摘要：高空大悬挑结构作为当前大跨度建筑结构中的独有结构支撑体系，在众多建筑工程里得到了广泛的应用。但高空大跨度悬挑结构的施工具有跨度大、施工难度高等施工特点。针对高空大悬挑结构的施工难题，本文结合具体工程实例，主要对高空大跨度悬挑结构体系的施工技术进行研究，可为今后该技术在同类工程中的应用提供借鉴。
关键词：大跨度；悬挑结构；计算；验算；施工技术
随着现代化建设发展进程的加快，建筑施工技术也得到了快速发展，建筑物也向着高度更高、内部空间更大、体型更新颖发展，这也导致高空大悬挑结构的使用量有了极大的提升。但是，高空大悬挑结构的施工存在着一定的难度。为做好改工程项目，就必须要有完善的高空大跨度悬挑结构施工方案。笔者对钢结构施工平台受力的计算与验算进行了详尽的分析，最后对施工进行了总结，以保障施工项目的顺利实施。
1应用实例分析
1.1工程概况
某工程项目集商业、酒店、公寓、裙房及地库为一身，该工程在公寓18层顶有长为2.7m的悬挑部分。具体区域面积、区域内板厚及梁截面如下：公寓18层顶，悬挑区域面积为21.8m×3m，悬挑区域板厚120mm，悬挑区域主要梁截面为600mm×900mm，200mm×900mm，200mm×400mm。
1.2施工流程
在放置工字钢时，悬挑工字钢施工进行一定量的起拱，在工字钢下面垫木方，考虑最远端高于楼面20mm。搭设步骤为：
（1）在施工16层顶楼面时，根据设计图纸布置预埋件。
（2）在施工17层柱与剪力墙时，根据设计图纸布置预埋件；在17层顶上设置预埋钢筋压环。
（3）工字钢等材料根据方案图纸现场加工完成后，浇筑完成17层顶混凝土结构楼面，经过2～3d混凝土达到一定的强度后，吊装水平工字钢，利用预埋钢筋压环和木楔固定工字钢。工字钢吊装是利用塔式起重机并由专业脚手架工人施工，工字钢的外挑长度及标高要一致。
（4）初步固定好水平工字钢后，将其与斜撑槽钢固定，然后进行最终固定。
（5）按设计图纸将16焊接固定；焊接要求满焊，焊缝最小厚度不得小于5mm；剩余部分满铺木跳板。
（6）在工字钢上按设计图纸搭设满堂脚手架，并随挂安全网、脚手板，施工过程中严格保证脚手架搭设在工字钢上，对于柱处有角钢部位可以适当偏移；脚手架搭设需先室内后室外。
（7）在搭设此悬挑支撑体系时，需待屋面梁板混凝土强度达到设计强度时进行；拆除时，需待22层顶施工验收合格后，方可全面拆除排架、工字钢平台和桁架梁，按照后搭的先拆、先安装的后拆顺序进行拆除，并及时将拆除的材料转运出场外。
2钢结构施工平台受力验算分析
2.1传统的结构计算方法
针对钢桁架平台的结构验算分析，可以依照《钢结构设计规范》GB50017—2003对此平台进行结构受力验算，取有代表性的单跨钢结构进行结构验算，主要验算内容包括各型钢的抗弯强度、抗剪强度、整体稳定性和挠度，最后验算埋件与型钢的焊接强度。
以上述实例进行结构验算。
2.1.1基本假定
（1）水平槽钢根部和楼面无水平位移，则槽钢挑梁根部可以看作固端铰支座。
（2）水平槽钢与支撑槽钢间连接假定为固端铰支座。
（3）支撑槽钢和支撑楼面间固定假定为固端铰支座。
2.1.2主梁及斜撑验算
荷载考虑：结构脚手架施工荷载3kN/m2，模板荷载0.5kN/m2。楼板荷载考虑每一根脚手架
承受的荷载面积为0.9m×3m，其中受力最不利位置，因为最大存在400mm×900mm梁，单根工字钢最大受力荷载考虑400mm×900mm、长0.9m梁的荷载以及900mm×900mm、厚120mm板的荷 载。
梁产生的荷载为0.4×0.9×0.9×25=8.1kN，板产生的荷载为0.9×0.9×0.12×25=2.43kN，施工均布荷载为0.9×3=2.7kN，模板荷载为0.9×1.2×0.5=0.54kN，架体自重0.9×1.2×1=1.08kN，合计荷载为8.1+2.43+2.7+0.54+1.08=14.85kN。
考虑最边缘梁荷载0.2×0.9×0.9×25=4.05kN。
均布荷载考虑：型钢自身荷载0.38kN/m，脚手板荷载0.14×1.2=0.168kN/m，合计0.55kN/m。
单排防护架点荷载考虑1kN。
考虑2层荷载，则前两点节点荷载为29.7kN，后一点节点荷载为37.8kN。因此，计算模型如图1所示。
注：长度单位为m，均布荷载单位为kN/m，集中荷载单位为kN
图1主梁计算模型.png)
（1）弯矩值验算
通过结构力学求解器计算，求出其弯矩图（见图2）。
图2 模型计算弯矩.png)
图3 模型计算剪力.png)
由图3可知，工字钢最大弯矩值为27.08kN·m。
工字钢应力σ=Mmax/Wn=27.08×106/40200000=64.5N/mm2＜215N/mm2。
（2）剪力值验算
通过结构力学求解器计算求出其剪力（见图3）。
根据图4可知，工字钢最大剪力值为30.56kN。根据《钢结构设计规范》GB50017—2003第
4.1.2条的规定，由于工字钢截面上的剪力主要由腹板承受，故上述公式可简化为：
τ=VS/Itw=30560×230700/（50200000×8）=17.56N/mm2＜125N/mm2因此，所选工字钢满足要求。
（3）整体稳定性验算
通过结构力学求解器计算求出其轴力（见图6）。由图6可知，工字钢最大轴力值为41.42kN，双槽钢最大轴力值为65.41kN。由于双槽钢受力大、截面小，故需验算。
σ=Mmax/Wn=65410000/810000=80.75N/mm2＜215N/mm2因此，所选工字钢满足要求。
（4）挠度验算
图4模型计算轴力.png)
通过结构力学求解器计算，求得其弯曲变形趋势及其最大挠度值大小（见图5及表1）。
图5模型计算挠度.png)
表1 挠度计算值.png)
由表1可知，工字钢最大挠度为2.27mm。根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130—2011第5.6.4条规定，本工程使用的型钢悬挑梁挠度允许值为6600/250=26.4mm，因此挠度满足要求。
2.1.3次梁验算
考虑施工均布荷载0.548kN/m，满堂脚手架的点荷载为37.8kN（考虑3m跨度，两点受力，实际脚手架间距为1.2m）。计算模型如图8所示。
（1）弯矩值验算
通过结构力学求解器计算，工字钢最大弯矩值为37.8kN·m。
工字钢应力σ=Mmax/Wn=25600000/141000=181.56N/mm2＜215N/mm2。
因此，工字钢型号满足要求。
（2）剪力值验算
通过结构力学求解器计算，工字钢最大剪力值为37.8kN。
τ=VS/Itw=37800×80800/11300000/6=45.05N/mm2＜125N/mm2
因此，工字钢型号选择满足要求。
2.1.4型钢锚固件及其锚固连接的强度验算
由于压环受力主要起固定作用，受力较小，可不予考虑。
2.1.5钢平台下建筑结构承载能力验算
由于钢平台经过型钢支撑，斜撑的受力点主要作用于主梁上，主梁抗弯承载力矩为2394.5kN·m，抗剪承载力为3362kN，斜撑传递至主梁上的弯矩为432kN·m，剪力为128kN，满足要求。
2.1.6焊缝强度验算
焊缝均考虑满焊，且斜撑放置在型钢之下、楼板之上，与楼板及型钢直接接触。焊缝只受部分剪力，约为45kN，焊缝抗剪力为160×6.5×2×160/1000=332.8kN，满足要求。
2.1.7计算结论
通过以上验算，钢结构平台受力满足要求。
2.2较新的结构计算方法
通过有限元软件如ANSYS，ABAQUS等进行结构验算，由于此类有限元软件能够模拟钢平台整体受力情况，可以对钢平台结构每一根杆件的受力情况进行分析，找出结构的受力较大位置，可以针对计算结果快速进行方案调整。
通过有限元计算，最大轴拉力值为52kN，最大轴压力值为84kN，最大弯矩值为20kN·m，最大剪力值为35kN，最大水平位移值为0.4mm，最大挠度值为2.3mm。
2.3悬挑钢平台实际受力情况
通过施工过程中的受力监测，悬挑钢平台结构在混凝土浇筑过程中的最大挠度为10mm。随着混凝土浇筑完成，该挠度值逐渐降低，挠度值稳定在2mm。
3工程经验总结
（1）对于悬挑高度较大的结构施工不宜采用满堂脚手架支撑。悬挑长度＜2m的宜采用悬挑钢梁方案施工，悬挑长度＞2m的宜采用悬挑钢结构平台方案施工。悬挑钢结构平台形式根据现场实际情况选择。
（2）对于钢结构平台的受力验算，可采用单跨钢结构进行结构验算，由于模型与实际的差异，挠度值计算结果和实际结果有一定差异。当采用单跨钢结构进行结构验算，并取最不利荷载以及将介于刚接与铰接之间的节点取铰接时，此时计算挠度值相对于实际值会偏大，其验算结果可信。
（3）但施工过程中的局部点荷载不确定性会导致悬挑处浇筑过程中挠度值较大，此时需在浇筑过程中进行实时监测，保证施工过程中的安全可考虑最大挠度为计算挠度值的5倍，并以此值进行挠度值核算。
（4）随着技术发展，采用有限元软件进行此类钢平台的结构验算，结果相对于单跨验算更具有全面性。而且采用此方法便于前期的方案选择，也能更快找出结构危险点，便于对平台设计进行修改，有较好的推广性。
（5）在钢结构平台安装过程中，要保证预埋板以及焊接的质量。钢平台在施工使用过程中要做好挠度位移监测记录，超过挠度警戒值一定要立即停止施工、撤离人员。
4结束语
总之，随着人们对建筑外观的要求越来越高，建筑物大跨度、大悬挑等外观造型越来越多地被运用，这就给高空大悬挑结构的设计和施工带来了较大难度。本工程所采用的施工技术解决了常规技术不能满足悬挑结构施工的难题，具有节约资源、降低成本、缩短工期、保障安全等技术经济特点，为高效、安全地完成高空大悬挑结构施工提供了一条新思路，可推动其在建筑领域的应用。
参考文献：
[1]骆骏；余政兵.高空大跨度悬挑脚手架在某高层住宅施工中的应用[J].重庆建筑.2011（05）
[2]毛杰；李全智；孙国平；裴如群.高空大跨度悬挑结构承重架设计与施工[J].施工技术.2015（06）
论文作者:奚俊杰
论文发表刊物:《基层建设》2015年29期
论文发表时间:2016/9/12
标签：工字钢论文; 荷载论文; 挠度论文; 结构论文; 剪力论文; 受力论文; 脚手架论文; 《基层建设》2015年29期论文;