装

 

圆弧曲面底部成型质量要求，故考虑采用300mm宽十一夹板模组拼，用50mm宽薄胶带贴缝，并均涂隔离剂。圆弧曲面模板支撑龙骨采用φ20弧形@400钢筋骨架，内侧半径为3945mm，拆除后，钢筋调直后可重复利用。

 

5.4模板放样

 

模板安装采用直角坐标法进行测放，以外挑水平距离为横坐标（Xi），以模板底面标高为纵坐标（Yi），利用既定的每50cm水平距离，求出模板底标高（如图3），测放时，用水准仪测出Yi：500的水平面，并弹出曲面边缘线，然后架设水平钢管，敷设弧形钢筋骨架，并与水平钢管焊接，形成曲面网状承力系，上铺模板。

 

 

 

6混凝土浇捣

 

曲面混凝土浇捣突出矛盾就是混凝土流淌及混凝土密实度问题，经过多方案比较，采取如下措施：

 

6.1优化混凝土配合比，在混凝土标号不变的前提下，减少混凝土坍落度，掺加适量减水剂，并适当提高石子（连续级配）粗粒径含量，以减缓流淌。

 

6.2掌握二次振捣时间，布料后，先用铁楸拍振出浆，然后过60min后，再用小型高频振动棒振捣（振动棒不可长时间振击模板），木抹搓平（60min指振动界限，由现场根据混凝土参数、气温和浇捣条件等因素实验确定）。

 

6.3混凝土浇捣时，由下至上进行。布料时，应左右均匀布料，严禁集中下料，以免打弯或踩弯面层钢筋。

 

6.4振动密实后，用定制的弧形刮尺刮平，并注意经常性检查曲面混凝土厚度及弧度，以确保成形质量。

 

7模板拆除

 

待混凝土达到拆模强度后，申请拆模。拆模时，首先拆除最上一步支撑，待气割割离钢筋龙骨与钢管的联结（要保留最上一根两者之间的联结，以保证其整体性），并用搭机吊钩勾住钢筋网架，另系一根保险绳进行调节，然后依次退后拆除模板，掉落在满铺50mm厚木板的支撑平台上。型钢挑架的拆除，同样用搭机及气割配合，各组装杆件逆顺序依次拆除。拆模过程中，要认真组织、确保安全。

 

8实施效果评价

 

经浇捣过程中的跟踪检查及拆模后实测，曲面上各点弧度一致，沿同一圆弧素线上各点标高最大差值为8mm，曲面底部平滑密实，无明显接缝。

 

9结语

 

综上所述，悬挑构件施工，必须认真做好模板支撑设计，通过挑、撑、拉等形式构成荷载传力架，在确保结构自身安全度的前提下，施工方案达到经济、安全、合理。对于大面积反弧挑檐等构件施工，要重视施工过程中的雨水等尚未预见的荷载，本工程每块挑檐长24m，深0.6m，宽1.5m，在拆模前，雨水管未导通的情况下，存水可达20t之多，这部分不小的荷载在施工前，也经过了认真的考虑，并及时采取了排放措施，避免了在施工过程中可能出现的隐患。

 

参考文献：

 

[1]王伟，张金生.结构力学[M].武汉，武汉大学出版社，2000.

 

[2]JGJ812-2002.建筑钢结构焊接技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

 

[3]GB500102-2002.混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

 

[4]GB502042-2002，混凝土结构施工质量验收规范[S].北京,中国建筑工业出版社,2003.

 

[5]JGJ1302-2001，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程[S].北京,中国建筑工业出版社,2003.