高位懸挑鋼結(jié)構(gòu)施工與檢測(cè)技術(shù)分析

朱志春 （安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測(cè)站，安徽 合肥 230031）

0 前言

高位懸挑鋼結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上屬于梁板結(jié)構(gòu)，是利用拉索等方式使建筑主體結(jié)構(gòu)向建筑主體外部延伸而形成的懸臂結(jié)構(gòu)，例如陽臺(tái)、挑廊通常情況下懸于空中。常規(guī)的懸挑結(jié)構(gòu)可以起到遮風(fēng)避雨的作用，在早期建筑當(dāng)中應(yīng)用廣泛，而隨著施工技術(shù)的發(fā)展，形成了高位懸挑鋼結(jié)構(gòu)，此類懸挑結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的承重能力等，所以應(yīng)用功能更加豐富，目前常用于大型綜合體建筑內(nèi)。但高位懸挑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用步驟較為復(fù)雜，稍有不慎易造成質(zhì)量或安全隱患，因此在安全原則下，我們需要對(duì)其規(guī)范施工方法、質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析，這也是本文研究課題的意義所在。

1 高位懸挑鋼結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

因不同工程項(xiàng)目的高位懸挑鋼結(jié)構(gòu)存在差異，所以受力特點(diǎn)不同，不能一概而論，在這一條件下本文將結(jié)合實(shí)例展開分析。

1.1 實(shí)例概況

某大型綜合體工程包含大量的鋼結(jié)構(gòu)，該工程A樓西北角的15層至屋面層樓面結(jié)構(gòu)屬于高位大懸挑鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)共涵蓋了3個(gè)樓層，每層高度為3.6m。根據(jù)該工程施工方案得知，其懸挑鋼結(jié)構(gòu)的最大外挑距離為11.525m，平面部分設(shè)計(jì)成等腰三角形。樓層板采用鋼壓型板+混凝土層組合而成，15層處的外挑鋼柱，由拉桿與屋面層型鋼混凝土鋼柱連接組成[1]。

1.2 受力特點(diǎn)

案例15樓以上的懸挑鋼結(jié)構(gòu)，主要采用鋼拉桿作為輔助口設(shè)置材料，其具有輔助懸挑鋼結(jié)構(gòu)受力的作用，因此鋼拉桿的性能與整體結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)有密切聯(lián)系。依照工程設(shè)計(jì)圖紙得知結(jié)構(gòu)中共含有4個(gè)鋼拉桿，依照設(shè)計(jì)要求1號(hào)鋼拉桿拉力需要達(dá)到592N、2號(hào)鋼拉桿拉力需要達(dá)到582N、3號(hào)鋼拉桿拉力需要達(dá)到426N、4號(hào)鋼拉桿拉力需要達(dá)到453N，最后進(jìn)行檢測(cè)確認(rèn)所有拉桿均滿足設(shè)計(jì)要求[2]。

2 高位懸挑鋼結(jié)構(gòu)施工安裝

2.1 吊裝設(shè)備規(guī)范要求

因案例高位懸挑鋼結(jié)構(gòu)施工樓層高度較高，所以需要采用吊裝設(shè)備來完成作業(yè)，但介于不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量區(qū)別，需要對(duì)吊裝設(shè)備進(jìn)行選型，要求設(shè)備同時(shí)滿足高度與起重要求。依照工程核算結(jié)果，其高位懸挑結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的最大重量為73.4kN屬于大型構(gòu)件，所以工程單位選擇了TC7035B型號(hào)的塔式起重機(jī)，該起重機(jī)的起重量為7.8t，滿足最大構(gòu)件重起吊要求。此外在案例工程當(dāng)中，其有一6.8t的構(gòu)件離起重機(jī)較遠(yuǎn)，處于起重范圍邊緣，所以在物理學(xué)角度上，起重機(jī)可能無法承載該構(gòu)件，施工易產(chǎn)生安全隱患，所以將采用125支撐和50kN的手拉葫蘆來控制該構(gòu)件起吊時(shí)的穩(wěn)定性[3]。

2.2 構(gòu)件安裝方案

在吊裝設(shè)備滿足要求的條件下，即可進(jìn)入構(gòu)件安裝階段，該階段當(dāng)中需要嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)方案來開展工作，案例構(gòu)件安裝方案分為兩個(gè)部分，即安裝順序與各工況安裝要求，兩個(gè)部分的具體內(nèi)容見下文。

①安裝順序

根據(jù)施工計(jì)劃，依照由低至高的順序進(jìn)行構(gòu)件安裝，即15層→16層→17層→樓頂。

②各工況安裝要求

根據(jù)安裝順序要求可見構(gòu)件安裝范圍較大，所以在不同構(gòu)件安裝時(shí)，會(huì)產(chǎn)生各種工況，針對(duì)這一點(diǎn)工程單位預(yù)設(shè)了3個(gè)工況，并提出了各工況下的安裝施工要求。各工況安裝要求如下。

工況1：針對(duì)15層的吊裝構(gòu)件，在吊裝之前先安裝主鋼梁以及另一軸線鋼拉桿，其中主鋼梁與混凝土柱連接。拉桿長(zhǎng)度為11.4m，一端與樓頂混凝土主鋼梁連接，形成40°的夾角，另一端與15層主鋼梁臨時(shí)連接，在這一基礎(chǔ)上對(duì)主鋼梁的高度、位置進(jìn)行調(diào)整，使其達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。此外，根據(jù)15層主鋼梁長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，確認(rèn)其2/5處應(yīng)力表現(xiàn)不良，所以需要設(shè)置臨時(shí)支撐。

工況2：針對(duì)15層的地面安裝構(gòu)件，在正式安裝之前先組裝、加工出鋼柱與長(zhǎng)度為1.4m的拉桿，隨后將兩者組合在一起形成40°夾角備用。啟動(dòng)吊裝設(shè)備起高鋼柱與拉桿組合至標(biāo)高處，再將拉桿部分與混凝土型鋼柱耳板連接，鋼柱與工況1中的主鋼梁連接，連接完成之后取下主鋼梁臨時(shí)支撐。此外，在安裝完成之后需要再加裝兩根拉桿，以保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

工況3：針對(duì)16層、17層以及樓頂位置，因?yàn)檫@三個(gè)部分的構(gòu)件安裝需要整體操作，且所有構(gòu)件類型相同，所以被歸納與同一工況當(dāng)中。具體要求：安裝鋼柱、鋼梁，安裝當(dāng)中要嚴(yán)格依照標(biāo)高設(shè)計(jì)要求來完成作業(yè)，且依照由低至高原則，逐層完成并連接即可；逐層進(jìn)行壓型鋼板鋪裝，再進(jìn)行焊接栓釘，鋼筋綁扎，混凝土澆筑即可。

3 檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

3.1 檢測(cè)方法

采用振動(dòng)頻率法進(jìn)行檢測(cè)，該方法可以對(duì)懸挑鋼結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)，再根據(jù)拉桿拉力與拉桿受力的振動(dòng)頻率，計(jì)算得出結(jié)構(gòu)拉力數(shù)值，同時(shí)計(jì)算時(shí)要綜合考慮到拉索邊界條件、垂度、斜度、阻尼器、抗彎剛度等因素對(duì)振動(dòng)影響，以免計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，最后將檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，可以判斷懸挑鋼結(jié)構(gòu)是否存在質(zhì)量或安全隱患。

此外在計(jì)算方法方面，針對(duì)拉索索力，需要先獲取拉桿長(zhǎng)度、每延米的質(zhì)量、拉索界面彎曲剛度，后測(cè)試振動(dòng)頻率，依照公式（1）進(jìn)行計(jì)算即可，但如果拉桿的兩端邊界無法形成較差支撐時(shí)，上述方法不可應(yīng)用，需要采用有限元軟件，利用有限元原理來進(jìn)行計(jì)算，即通過有限元軟件計(jì)算方法，對(duì)拉桿的拉桿拉力進(jìn)行假設(shè)，隨后求得不同假設(shè)條件下的拉桿振動(dòng)頻率，該步驟反復(fù)操作直至拉桿振動(dòng)頻率與測(cè)量時(shí)的頻率值誤差差距在0.1以內(nèi)時(shí)，才能將有限元計(jì)算結(jié)果作為最終計(jì)算結(jié)果。

式中T代表拉桿拉力、m代表每延米的質(zhì)量、fn代表拉桿某階振動(dòng)頻率、n代表振動(dòng)階次、L代表拉桿的計(jì)算長(zhǎng)度、EI代表拉桿截面彎曲剛度。

3.2 檢測(cè)儀器

根據(jù)案例檢測(cè)方案得知，懸挑鋼結(jié)構(gòu)需要5大儀器，即壓電式加速度計(jì)、低通濾波放大器、智能信號(hào)采集分析儀、綜合測(cè)試儀、智能弦式數(shù)碼應(yīng)變計(jì)。各儀器的參數(shù)見表1。

3.3 檢測(cè)流程

各檢測(cè)儀器參數(shù) 表1

案例整個(gè)檢測(cè)流程：首先采用夾具將加速度傳感器安裝在拉桿上，通過傳感器的功能可以采集到拉桿振動(dòng)頻率信號(hào)，同時(shí)使用放大器將信號(hào)放大，以便于采集分析儀接收，待采集分析儀將信號(hào)全部收集后，發(fā)送給綜合測(cè)試儀可以形成振動(dòng)頻譜，在這一基礎(chǔ)上通過智能弦式數(shù)碼應(yīng)變計(jì)進(jìn)行譜分析工作，可得拉桿多階自振頻率。其次根據(jù)拉桿實(shí)測(cè)頻率、長(zhǎng)度、線密度、垂度、邊界條件抗彎剛度等，對(duì)拉桿拉力進(jìn)行計(jì)算。

3.4 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果見表2。

各鋼拉桿拉力測(cè)試結(jié)果 表2

由測(cè)試結(jié)果可見，4根拉桿的頻率與拉力與設(shè)計(jì)要求相符，均處于合理區(qū)間，所以其質(zhì)量與安全性可靠。

4 結(jié)語

本文對(duì)高位懸挑鋼結(jié)構(gòu)施工與檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了分析，通過分析得到結(jié)論。結(jié)合案例，對(duì)高位懸挑鋼結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)進(jìn)行了分析，明確了施工重點(diǎn)以檢測(cè)目標(biāo)；針對(duì)結(jié)構(gòu)施工方法進(jìn)行了分析，闡述了其吊裝要求、各工況要求以及注意事項(xiàng)；對(duì)案例施工成果的檢測(cè)方法進(jìn)行了闡述，并根據(jù)結(jié)果證實(shí)案例工程沒有質(zhì)量或安全隱患，說明施工方法可以借鑒。