高层建筑悬挑钢结构施工技术

高层建筑悬挑钢结构施工技术

梁列明

广东天竟建设有限公司广东江门529000

摘要：悬挑钢结构是建筑施工的重要结构部分，其施工每一环节的质量都直接影响着后续工作。本文结合香堤翠住宅小区项目实例，阐述了该悬挑钢结构体系的设计，分析了高层悬挑钢结构屋面施工工艺，提出了高层悬挑钢结构施工质量控制的要点，保证了钢结构工程的顺利施工，可供类似工程参考和借鉴。

关键词：高层建筑；悬挑钢结构；受力与荷载；施工技术

随着建筑施工技术的快速发展，钢结构的应用十分广泛。但钢结构的施工安装安全风险大，质量控制难度大，一直是工程施工的难点，主要表现为桁架柔性较大，易失稳，变形控制困难，工期季节跨度引起的温度应力大等问题。为保障高层建筑悬挑钢结构施工安全及质量，有必要明晰悬挑钢结构特有的施工技术，明晰施工路径下的关键步骤。下面，就结合具体工程实例，对高层建筑悬挑钢结构施工方案及技术进行介绍。

1方案设计

香堤翠景公寓、商业（20号楼）项目位于开平市长沙东乐管区，该项目为框剪结构，楼高25层，采用悬挑式脚手架施工体系，主楼各栋顶层局部比下层标准层结构凸出的最大长度为1600mm，凸出边梁截面大小为250mm×400mm，板厚为200mm，凸出结构上部无主体。（图1）

图120#楼局部后增悬挑剖面图

如图1所示，采用工字钢悬挑，工字钢下撑，工字钢在凸出结构层下一层楼面进行布置。实际工程中，在23层楼层处采用I16工字钢悬挑，平铺在楼板上，锚固点采用直径为20mm的压环钢筋锚固，主梁在建筑为内的锚固长度为5m，悬挑长度为4m。斜支撑采用I16工字钢下撑，下撑上连接点位于悬挑层距建筑结构外边2.5m处工字钢上，底端与预埋在24层构件中的预埋件相连，实施时在悬挑层下层预埋300mm×300mm×10mm铁板，采用M14膨胀螺栓固定；顶端在离阳台外边2500mm处与主梁焊接，保证斜支撑与工字钢悬挑梁的夹角接近60°，满足规范中夹角大于45°的要求；连接时支撑工字钢两头分别与上部工字钢、下部铁板进行对接焊接，卡箍与工字钢梁之间采用满焊。下撑支点在23F楼面转角处工字钢最大悬挑长度4600mm，采用I18工字钢悬挑，I16工字钢下撑。在悬挑主梁上按间距1000横向搁置I16工字钢次梁，在次梁上按1000mm×1000mm间距搭设模板支撑脚手架。脚手架搭设布置一览表如表1。

表1脚手架搭设布置一览表

2节点构造

（1）型钢挑梁与楼板的锚固

图2为型钢主梁穿墙处以及与板的构造布置；依据规范，预埋插入圆钢压环，在伸入楼板内的梁端部设置2～3道卡箍，在阳台梁位置处，设置1道卡箍锚入阳台梁内，卡箍与工字钢焊牢以抵抗外架引起的钢梁水平力。在混凝土施工中要保护好预埋固定环，避免振动棒直接接触预埋件，边振捣边观察及时校正预埋环位置，保证不产生过大位移。

图2悬挑钢梁穿墙及楼面构造

（2）斜支撑在下层边梁上的构造

在27层边梁上预埋300mm×300mm×10mm铁板，采用M14膨胀螺栓固定，连接时支撑工字钢一端与铁板进行对接焊接。

（3）型钢悬挑转角及采光井钢梁构造

在楼层转角处，工字钢最大悬挑长度4600mm，梁上荷载较大，采用增加梁截面和减小梁间距的措施，采用I18工字钢悬挑，I16工字钢下撑；构造详图如图3所示。在主梁交接处，采用焊接方式，在梁的夹角处设置加劲肋增加梁的稳定性；采用该种构造方式，减小了所承受的荷载，安全可靠。

图3型钢悬挑转角及采光井工字钢构造

3受力分析

综合考虑悬挑工字钢梁受力情况、悬挑工字钢在楼内受力情况，确定支撑架受力情况。选择最大受力单元，进行荷载传力途径分析，绘制最大弯矩图进行计算、验算。

（1）主梁验算

计算荷载为：脚手板荷载：0.17kN/m2，栏杆冲压钢板：0.16kN/m；安全网：0.01kN/m2；钢管：3.97kg/m；板底次楞木枋50×100@250：0.025kN/m；主梁自重：1.2×0.205×1=0.246kN/m；主梁间距为1500mm，计算得到主梁上的荷载见主梁的计算简图，主梁的内力图见图4。

图4主梁计算简图

可以看出，主梁的最大弯矩为22.89kN·m，最大剪力为35.51kN。支座反力

R1=0.12kN，R2=38.84kN，R3=61.11kN

①抗弯强度验算

主梁轴向力：

≤f=215N/mm2满足。

②抗剪强度验算

，满足要求

③稳定性验算

在悬挑主梁上按间距1000mm横向搁置I16工字钢次梁，次梁与主梁焊接连接，根据钢结构设计规范4.2.1.1，不需要计算主梁的整体稳定性。

（2）斜撑梁验算

斜撑梁支座力：Rx1=nzR3=1×61.11=61.11kN

斜撑梁轴向力：Nx1=Rx1/sinβ1=61.11/（3150/4021）=82.6kN

斜撑梁的最大轴向拉力：Nx=max[Nx1…Nxi]=82.6kN

斜撑梁长度：L01=（L12+L22）0.5=（31502+25002）0.5=4021mm

斜撑梁长细比：λ1=L01/i=4021/65.8=6.11

查《钢结构设计规范》GB50017-2003表C得，φ1=0.879

①轴心受压稳定性验算：

σ1=Nx1/（φ1A）=82600/（0.879×2610）=36N/mm2≤f=205N/mm2，满足要求！

②斜撑梁与主梁对接焊缝验算：

σ=Nx/（1wt）=82.6×103/2610=31.6N/mm2≤fcw=140N/mm2，满足要求！

③支撑与预埋钢板对接焊缝验算：

σ=Nx/（1wt）=82.6×103/2610=31.6N/mm2≤fcw=140N/mm2，满足要求！

（3）斜撑梁与钢板连接的计算

斜撑梁与预埋钢板连接节点螺栓强度验算：

查钢结构设计规范（GB50017-2003）表3.4.1-4得到：

螺栓群承受的水平力：

V1=Rx1/tanβ1=61.11/（3150/2500）=48.5kN

螺栓群承受的竖向力：F1=Rx1=61.11kN

1个螺栓所受的剪力N1T计算如下：

计算所需螺栓直径：

受剪所需直径：

承压所需直径：

故取d=14mm的C级螺栓可满足强度要求。方案中螺栓排列构造均大于中距3d0=42mm，边距2d0=28mm。

（4）阳台梁截面复核

取受力较大的梁3A-7～3A-9轴之间的L-A1进行计算，梁截面尺寸为200mm×400mm，受力筋为216mm；C30混凝土，h0=400-45=355mm。

经验算需要对阳台梁以及支承该梁的悬臂梁进行1层回顶，工程中实际进行2层回顶。采用Ф48×3进行回顶，钢管间距为1.5m，回顶位置在相应的斜支撑下，每个支撑下用1根钢管。

4安装与拆除方法

4.1安装方法

如图5所示，先在楼层预埋铁板处内边缘焊接用于防止斜撑安装时产生滑移的临时固定100mm高Ф16mm的钢筋头，预先用钢管对准上下焊接点在外架上设置对准角度的临时固定水平横杆，将斜撑工字钢用塔吊吊起上端，底端用绳子套住顺临时固定水平横杆人工拉入楼层内抵住焊接在铁板上临时固定100mm高Ф16mm的钢筋头处。在斜撑工字钢下方距上焊接点

2000mm处搭设出外架外边1500mm长的钢管脚手架平台，设置1100mm高防护栏杆，此平台以供焊工对焊接点进行施焊。在施工过程中，在斜撑工字钢上统一高度上做上标志并引至墙上，监测时通过水准仪读数监测，出现下挠时立即停止上部施工，并进行加固。

图5斜撑梁安装方法示意图

4.2拆除方法

拆除时先用钢管将斜撑工字钢架住，在距外架边500mm处和下焊接点处将工字钢用烧割机烧断，然后用塔吊分2次吊走。

5结论

总之，高层建筑悬挑钢结构施工存在着一定的危险性，因此，需要我们在施工过程中根据规范及工程实际情况进行合理的施工，采取相应的施工技术措施来确保工程的质量，并在施工现场设专职安全员落实与监督管理安全措施，统一管理现场施工人员、机械设备及用电。实践证明，本悬挑钢结构安装工程的各项关键技术可行，工程的质量、进度及安全效果良好，可靠地保证施工安全及质量，达到了预定的目标，对类似工程具有一定的参考价值。

参考文献：

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[2]张为尧.关于大型悬挑钢结构施工技术要点[J].科技致富向导，2015（4）

[3]韩杰，黄浩，赵超.某超高层建筑悬挑钢结构施工模拟分析及现场监测[J].施工技术，2013，42（8）：40-42