高层建筑高空反弧悬挑结构施工技术探讨

　　摘要:建筑反弧悬挑结构，是现在建筑立面设计采用较多的一种形式。高层建筑悬挑结构施工，悬挑结构模板支撑体系的方案设计及施工是关键，它决定着高层建筑悬挑结构施工的质量、安全、工期及成本。反弧悬挑结构通常位于高空且建筑支撑面积小，支模架的搭设应考虑优化的钢管斜撑悬挑型钢模式，其施工经济、安全。对于弧形曲面混凝土的浇筑只需关注混凝土密实度，和防止灌注过程中曲面混凝土浇捣的流淌即可。
　　关键词:高空反弧悬挑结构;施工技术;模板支撑
　　建筑反弧悬挑结构，是近年建筑立面设计采用比较多的一种外观形式，采用反弧悬挑的建筑外观大方美观，表现张力富有扩展性，立面凹凸层次感强，为建筑外立面增色不少。尤其应用于高层建筑，更能增添不少气势，但其在施工上有一定的实际难度，尤其高层反弧大悬挑结构的施工，有一定的技术难度，本文结合工程案例，探讨高层建筑高空反弧悬挑结构施工的技术。
　　1、工程简介
　　某企业总部大厦，总建筑面积29680m2,框架剪力墙结构，包括主体建筑和附属建筑，主体建筑含地下2层和地上11层，该项目集写字办公、商场和地下公共停车场于一体，外立面造型精巧、别具一格。屋面两侧，同时设计四块反弧挑檐立面结构，互相呼应，浑然一体，营造出独特的建筑外立面效果。
　　2、施工分析
　　反弧挑檐屋面结构，位置天面标高为48.5m,曲面半径为3.9m,，三跨共计27m，4根挑梁构成支撑,结构自重40.2t,从主立面向外悬挑距离为3.512m,倾覆力矩为708kN/m
　　（见图1）。图1悬挑支撑平面示意图
　　3、支撑架方案设计
　　在已有的工程实践中，高层建筑悬挑结构施工中模板支撑体系方案主要有：满堂落地脚手支撑、三角桁架式钢平台支撑和更为简单优化的钢管斜撑悬挑型钢三种基本方案。满堂落地脚手支撑方案由于投入钢管量大，使用周期长，架体沉降不稳定对悬挑结构成型质量影响等，在高层建筑悬挑结构施工中很少采用。三角桁架式钢平台支撑使用型钢投入量大，施工成本高，常应用于较大体积的悬挑结构施工。考虑反弧悬挑结构的构件体积和施工成本，本例工程采用优化的钢管斜撑悬挑型钢方案。通过底部架设的钢管斜撑悬挑的型钢,再把其与挑梁焊接成悬挑三角架,然后把钢排梁铺设安装于型钢之上,由此构成的支撑结构成为模板支撑的基础。
　　具体设计为：从10层楼面构设钢梁（I20b@2000）,钢梁外挑4.8m,内附楼面部分2.5m,再从9层楼面架设钢梁，作为二级支撑，9层钢梁外挑2.8m，内附楼面部分2m，每层使用3排钢排梁（I16）,之后使用Φ16高强螺栓与钢挑梁联接，再从9层、8层楼面各挑出钢管斜撑与之上的挑梁相焊接,构成稳固的双层三角型刚架,在10层的三角刚架上搭好钢管扣件式脚手架,构成整体的挑檐结构的施工承力体系。如图2。
　　
　　图2双层三角刚架支撑
　　4、设计计算
　　4.1荷载计算
　　4.2.1圆弧自重(包括挑梁、三角联系梁):
　　F1=402kN(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
　　作用于钢挑梁的荷载分配（见图3）。
　　
　　图3钢挑梁荷载分配图
　　4.2强度计算
　　图4
　　如图4，AD梁承受均布荷载，所以在AD梁上产生弯矩,把AD梁简化成连续梁,其弯矩图如图5。
　　
　　图5
　　最大弯矩位于AB跨中Mmax=26.5057KN•m，AB段内力NAB=128.3KN
　　则横梁的最大正应力：б==75.327N/mm2<f=215N/mm2
　　最大剪应力：τ==50.72N/mm2<fv=125N/mm2
　　稳定性：=125.54N/mm2≤f=215N/mm2
　　因此主梁强度满足要求
　　通过内力计算知道腹杆FG内力最大，Ngf=205.07KN，Fg长度=4146mm
　　λ==130.76<150，б==120.7N/mm2<f=215N/mm2
　　因此腹杆满足强度要求。
　　5、施工方案实施
　　5.1搭设步骤
　　在9层斜撑位置预埋“⊥”形Φ25限位筋。结构施工至10层结构平面时,在钢挑梁相应位置,预埋M20螺杆,螺杆锚固端与15mm钢板顶焊接，并与梁主筋相焊接；之后搭设斜撑,固定钢挑梁；搁置槽钢挑梁,搭好脚手架支撑,。
　　5.2结构及支撑加固措施
　　①考虑加强10层楼板安全,措施为把M20螺栓间隔改为φ16拉筋,将其穿过10层楼板的结构预留孔,之后锚定于9层楼板,这样便将挑梁对10层楼板的拉力，传递到了9层楼板,形成分减楼面负载的作用；②对安装刚平台处的10层楼板进行连续支撑加强;③缩短斜撑的有效长度,在9层框架梁内设置穿梁钢管与斜撑扣接,为增强支撑系受力性能，中间再加设一根通长钢管与室内棒架相联。
　　5.3模板设计与安装
　　使用300mm宽的十一夹板模组拼,以50mm宽薄胶带贴缝,并均匀涂隔离剂。圆弧曲面模板龙骨支撑使用用φ20弧形@400钢筋骨架,内皮半径为3955mm。
　　模板安装以直角坐标法进行测放,以外挑水平距离为横坐标(Xi),模板底面标高为纵坐标(Yi),通过既定每50cm水平距离,算模板底标高(如图3)。测放时,通过152水准仪测出Yi:500的水平面,弹画曲面边缘线,之后架水平钢管,敷设弧形钢筋骨架,与水平钢管焊接,构成曲面网状承力系,铺设模板。
　　
　　图3模板安装直角坐标法测放示意
　　6、砼浇捣
　　为加强混凝土密实度及防止水泥浆流淌,采用以下措施:
　　①优化砼的配合比,在不改变标号的情况下,通过减少砼坍落度,掺加适量减水剂和适当提高粗粒径石子的含量,来减缓水泥浆的流淌；②二次振捣时间的掌握,布料后可先用铁锨拍振出浆,1小时后,使用小型高频振动棒隔点振捣,木搓抹平；③振动密实后用定制的弧形刮尺刮平,施工过程要经常检查曲面混凝土弧度和厚度,以确保成形质量。
　　7、施工总结
　　高层建筑悬挑结构施工的关键是悬挑结构模板支撑体系的方案设计及施工，支模架的搭设应考虑优化的钢管斜撑悬挑型钢方案。本例工程采用此设计方案，组装杆件较少,搭拆方便,场地空间利用率高,施工经济，内力分配明确，施工安全。本例工程经拆模后实测,构件曲面弧度一致,在同一圆弧线上，各点标高最大差值为7mm,曲面平滑密实无接缝。
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