李晓青

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

1 工程概况

中山大学深圳校区总建筑面积达到110万 m2，共计36栋建筑，建筑高度20～100 m不等，建筑风格沿袭老校区红砖外墙、绿瓦挑檐的建筑风格。以理工科组团为例，在距离地面约60 m的屋面上部设计有屋架层，屋架四周布置有悬挑屋檐结构（图1）。大挑檐结构最大悬挑长度达到5.9 m，挑檐由双层梁＋双层板组成三角形断面，组合后梁截面达到300 mm×（1 050～2 060）mm，底层板厚100 mm，顶部斜屋面板厚120 mm（图2）。

图1 理工科组团挑檐剖面示意

图2 挑檐结构示意

2 工程特、难点

中山大学深圳校区各单体的大挑檐结构具备常规大挑檐的施工特点[1]：悬挑位置高度高，最高在100 m；悬挑长度长，最长超过5.9 m；悬挑结构截面大，悬挑梁截面高度最大达2 060 mm。此外，这些大挑檐还具有自身施工难点：挑檐结构多为双层梁、双层板，且上一层为斜梁斜板，工序复杂、危险性大；建设周期短，工期要求紧。

3 大挑檐支模钢平台方案比选

大挑檐下部模板支撑系统常规考虑有2种方案：落地支撑架方案、悬挑支撑方案。落地和悬挑的选择多基于大挑檐的高度，高空挑檐只有悬挑可考虑。在早期工程实际中也有采用扣件式钢管悬挑支撑架的做法[2-3]，但是随着经济的发展和行业对安全施工的要求越来越高，此类方法基本很难再付诸实践，而多为搭设悬挑钢平台[4-7]，在钢平台上搭设模板支撑系统。根据钢平台的承载传递路径，众多钢平台的设计方案又总体可以分为3类：下撑式钢平台、上拉式钢平台、下撑上拉结合式。3种方案各自优缺点如下：

1）上拉式钢平台。优点是主受力斜拉杆受拉，稳定性更好；缺点是需要完成部分上部结构后方可设置拉结点，对工期不利，且斜拉杆件对排架搭设有一定影响。

2）下撑式钢平台。优点是斜撑在下部连接，操作方便；能较早完成架体，不影响上部结构施工；缺点是斜撑角度受到层高影响。斜撑杆件受压，截面选型需要考虑长细比、稳定性。

3）下撑上拉结合钢平台。优点是在同样的主梁截面情况下，承载力能更强；缺点是杆件更多，工序更为复杂。

结合背景工程的项目特点，分析并最终选择下撑式钢平台，既可以更早地完成钢平台，也可选择较为合适的斜撑角度，即不小于45°，在安全、进度、质量控制方面均为更优选择，如图3所示。

图3 大挑檐钢平台剖面示意

4 大挑檐钢平台设计与计算

4.1钢平台设计

1）钢平台操作面：主要承载施工荷载，参照常规模板平台，采用厚18 mm夹板＋50 mm×100 mm方木次龙骨平铺搭建。

2）主龙骨（次梁）：考虑与方木、钢平台主梁连接，选择采用工字钢，间距根据挑檐下排架布置间距确定。

3）主梁：作为主受力杆件，选择常见工字钢或H型钢为主要材料，截面根据外挑长度、间距、斜撑位置、上部荷载计算确定。

4）斜撑：选择常见工字钢或H型钢为主要材料，截面根据斜撑长度、间距、角度、上部荷载等因素计算确定。

5）提高整体稳定性措施：平面内在斜撑中部设置斜拉杆连接主体结构，以减少斜撑长细比，提高稳定性；平面外在斜撑中部设置水平连系梁，每隔25 m及转角位置设置剪刀撑，提高钢平台整体稳定性。

6）节点考虑：考虑项目的施工效率及后期周转，主梁次梁节点采用螺栓连接，以便装配式施工。主梁与结构采用类似悬挑脚手架的U形箍形式固定，以便安装与拆除。

4.2钢平台计算

4.2.1 模型建立

根据上述设计原则建立钢平台整体模型，如图4所示。

图4 大挑檐钢平台有限元模型

4.2.2 边界条件

1）主梁与结构均采用U形螺栓固定，定义为铰接点。

2）主次梁节点：采用螺栓连接，定义为铰接点。

3）主梁斜撑：采用多排高强螺栓，部分加焊，定义为刚接点。

4）斜撑与结构：焊接，定义为刚接点。

5）斜拉杆与结构：采用螺栓连接，定义为铰接点。

4.2.3 荷载考虑

作为上部大挑檐施工的支撑平台、操作平台，钢平台的荷载主要有：大挑檐结构自重、混凝土浇筑施工荷载、模板支撑系统自重、脚手架自重、模板作业施工荷载。施工荷载为均布面荷载，结构及支撑系统自重分布不均，考虑最不利工况（在双层梁下），具体布置如图5所示。

图5 钢平台主梁受力布置示意

5 双层大挑檐施工技术

5.1大挑檐钢平台安装流程

主梁、斜撑杆件及节点工厂加工→运输至现场→现场钢平台框架（主梁＋斜撑作为一个安装单元）地面拼装→钢平台框架吊装及固定（U形箍）→斜拉杆及水平连系杆安装→次梁工字钢安装→钢平台操作平面铺设

5.2大挑檐钢平台堆载试验

5.2.1 目的与作用

大挑檐钢平台由于大悬挑、高空施工、大荷载等原因，其施工过程的安全、质量监控非常重要，因此堆载试验非常重要。堆载试验用来记录荷载作用下，主梁的挠度、各连接节点变形、预埋件区域可能的混凝土裂缝发展情况，根据观测数据结果分析，判断结构支撑架需要额外考虑的预起拱大小、施工过程发生的变形是否满足正常施工阶段的使用要求以及是否满足安全要求等。

5.2.2 试验荷载与过程

选取堆载试验区域（背景工程选择悬挑长度最大的连续5跨区域，如图6所示），根据大挑檐计算的总荷载（5跨范围总荷载约640 kN），采用成捆螺纹钢等配重方式，分为5级加载，控制每次加载为最终荷载的20%，每次配重起落后应等待1 min，人员方可到平台上进行解扣作业。每级加载或卸载后应持续20 min，荷载稳定后进行挠度的测量、预埋件与钢结构连接点观测，然后进行下一级荷载的施加。加载完成24 h后，方可进行卸载试验，卸载分为5级，每级卸载为最终荷载的20%。

图6 试验测点布置示意

在钢平台主梁悬挑末端底部设置位移观测点；同时观测主梁端部U形箍混凝土在试验过程中是否出现裂缝及其发展情况，钢结构各连接点变形情况如表1、表2所示。

表1 加载时各级荷载下的楼板各测点的端部变形值

表2 卸载时各级荷载下的楼板各测点的端部变形值

5.3大挑檐施工流程

为便于模板排架施工，减小施工荷载，将悬挑屋檐分为如图7所示的3部分进行浇筑。

图7 悬挑屋檐结构剖面示意

由图可知，第1次浇筑范围为大挑檐能够搭设落地排架的施工区域。考虑到双层梁底梁吊模难以浇筑混凝土，完成施工后进行悬挑屋檐下侧板及水沟梁施工。然后进行双层梁底梁施工，之后再进行其他区域施工。采用该顺序，既保证钢平台的实际受力小于计算值，增加钢平台安全系数，又有利于挑檐混凝土质量控制，对进度影响也较小。

6 结语

钢平台设计时考虑斜撑对主梁的支撑点外留出一定的悬挑段，控制悬挑段受力与内部简支段受力接近，可更高效地发挥主梁及斜撑的承载能力，既经济又安全。

堆载试验数据与计算的变形数据基本吻合，最不利工况的悬挑架体端部挠度在10 mm左右。但实际变形量更小，实际起拱在悬挑构件理论起拱的基础上增量5 mm来控制。所述的大挑檐钢平台施工技术及双层大挑檐施工流程在中山大学深圳建设工程得到运用，在10余栋高空双层大挑檐的实施中，均取得了良好效果。