当悬挑钢管托架在高层施工中的应用

悬挑钢管托架在高层施工中的应用

随着我国建设事业的发展，过去的一些建筑造型已渐渐不能适应现阶段市场的需求。近年来，越来越多的建筑师，设计了高层层顶大型悬挑构架的作品，受到社会的青睐。然而，构架的悬飘却给施工带来很大的难处，因为悬飘距大（一般为3～5m），远离地面（常大于50m），高层悬飘支模技术是施工不容忽视且值得研究的一个课题，要么从地面支起，需花费大量钢管和人工、成本高，否则，必须设计相应的悬飘托架，才能解决构架建造问题，托架的设计除必须满足施工荷载和施工工艺要求外，还必须充分利用现场和建筑物本身的有利条件，努力适应越来越快的工期需要和达到安全省料这个目标。以下笔者在工作实践中遇到的工程实例作进一步探讨。

一、简况：

汕头市某工程，为一幢27层商住楼，建筑面积19330m2，高度81.76m，天面设计有钢筋混凝土悬挑构架（标高81.76m）。构架宽16m，长34.5m，南北各挑3.2m。构架梁尺寸分别为250×700及180×700。大楼南北立面在标高71.4m、74.5m及77.5m处各有外挑1.1m梁板。可作为上部施工的支点。

该工程场地夹小，要求赶工期。围绕天面外挑构架模板支撑问题考虑两个方案：一是从地面支杆，要接81.00m高，耗工耗料成本大；二是设立悬挑托架支承，能节省时间，节约钢管，降低造价，但施工难度大，经过比较，选择了悬挑式钢管托架支模这个方案。

二、搭设方案；

1.天面构架悬挑3.2m，考虑其施工荷载分解由两部分支承：一是外挑1.1m内的荷载由杆3、杆4支持，传力于下层外挑梁板，并保证有足够的刚度和稳定性；二是从外挑1.1m至3.2m的荷载为悬挑钢管托架支撑。为了提高压杆的稳定性和群杆的整体性，加设杆1、杆2连系杆予以连结；水平杆、斜杆均与主体结构的剪刀墙、柱、梁牢固连接；（见图1）

图1 悬挑托架构造示意图

2 悬挑钢管架每隔1.04m设立一道，为增强钢管梁的承载力，以3根钢管并联为一悬挑梁，3根管并联作斜撑；并假定水平杆与斜撑杆为铰接；

3.采用直径φ48mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，用作立柱、水平杆、撑杆等构件严格挑接无锈蚀、无弯曲变形的管材投入使用。

三、 托架计算：（见图2）

图2 托架计算模型

1.荷载

①外挑构架梁自重：

g1＝1.8×0.18×0.7×24.5kN＋0.86×0.18×0.7×24.5kN

＝5.56kN＋2.65kN

=8.21kN

②外挑梁模板自重：

g2＝5kN（0.02×0.18×1.8＋0.02×0.7×1.8×2）

＝5kN（0.00648＋0.0504）

＝0.2844kN

③工作平台模板自重：

g3＝1.8×0.82×0.02×5kN

＝0.147kN

④浇注砼的动力荷载（含外脚手架重量）：

g4＝1.8m×0.18m×4N/m

＝1.296kN

⑤钢管自重：（查附录B表B，g＝38.4N/m）

g5＝2.1m×3×38.4N/m

＝0.242kN

“1035”时期如何打破化工新材料产业所面临的窘境?中国化工信息中心咨询CEO黄音国告知中国化工报 总荷载：

g总＝g2＋g2+ g3+ g4 +g5

＝8.21＋0.284＋0.147＋1.296＋0.242＝10.179kN

上部施工荷载分3个支撑点分别传给悬挑托架的荷载（近似按3个点均分承担荷载）。

10.179kN/3＝3.39kN 即：P 1＝P 目前生物材料的发展显现出由惰性向可降解性(水解和酶降解)转变的趋势2＝P 3＝3.39kN

2. 杆件内力计算：

作为安全储备，按杆1、杆2不受力考虑，其受力如图3所示。

图3 托架受力图

已知：I1＝2.1m H=6.56m;

α＝72°15ˊ；β=17°45ˊ

①求ΔDGC中的IDG长度（略）

IDG＝6.56m

②求ICG长（略）

ICG＝6.89m

③辅助线IDH长（略）

IDH＝2m

④求支座反力RD

ΣM C＝0 RD×2.1－3.39kN×1.4m-3.39kN×0.7m＝0

RD＝7.119/2.1＝3.39kN

⑤求CG杆轴力NCG（压）

由力矩平衡条件ΣM C＝0得支座反力

NCG×2m－3.39kN×0.7m-3.39kN×1.4m－3.39kN×2.1m＝0

NCG＝14.238/2＝7.119kN

⑥求DC杆轴力（拉）NCG

由力矩平衡条件，求得支座反力

ΣM G＝0

NCG×6.56－3.39×0.7－3.39×1.4－3.39×2.1＝0

NCG＝14.23/6.56＝2.17kN

⑦求DC杆件的最大弯矩Mmax

1）取截面E。

MF＝3.39×1.4－3.39×0.7＝4.956－2.478＝2.373kN·m

2）取截面F

MF＝3.39×1.4－3.39×0.7＝4.956－2.478＝2.373kN·m

都是DC杆上最大弯矩之截面。

3.水平杆（DC梁）抗弯强度计算（计算图见图3，C节点搭接见图4）

图4 C节点详图（每1托架由3个构件并联成）

已知DC杆最大弯矩在E、F截面。

M=MB=ME=2.373对相干标准明确规定的使用条件或超越使用条件将产生较高食品安全风险的产品kN·m

查附录B表B，截面模量。

W=5.08cm sup ×3＝15.24 cm sup

根据5.2.1公式

σ＝M/W≤? 求DC杆的抗弯强度

2.373/15.24

＝2.373×10 sup /15.24×3 sup

＝155.71N/mm，符合要求。

杆挠度计算

υpb (3ι2－4b2)/48EI

＝3390N×700（3×21002－4×7002）/48×2.06×105×121900×3

＝0.7mm

查表5.1.8 〔υ〕＝10mm

根据5.2.3公式：υ≤〔υ〕

υ0.7mm 〔υ〕＝10mm

水平杆（DC）能满足变形要求。

5.撑杆（CG）撑杆稳定性计算（3杆并排联成撑杆，并在撑杆两端用扁铁箍固定，形成整体）。

考虑到杆l1、杆2对CG杆的约束作用，故CG撑杆的计算长度取约束点间的最大长度：ι=373.8cm

已知：轴向力N=7119N

查附录B表B，A＝4.89cm2 i=1.58cm

ιo=kμι=1.155×1.0×373.8cm=431.739cm

λ=ιo/i=431739/1.58=273.3

查附录C表C，φ＝(7320/273.3 2)=0.098

根据5.3.公式：NφA≤f

2373/（0.98×489）

＝49.5N/mm22

满足要求。

根据基本设计规定第5.1.4条，偏心距不大于53mm时，立杆稳定性计算可不考虑偏心距的影响。本例700多个项目签约、开工或投产采用扣件连结，其偏心距不超53mm，且抗弯，压强度值控制较严，符合规范计算要求。

四、技术要求

1. 托架CD、CG是主要受力杆件，不得有接头，应采用通长钢管，支撑在砼结构上的杆件必须与两个预埋铁件紧固。

2.托架采用3个构件并排连成1个托架，安装时