屋顶悬挑梁支撑架施工技术

□文/朱伯忠 喻四纯 李学亮

□喻四纯、李学亮/中建三局第三建设工程有限责任公司。

屋顶悬挑梁支撑架施工技术

□文/朱伯忠 喻四纯 李学亮

许多建筑在屋面顶端采用高大混凝土架体且架体悬挑于建筑主体外，通过外檐装修使建筑物外侧形成独特的造型，从而提高了建筑立面的整体艺术效果，但是由此而来的高空支撑体系施工难度也是越来越大。文章通过工程实例对高空悬挑支撑架的成功选用和施工应用进行论述。

悬挑梁；支撑；施工技术

1 工程概况

海泰·渤龙天地商业街21#A地块工程位于天津滨海新区，由商业楼、办公楼和酒店组成。酒店部分地下1层，地上15层，标准层层高3.60m，屋面层层高4.200 m，屋面层标高59.00m。屋面以上女儿墙为4.2m高，墙厚200mm，其顶面标高为63.200m。屋面结构最外侧均有结构悬挑出外侧女儿墙，1轴向外悬挑3100mm位置的框架梁，标高63.20m，对比59.00m，实际悬挑0～2700mm；8轴向外悬挑4100mm位置的框架梁，标高63.20m，对比59.00m，实际悬挑1900mm。悬挑截面尺寸400mm×600mm，联系梁挑截面尺寸300mm×600 mm，混凝土强度等级为C30。见图1。

2 支撑方案选择

施工前，初步选取了2种方案。

1）利用现有的外围护悬挑脚手架进行改造。在59.00m设置钢管斜支撑并通过计算后加固。重点解决脚手架立杆承重以及斜支撑的计算，外挑梁顶端的脚手架还可以与外墙脚手架连贯，能确保施工人员的安全。由于屋顶设置有女儿墙，与内侧满堂架的连接需要专门预留孔洞。该方案施工速度慢；防护面积大，硬防护不易施工，拆除危险性较大；架体搭设复杂，不利于检查和过程控制。

2）在59.00m设置20a型钢悬挑平台，长度6、9m，间距900mm，充分利用原有结构条件，在高空大悬挑结构的下一层，安装工字钢悬挑梁，在悬挑梁上铺上跳板，形成安全、可靠的工作平台。在平台上搭设钢管脚手架、支立模板，施工高空大悬挑的钢筋混凝土结构。该方案施工速度快；直接设置在型钢上，方便快捷，方便拆除；简单，受力传递明确，便于控制。缺点是增加型钢购置费用。

2种方案比较后，认为第2种方案可行，但必须进行有效地支撑设计和计算。

3 构造设置

外墙悬挑脚手架在第15层布置悬挑装置。支撑外脚手架荷载为20a工字钢，间距0.9m，脚手架每步高1.2m，悬挑位置到悬挑梁底部为4.20m。

3.1 外挑工字钢的构造设置

外挑工字钢从1轴外挑自由端长度3150mm；1轴内锚固端长度5850mm，工字钢总长度为9000mm。

工字钢按照间距900mm摆设；悬挑工字钢锚固端预埋2根φ20mm“Π”字形固定件，固定件第1道在距离1轴1400mm开始埋设；第2道距第1道1500mm；第3道距第2道1500mm；预埋件置于板筋底层网片下部；外挑端满堂脚手架根部焊接100mm高，HRB335级25钢筋。见图2。

3.2 外挑工字钢的卸载构造设置

根据计算采用斜撑卸载的措施。由于悬挑部分荷载较大，女儿墙预留埋件，施工期间利用20a 工字钢与埋件焊接形成稳定的三角形结构。同时考虑女儿墙是悬臂结构，设置埋件与B 轴框架柱连接。见图3。

3.3 满堂脚手架搭设构造设置

立杆的构造布置。立杆纵向按工字钢间距900mm布置，横向挑梁部分按900mm布置、屋面板部分按1200mm布置，步距1轴处为1200mm，8轴处为1500 mm。

横杆的构造布置。扫地杆距离外挑工字钢150mm双向满堂布置，所有立杆与扫地杆连接为整体且与内侧满堂架扫地杆连接为整体；扫地杆搭设后其余横杆按照间距900mm或1200mm双向布置；横杆与内侧满堂架横杆连接为整体。

4 外墙悬挑脚手架做支撑承重分析

4.1 计算时所作假设

1)在计算悬挑梁荷载时，外墙线以内的梁自重均由内立杆支撑且内立杆无失稳现象。

2)外墙线外的悬挑梁在其2.5m的长度内，设3点支撑，由脚手架组成的顶撑为面承重，其他为线承重。

3）框架梁和板的重量均由各自的立杆支撑，忽略其对悬挑梁的影响。

4）考虑施工时悬挑梁位置处所附加的施工荷载。

根据上述4点假设，经计算，悬挑梁下脚手架4根立杆所组成的格构式立柱的强度和稳定性均符合要求，梁顶端斜杆的强度和稳定性也符合要求。

4.2 架体稳定性验算

满堂架单根立杆受力面积为900mm×900mm，采用分级验算的方法验算。不考虑卸载设置，仅验算工字钢本身是否满足各项指标；其次，如果不能够满足再考虑设置加强措施能否满足要求。

按照《建筑施工手册（第四版）》及JGJ130—2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》进行荷载汇集。当结构主体施工时，其施工荷载取值3.0kN/m2，按照十字梁叠加原则，立杆的轴力是7.83kN。工字钢按照悬臂连续梁计算，水平钢梁的稳定性计算σ=339.247N/mm2＞[f]=215N/mm2，需增强集中荷载下钢管脚手架的强度和刚度。增加型钢斜支撑后支杆强度性计算值σ=11.11N/mm2＜[f]=215N/mm2，满足要求。

4.3 楼板强度计算

板筋为HRB335级10mm钢筋，双层双向间距150 mm，板厚为120mm，楼板混凝土强度等级为C30。

考虑预埋件间距，选1000mm宽板带作为计算对象，即按照1000mm×1200mm梁计算。

取1000mm宽板带做为验算结构件，有效高度为h0=120-15=105mm，配筋为上下各10根HRB335级10mm钢筋。可求：ξb=β1/(1+fy/Esεcu)=0.69；可得M1=61.2kN·m＜86.1kN·m，因为板为双层双向对板，应对另一方向进行承载力验算，由于在工字钢轴向只有3个荷载，所以不需要再进行验算。

4.4 出挑工字钢下的框架梁承载力验算

1）计算模型

按照刚度分配以及力最短距离传递原则，型钢上的荷载先传递给悬梁，再连同悬梁自重一起传递给挑出的梁；板上的荷载则往悬梁、挑梁和主梁同时传递；板为四边固支的板，考虑板上一半的荷载传递给挑梁，可以不必验算板的受力。因为梁两边受荷载不相等，有一定的扭矩，考虑到扭矩较小及计算的复杂性，不再单独验算。

对1轴处59.0m标高出挑工字钢下的300mm×900mm框架梁进行验算，见图4。

图4中，N1为梁上女儿墙和梁的部分重量；N2、N3为脚手架传递的集中荷载，包括了顶层出挑梁及模板、钢管自重；F1、M1为外伸工字钢梁传递的荷载，已由上面的计算中得到；Q为均布荷载，包括板和工字钢的自重、施工荷载。

2）参数计算

经 计算，F1=83.68kN，M1=146.72kN·m，N1=96.61 kN，N2=N3=8.34kN，Q=29.055kN/m，则框架梁所受弯矩值为M=146.72+83.68×1.9+96.61×1.8+8.34×1.55+8.34×0.35+29.055×1.9×1.9/2=547.9（kN·m）。

3）抗弯验算

梁高900mm，保护层厚度双排70mm，单排30mm。受拉区钢筋达到屈服，则设计抗弯[M]=956.93kN·m＞M1=547.9kN·m，满足抗弯要求。

4）抗剪计算

选择挑梁的根部截面作为计算截面，剪力值为Vs=F1+N1+N2+N3+QL=252.2kN

按集中荷载控制的梁进行计算，取λ=1.9/0.83=2.29，则抗剪设计值为Vu=439.4kN＞Vs=252.2kN，满足抗剪要求。

5保证脚手架稳定采取措施

悬挑脚手架横杆与15层满堂脚手架立杆拉结为整体且至少连接两道立杆；横向剪刀撑与15层满堂脚手架连接为整体，至少与两跨立杆连接；扫地杆与15层脚手架立杆连接为整体且至少连接两道立杆；悬挑结构与女儿墙预留埋件焊接形成三角形稳定结构，以达到抗倾覆效果；在主梁顶端，设两根斜撑，通过脚手架立杆，与主立杆相连，以减小悬挑结构重力对脚手架的压力。

为增强集中荷载下脚手架立杆的承载力，对在主框架梁下的脚手架单元，按格构式进行竖向结构的加固，以保证脚手架的整体稳定。每一根悬挑梁下的钢管格构柱，每隔1.80m与混凝土柱相连，以减小格构柱的计算长度。悬挑梁顶端之间的连系梁较小，可以采用斜撑按间距0.80m布置，其下支撑点为内立杆中部。

6 注意事项

1）支撑脚手架重量的悬挑型钢强度和稳定性须得到保证。

2）与建筑物垂直的脚手架侧面悬挑梁下的立杆间加设斜腹杆，以形成格构式支撑立柱。

3）为减小或消除悬挑部位的施工附加荷载，浇筑混凝土时，悬挑部位所需要的混凝土，用人工进行。

4）工字钢平台上应设置密目安全网和脚手板的双重安全防护，专人负责及时清除平台上的杂物，以防止高空落物伤人。

5）工字钢平台周边的临空面应先期设置安全防护栏杆并随着排架的搭设，及时用安全网进行全封闭的安全围护。

6）模板支撑系统的钢管脚手排架与结构的相邻处，应每步每架设置刚性连墙杆，其余部位应与内排架联结成整体，以提高排架支撑系统的整体稳定性。

7 结语

采取上述措施后，高63.20m悬挑梁和板成功进行了混凝土的浇筑，没有发生立杆失稳现象，取得了既经济又安全的效果。本文所述做法，是在特殊情况下所采用的，不能使用在普遍场合。如利用外墙脚手架或设计专门悬挑支撑装置，应尽可能缩短悬挑支撑高度，并须绝对保证施工安全。

TU745

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1008-3197（2011）02-30-03

2011-03-15

朱伯忠/男，1974年出生，工程师，天津滨海能源发展股份有限公司，从事工程管理工作。

□喻四纯、李学亮/中建三局第三建设工程有限责任公司。