高層住宅屋面周邊連續大跨度外懸挑結構的施工技術

李任星 鄧世強 蘇 瑤

中建三局集團有限公司工程總承包公司 湖北 武漢 430064

1 工程概況

長沙市某群體住宅工程有25棟高層住宅，建筑高度為98.8 m，標準層高為3 m。每棟樓屋面周邊均設計有懸挑梁板結構（圖1）。

圖1 工程效果圖

懸挑結構頂標高為屋面標高＋1.9 m，懸挑結構形式為懸挑梁＋下掛板，懸挑長度為3.10 m，局部懸挑結構長度為4.65 m，懸挑板板厚為120 mm，懸挑梁與板重合部位計算尺寸為200 mm×1500 mm，封邊梁為200 mm×800 mm，封邊梁最大跨度為8.8 m。

2 施工方案的確定

高層屋面懸挑結構施工主要存在以下難點：

1）結構懸空高度大：在屋面結構位置挑出，懸空高度達90.8 m，風荷載作用大。

2）結構自重大：懸挑結構形式為懸挑梁（封邊梁）＋下掛板，封邊梁與懸挑梁相交，封邊梁截面尺寸為200 mm×800 mm，且局部混凝土梁高達1 500 mm。

3）懸挑結構跨度大，且結構周邊均連續設置：懸挑結構跨度達到3.10 m，局部懸挑跨度達到4.65 m，懸挑結構沿屋面周邊均有設計，支撐工字鋼排布搭設密集，斜撐長度不一，須待主梁完成后再計算長度。

4）懸挑結構下掛板設計有多個折板，混凝土澆筑須分層分段施工。

5）懸挑結構設計工程量大：每棟高層屋面均有設計，支撐體系一次投入量大，須優化節點，便于拆除，周轉利用。

綜合以上難點分析，從工期、安全性及經濟性考慮，結合工程實際情況，最后采用斜撐懸挑鋼平臺支撐方案。

3 懸挑鋼平臺支撐設計方案

該方案受力較為明確，施工操作工藝簡單，可周轉利用率高。懸挑結構跨度為3.1 m時，懸挑主梁長度為9 m，采用18#工字鋼，懸挑出結構邊為4 m，錨固樓層內為5 m；設置2道斜撐，斜撐頂端采用螺栓連接方式與懸挑梁固定，底端與下面樓層預埋的工字鋼焊接固定；中部采用10#工字鋼作為連桿。懸挑結構為二次施工，上部斜拉鋼絲繩待屋面施工時提前預埋（圖2）。

圖2 懸挑跨度為3.1 m時鋼平臺剖面

懸挑結構跨度為4.65 m時，懸挑主梁長度為12 m，采用20a#工字鋼，懸挑出結構邊為4.9 m，錨固樓層內為7.1 m；設置3道斜撐，斜撐頂端采用螺栓連接方式與懸挑梁固定，底端與下面樓層預埋的工字鋼焊接固定（最下邊1道斜撐底端直接擱置在樓板上，梁側邊焊接槽鋼限位）；中部采用10#工字鋼作為連桿。懸挑結構為二次施工，上部斜拉鋼絲繩待屋面施工時提前預埋（圖3）[1-4]。

圖3 懸挑跨度為4.65 m時鋼平臺剖面

4 細部構造優化設計

4.1 斜撐的安裝

斜撐安裝是本懸挑結構施工的一個施工難點，存在較大的安全風險。同時考慮到斜撐拆卸方便、周轉利用率高等要求，對斜撐頂端和底端固定方式進行了優化處理。

4.1.1 斜撐頂端固定

為便于工字鋼斜撐拆除以周轉利用，在懸挑主梁相應位置、斜撐工字鋼頂端（水平切角）各自提前焊接鋼板，其中工字鋼與鋼板采用圍焊的方式，焊縫高度不小于7 mm，鋼板上預留螺桿眼，通過螺栓的連接方式將懸挑主梁工字鋼與斜撐工字鋼固定在一起（圖4）。

圖4 鋼板設計示意

在靠近斜撐頂端1/3的位置腹板開φ30 mm孔，作為斜撐的吊裝固定點（圖5）。

圖5 斜撐拼接固定示意

4.1.2 斜撐底端固定

斜撐層無剪力墻的位置，斜撐底端應水平切角，擱置在梁板結構上；梁側采用槽鋼將斜撐進行限位固定，限位用的槽鋼頂端平行于斜撐方向切角，槽鋼與斜撐工字鋼雙面滿焊，焊縫高度為7 mm（圖6）。

圖6 斜撐底端固定示意

4.2 底部懸挑腳手架操作平臺

懸挑結構長度超過3 m時，在斜撐下部搭設懸挑腳手架操作平臺（普通懸挑外架提前拆除），主要為懸挑工字鋼體系安裝、拆除提供操作面及安全防護：避開斜撐安裝位置，在斜撐層樓面上安裝20a#工字鋼，間距為1.5 m，設置2道20#鋼絲繩分別拉結在以上2層樓面上，掃地桿位置及作業層位置滿鋪腳手板，外側滿掛安全密目網（圖7）。

圖7 懸挑腳手架操作平臺搭設示意

5 方案計算

根據各個體系的傳力情況，屋面懸挑結構的支模架立桿和外腳手架立桿全部作用在工字鋼主梁上，然后對各個桿件單獨進行受力分析，最后根據工字鋼本身的物理力學性能驗算是否滿足要求。經驗算，設計方案中工字鋼的強度、抗剪、撓度均滿足要求。

6 施工方法及技術措施

1）在懸挑層梁板上埋設φ20 mm的U形螺桿（斜撐層部位的φ20 mm的U形螺桿在施工時提前預埋），同時在懸挑層外剪力墻上相應位置預埋φ60 mm塑料套管，φ60 mm塑料套管為后期連墻件穿墻孔，懸挑工字鋼主梁提前吊裝就位。

2）屋面層主體結構施工完成，待混凝土達到拆模強度后，懸挑工字鋼部位內支模架拆除，外架拆除降至懸挑層梁板位置，開始懸挑主梁工字鋼（在工字鋼的腹板上距離兩端3 000 mm的位置處各開1個φ30 mm的孔，作為吊裝固定點）。φ20 mm的U形螺桿與工字鋼間的空隙用方木屑卡緊，且U形螺桿與工字鋼焊接固定，防止工字鋼向外側滑移；同時為避免工字鋼尾部板面受力集中，在工字鋼錨固端端部設置3根鋼管立桿進行反頂加固，第1根立桿距離端部為150 mm，間距為500 mm。

3）斜撐及鋼絲繩安裝：外架局部拆除至斜撐位置，主梁上先臨時鋪設鋼跳板。利用塔吊將斜撐吊運至懸挑主梁工字鋼下方相應位置，確保兩鋼板有一個螺桿眼對齊，先用M16螺桿、螺帽臨時固定，然后人工旋轉至指定位置，使4個螺桿眼全部對齊，主梁工字鋼與斜撐在同一垂直面上，最后根據斜撐底端與結構（或次梁工字鋼）的位置關系進行平移微調，同時固定4個螺桿螺帽。斜撐安裝完成后，在斜撐中間位置橫向水平設置10#槽鋼將相鄰斜撐橫向連接成整體，10#槽鋼與斜撐之間進行圍焊，焊縫高度為7 mm，確保工字鋼的整體穩定性。固定鋼絲繩的預埋鋼筋環埋設位置與懸挑工字鋼在同一垂直面上。

4）為防止懸挑工字鋼體系側向移動，在主梁相應懸挑部位焊接1道10#槽鋼（兩構件之間進行圍焊，焊縫高度為6 mm，焊縫無夾渣、無氣孔），將主梁工字鋼橫向固定。然后在懸挑工字鋼上搭設固定水平兜網及密目網，用16#鐵絲將水平兜網和密目網綁扎在工字鋼上，作為水平雙層防護網；最后在懸挑主梁上鋪設鋼跳板，在腳手架立桿之間位置盡量滿鋪，采用18#鍍鋅鐵絲將鋼跳板固定在工字鋼上，作為工人操作防護平臺。

5）外腳手架立桿采用單立桿，立桿縱向間距1 200 mm（局部為600 mm），橫向間距500 mm，內排立桿距離結構邊為300 mm，腳手架步距為1 800 mm，外側設置連續剪刀撐，懸挑模板支撐腳手架及外防護腳手架應和結構進行拉結，連接點距外架主節點不得大于150 mm。連墻件按每層3跨間距設置，遇剪力墻部位預埋φ60 mm的套管，以便連墻桿與剪力墻結構進行拉結（剪力墻處預埋套管后，可以在剪力墻內側將連墻桿件與短鋼管采用雙扣件鎖住，即不用另外埋短鋼管）。連墻件每3跨設置1道；未設計剪力墻位置，懸挑模板支撐腳手架及外防護腳手架與結構內支模架拉結，上下設置2道，間距按3跨設置。

6）懸挑結構支模架：立桿采用單立桿，立桿縱向間距1 200 mm（梁底為600、450 mm），步距不大于1 200 mm。在施工時屋面層及其二層懸挑部位輪扣支模架不得拆除。懸挑模板支撐架周邊及內部縱橫向每4跨設置1道豎向剪刀撐，由底至頂連續設置；在豎向剪刀撐頂部設置1道水平剪刀撐。

7）混凝土澆筑：支撐架體經公司及政府有關部門驗收后，方可澆筑。懸挑結構混凝土分2次澆筑，具體施工流程：屋面層結構混凝土澆筑→懸挑結構部位（含大跨度懸挑梁）第1次澆筑施工→懸挑結構部位（含大跨度懸挑梁）第2次澆筑施工。第1次澆筑預留施工位置為水平懸挑構件受力最小的位置（圖8），待第1次澆筑混凝土強度達到100%時方可進行第2次混凝土澆筑。懸挑梁混凝土應采用全面分層澆筑。

圖8 懸挑結構預留施工縫位置

8）支撐體系拆除：拆除模板支撐架（屋面懸挑結構混凝土強度達到100%）→屋面層外墻裝飾及懸挑結構外立面裝飾施工完成→拆除外防護腳手架→拆除連墻件→拆除鋼絲繩及腳手板→拆除和吊運工字鋼→拆除下部懸挑腳手架操作平臺。拆下的桿構件，短于3 m的先轉入樓層，用施工電梯運輸至地面，長于3 m的鋼管人工傳遞至屋面，再使用塔吊運至地面。拆除和吊運工字鋼時，利用塔吊、纜風繩進行輔助，將主梁工字鋼和斜撐工字鋼吊運至地面。

7 安全保證措施

1）安裝懸挑支撐腳手架以及懸挑操作平臺時，在懸挑層沿外墻一周設置1道φ12 mm鋼絲繩作為水平安全繩，每8 m設置1處固定點，利用剪力墻上穿墻螺桿孔和鋼筋拉環進行鋼絲繩固定，高出操作面1.0～1.2 m，工人在操作時將安全帶系在水平安全繩上；或將安全帶固定在結構內滿堂架上，高出操作面1.0～1.2 m。

2）在進行撬、拉、推、拔等操作時，要注意采取正確的姿勢，站穩腳跟，或一手把持在穩固的結構或支持物上，以免用力過猛時身體失去平衡或把東西甩出。在腳手架上拆除模板時，應采取必要的支托措施，以免拆下的模板材料掉落架外。

3）在腳手架上進行電氣焊作業時，要鋪鐵皮接火星或移去易燃物，以免火星點著易燃物。同時準備防火措施，一旦著火，及時予以撲滅。

4）腳手架在驗收合格通過投入使用后，必須對其進行日常的保養和定期的全面檢查和整修。屋面懸挑模板支撐腳手架工字鋼的撓度應小于15 mm，澆筑過程如有較大變形，應立即停止澆筑并采取整改措施。

8 結語

本工程已順利完成屋面懸挑結構混凝土澆筑。在施工過程中未發現支撐工字鋼有異常變形，且支撐工字鋼在不同樓棟之間周轉利用率以及回收利用率高，大大降低了施工成本，為以后類似工程提供了借鑒。