高层建筑悬挑钢支架结构设计与施工探究

高层建筑悬挑钢支架结构设计与施工探究

张玄潞

贵阳铝镁设计研究院有限公司   贵州省贵阳市  550081

摘要：悬挑钢支架作为高层建筑项目中实现大跨度悬挑施工的核心组件，其结构设计的科学性与施工品质的高低，对高层建筑项目的整体品质具有决定性影响。因此，为了保障高层建筑的安全与可靠性，本研究将深入探究和剖析高层建筑悬挑钢支架的结构设计策略以及施工过程中的关键技术与质量控制方法，旨在为高层建筑悬挑钢支架结构设计与施工提供参考依据。

关键词：高层建筑；悬挑钢支架；结构设计与施工

1.高层建筑悬挑钢支架结构设计

考虑到高层建筑中悬挑钢支架的重要性和施工挑战，本文提出了一种适用于高层建筑的重力式悬挑钢支架结构设计。该结构设计如图1所示。

图1 悬挑钢支架结构示意图

如图1所示，悬挑钢支架结构由主梁、次梁和弦杆三部分组成，这些部分共同构成了一个坚固的支撑系统，该结构设计在工程领域中被广泛应用，因为它能够有效地分散和承受重力负荷，确保整个结构的稳定性和安全性。钢支架的材料选用了工字钢，该材料因其优越的力学性能和稳定性而被广泛应用于各种建筑结构中。整个钢支架是由56根精心挑选的工字钢通过精确的组装工艺组合而成，确保了结构的强度和可靠性。此外，架体的长度、宽度和高度并不是固定不变的，而是根据实际工程的需求和现场条件进行定制设计，以满足不同工程项目的特定要求。

在现代建筑中，悬挑钢支架结构至关重要，由主梁和次梁组成，共同承担主要荷载，分担上部结构压力，而且有效地将这些力传递到建筑的基础部分。这种设计上的同步不仅美观，而且在力学上也更加合理，有助于分散和平衡建筑所承受的力。

为提升支架抗变形能力，悬挑钢支架结构上下两侧增设了间距为100mm的横向弦杆，而它们的长度也统一为100mm，这样的设计使得支架在面对各种外力作用时能够保持其结构的完整性。

2.高层建筑悬挑钢支架施工

2.1型钢支撑架

型钢支撑架一般由不小于16号工字钢组成，通过预埋式锚固钢筋环固定于已浇筑的结构上。其施工规范要求主要包含以下方面：

（1）工字型钢锚固段不得小于悬挑端总长度的1.25倍；

（2）工字钢悬挑梁顶端应通过钢丝绳与上层边梁或墙柱预埋吊环斜拉连接，水平夹角≥45°；

（3）每根相邻的工字钢主梁的间距不大于2倍立杆的间距；

（4）U型锚固环应预埋连接底板钢筋，设置不少于三个，其中端部应设置2个U形环，间距 200 mm；

（5）工字钢梁与预埋锚固钢筋间用木楔塞紧。

2.2钢管支架

钢管支架的施工规范要求包括：

（1）立杆底部需与焊接在型钢上长0.2m直径25-30mm的钢筋或短管进行焊接固定，防止钢管产生位移；

（2）最外侧立杆距离型钢端部不得小于100mm；

（3）立杆纵向间距不应大于1.5m，每段搭设高度不宜大于18m。

2.3连墙件

连墙件施工规范要求包括：

（1）连墙杆件必须采用刚性连墙杆件，且与建筑物可靠连接；

（2）连墙件间距水平方向不应大于6m，垂直方向不应大于4m，采用2步3跨设置。

3.实例应用与分析

3.1工程概况

某工程是20层高层的建筑，建筑总面积为8645.52m2，由地上18层和地下2层共同构成。其中，地下2层被设计为地下车库，用于停放车辆。在建筑结构方面，该建筑采用钢筋混凝土框架结构，第10层设有悬挑结构，东西向跨度4.55米，南北向跨度2.25米。由于悬挑结构的跨度和所承受的荷载远远超出了常规建筑的标准，因此在施工过程中特别采取了额外的措施。为了确保结构的安全性和稳固性，施工团队特别使用了坚固的悬挑钢支架，这些支架经过精心设计和计算，能够承受巨大的压力和重量，从而为整个建筑提供了额外的支撑和稳定性。

3.2效果分析

为了满足特定的项目需求，设计了悬挑钢支架结构。该结构具有一定的规模，其整体高度达到了7.5米，长度为6.5米，而宽度则为4.5米。在施工过程中，严格遵循了施工技术规范，确保了工程悬挑钢支架的施工质量。施工完成后，对悬挑钢支架结构进行了全面的检验，以评估其设计的合理性以及施工效果。此外，还对设计方案和施工安全性进行了详细的测评，以确保结构的稳固性和使用的安全性。

根据《高层建筑悬挑钢支架安全技术规范》（JGJ16126-2020）的详细规定，悬挑钢支架必须具备一系列关键的安全性能，包括抗倾覆和抗滑移的能力。为了确保高层建筑的安全性，规范明确指出，在工程悬挑钢支架的设计与施工过程中，必须严格遵守一系列核心标准，以确保施工质量和建筑安全。包括对悬挑钢支架结构的安全系数、抗倾覆、抗滑移以及综合安全系数等多个方面。所有这些安全系数都必须达到或超过0.75的最低要求，这是为了确保结构的稳定性和抗风险能力。此外，在施工过程中，悬挑钢支架的垂直度也是一个关键指标，必须保持在不低于95%的水平。这些要求不仅体现了对施工细节的严格把控，也反映了对建筑安全的高度重视，是悬挑钢支架设计与施工质量检验中不可或缺的一部分。

悬挑钢支架结构安全性能计算公式为：

在本公式中，R代表悬挑钢支架结构抗倾覆的安全系数；

W则表示悬挑钢支架结构的倾覆力矩；

Q代表作用于悬挑钢支架结构上的固定力矩；

D表示悬挑钢支架结构抗滑安全系数；

M表示悬挑钢支架结构滑动摩擦力；

N表示悬挑钢支架结构滑动的正压力；

E表示结构综合安全系数。

利用以上公式对设计结构安全性能评价，如表1所示：

表1 悬挑钢支架结构安全系数

观察表1数据，悬挑钢支架在抗倾覆、抗滑和综合安全系数方面表现优秀，均超过0.75，不低于0.95，满足安全要求。项目团队在施工质量控制上非常严格，随机抽取了主梁、次梁、上弦杆和下弦杆各两件样本，并使用高精度的IHGFA A4F5水平仪对关键构件的垂直度进行了精确测量，以确保施工质量的高标准和可靠性。具体结果详见表2：

表2 悬挑钢支架垂直度

根据表2数据可以清晰地观察到，高层建筑悬挑钢支架的施工质量进行评估时，垂直度指标均达到了98%以上，满足规范要求，从而充分证明了施工质量的优秀性。此外，通过一系列详尽的数据验证，可以明确地得出结论，本文所研究的高层建筑悬挑钢支架结构设计与施工方法不仅在理论上是可行的，而且在实际应用中也展现出了极高的可靠性与稳定性。

结语

综上所述，文章通过对高层建筑悬挑钢支架结构设计与施工进行研究，证明了其在确保结构安全、提高施工效率和质量方面的有效性。通过科学的设计和严格的质量控制，不仅能够满足高层建筑在复杂荷载作用下的稳定性要求，还能有效控制施工成本，缩短工期。因此，随着建筑技术的不断进步和新材料的应用，悬挑钢支架的设计与施工方法将更加多样化和精细化，为高层建筑的安全、美观和功能性提供更加坚实的保障。

参考文献

[1] 宋九选,马锋,王辉,等. 双侧悬挑烟道钢支架结构方案设计[J]. 砖瓦世界,2024(5):46-48.

[2] 李增壮,黄中营,胡蓬勃. 大悬挑檐异形钢支架施工方法应用实例[J]. 建筑技术,2024,55(15):1801-1804.