高层建筑工程中弧型悬挑结构施工技术

高层建筑工程中弧型悬挑结构施工技术

全俊凯

广东韶关512000

摘要：随着人们生活质量的提高,人们对建筑产品立面效果的新颖和时尚有了更高的要求,某建筑工程结构造型独特，结构复杂，最终选定悬挑斜撑柱的施工设计，文章介绍了该工程结构设计的原理、技术要求及施工要点，可供类似工程项目参考。

关键词：建筑结构；结构体系；斜撑；悬挑；钢筋；模板；混凝土

近年来,我国加大了对建筑行业的投资力度,建筑功能更加多元化、建筑造型美观不断拓展,建筑体型越来越新颖别致,这些复杂建筑大量涌现在给建筑物添加亮点的同时，也使得现代建筑结构也越来越复杂，也给传统结构的部件的设计及施工带来极大的挑战。

1工程概况

某建筑工程地上22层,在立面上，拥有独特的工程造型特点，建筑的两侧为弧型曲面，并采用斜撑达到建筑立面的效果，右侧部分主楼楼层结构先外突后内收，故采用悬挑构件解决。起到传递竖向力及抗扭的作用；而各层水平梁也承担着拉杆的结构作用。

2结构设计原理

2.1结构体系的选择

(1)主塔楼部分采用型钢混凝土框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构,裙房部分采用框架结构。设计时地上部分主体与裙房通过设置伸缩缝，将整栋建筑分为长度适中的两部分；地下室整体浇筑，采取预留后浇带等技术措施，解决超大地下室混凝土工程开裂的问题。

(2)立面上，考虑到本工程造型特点，建筑的两侧为弧型曲面，为达到建筑立面的效果，在设计中采用了斜撑，并在两侧各设置了剪力墙，起到传递竖向力及抗扭的作用。同时各层水平梁也承担着拉杆的结构作用。右侧部分楼层由于先外突后内收，故采用悬挑构件解决。

(3)平面上，考虑到建筑使用功能及建筑高度的要求，在建筑东西两侧的中间，利用楼梯间及电梯间布置了大量抗侧移的钢筋混凝土剪力墙，构建了两个主核心筒，并在建筑中间联系薄弱的位置布置了三个次核心筒。考虑到型钢混凝土柱的耐久性、防火性、良好的粘结性及方便混凝土浇注，其余位置在剪力墙之间布置较大跨度的型钢混凝土框架柱，以形成型钢混凝土框架一钢筋混凝土剪力墙混合结构体系。这一体系既为建筑提供了灵活布置的大空间，同时为主体结构提供了较强的抗侧刚度。

(4)由于标准层层高3.6m，为满足建筑净高要求，中间框架梁为500×600宽扁梁，两侧的框架边梁为400×900。框架梁格之间布置次梁，为设备管线提供灵活合理的空间。同时宽扁梁的应用有助于形成强柱弱梁，实现框架结构最佳的抗震破坏机理，使主体结构具备了良好的延性，从而与剪力墙形成双重抗侧力结构体系。当结构柱中心轴线与框架结构梁的偏心距大于同方向柱宽的1/4时采用结构梁水平方向加腋等措施。

2.2上部结构分析

(1)上部结构在计算中主要参数如下:周期折减系数取0.8，附加地震方向的角度取30和60，风荷载与X轴正方向夹角取60。中间梁的刚度放大系数取值1.8。考虑了竖向地震作用(具有长悬挑构件)，并考虑了扭转耦连、偶然质量偏心的作用和地震的双向作用(结构的偶然偏心和双向地震分开考虑)，按施工时逐步加载模拟进行运算。

(2)经分析试算，型钢柱的最大轴压比为0.47，剪力墙的最大轴压比为0.35。

(3)根据市地震勘测研究中心提供的天然波及人工合成波，本工程进行了动力弹性时程分析及动力弹塑性时程分析。在时程分析中，其地震加速度时程曲线最高值各为55cm/s2，310cm/s2。

(4)本项目采用PUSHOVER进行有限元空间的弹塑性静力推覆分析。有限元空间的弹塑性静力推覆分析是假设结构在罕遇的地震作用下而进行弹塑性变形分析的一种简化计算，本质上说也是静力分析方法的一种。在结构计算建模时预设某种规则分布下的水平侧向力，单向加载，逐级加大。构件一旦出现开裂(或表现屈服)即修改其结构刚度(或不再参与工作)，进而修改模型结构的总体刚度矩阵，逐步进行计算，依次循环计算直到达到预定的结构状态，以判断抗震能力的要求是否满足。它的特点:①与传统的动力弹塑性时程分析法比较，其数据输入便捷简单，工作量较少，计算时程短。②由于计算时考虑了构件的塑性，可以预测结构的非线性变形情况以及出现塑性铰的部位。

3钢筋制作安装技术

本工程的弧型双曲悬挑斜撑柱特点，在空间高度达高层的73.5m，并且属于弧型双曲形状，并且具有悬挑斜撑的受力特殊性。这些因素要求本部件的钢筋制作安装要求严格。

3.1施工技术准备

安排工人学习有关规范、规程，发放施工图纸，让操作人员熟悉施工图纸，并进行技术交底。按规范要求和本工程特点编制钢筋施工方案，包括基础底板、基坑底板、基坑侧板、基础反梁、框架柱、框架梁、剪力墙、板钢筋等的加工制作、绑扎安装等施工内容。对钢筋加工、绑扎、直螺纹接头的工艺操作等施工工艺标准、钢筋直螺纹连接工艺规程及规范要求进行交底、考核。对进场钢筋的品种、规格、形状、进行核查、分类堆放。按要求进行加工、制作，制作的钢筋要分类堆放，确保全部正确，并按设计、规范列出本工程墙柱筋接头锚固一览表。按设计要求放样，做好抄平放线工作，现场设置好水平标高线，并弹出结构柱、剪力墙的外皮尺寸线。绑扎前，检查下层预留搭接钢筋的位置，并将锈蚀、水泥砂浆等污垢清除干净。出现接头百分比、错开不符合要求的情况时，要及时进行处理；出现保护层偏位的，按1:6调正伸出的搭接筋。

3.2钢筋制作工艺流程

安装时要先弹出柱皮位置线、模板处的控制线→清理柱顶的浮浆至全部露石子→对柱子钢筋的污渍进行清理→修整下一层留出的柱预留钢筋→将施工层的柱箍筋叠层放在预留钢筋上→机械连接柱子上的竖向钢筋→在柱子顶部绑扎定距框→在柱子的竖向钢骨架上标识箍筋间距→按标识将箍筋从上到下与柱子竖向钢筋绑扎。

3.3施工方法

框架柱纵向钢筋的连接构造、做法应符合图集11G101-3的要求，本工程按要求须采用机械连接。当采用机械连接时，应符合JGJ107-2003中“Ⅰ”级接头要求。

套柱箍筋:结构柱的箍筋采用封闭箍筋，结构梁内的箍筋采用封闭式，具体要求详见图集11G101-3。梁柱节点的核心区箍筋必须设置，先绑扎柱箍筋再穿梁筋。梁柱核心区的范围为该节点范围的最高梁的梁顶和最低梁的梁底之间的区域。按图纸要求的间距，计算出每根柱子箍筋的数量(注意抗震要求的加密和绑扎接头要求的加密)。安装时，先把箍筋套在底层伸出的预留筋上，然后对柱子钢筋进行机械连接。

竖向受力钢筋的搭接绑扎:柱子的主筋架立起来后，钢筋绑扎接头的搭接长度应符合规范要求。在绑扎好的柱子竖向钢筋上，按设计要求画出箍筋的间距线。注意机械连接、抗震加密时尽量避开连接套筒。

柱的箍筋应按已画好的箍筋间距线进行绑扎，将已经套好的箍筋向上移动，按由上而下的顺序绑扎，采用缠扣绑扎。

柱箍筋与主筋绑扎时要垂直并密贴，箍筋的转角处与主筋的交点都要绑扎，主筋同箍筋的非转角部分的相交点要按梅花形交错绑扎。

箍筋的弯钩叠合处沿主筋竖向进行交错布置，并绑扎牢固。

柱子的上下端和梁柱节点核心区的箍筋应加密设置，加密区的范围和加密区内的箍筋间距要符合设计图纸和抗震规范的要求。如图纸要求箍筋加设拉筋时，拉筋应与箍筋钩住。

变截面柱下柱纵筋弯折斜度b/h≤1/6时，可将纵筋倾斜深入上柱，当b/h＞1/6时，其上柱纵筋锚入长度为1.2Lae，下柱纵筋神至梁顶并弯锚12d，具体做法详11G101-1。柱子钢筋的混凝土保护层厚度为30mm，垫块设置在柱筋外皮上，并要避开钢筋的十字交叉处，间距按1000mm，(或在外竖筋上用塑料卡固定)以保证混凝土保护层厚度达到要求。柱子竖向钢筋的弯钩应向柱心方向绑扎，下层柱子竖向钢筋预留出楼板的部分，要用工具或柱箍将其内收一个柱筋直径的位置，以利于与上层柱的竖向钢筋搭接。同时为保证柱子钢筋混凝土保护层厚度和钢筋位置的正确，要在柱子顶部的柱筋内侧设置一道定距框，定距框采用Φ12钢筋制作；在柱子的根部设置顶模钢筋，并用塑料定型垫块每0.6m设置一点。

4模板工程

(1)柱子模板:采用18mm厚的覆膜模板，尺寸50mm×100mm的垂直方木，按每200mm的间距设置一道。柱箍的角钢按每400mm的间距设置一道，对拉螺杆Φ14@400×400，倾斜边设支撑，支撑在楼面或支撑架上。模板按图在现场制作场地制作后用塔吊吊到施工部位并初安装。

(2)模板承重架:兼作施工操作架，采用满堂钢管脚手架，在斜梁下方设钢管立杆间距@500×500，斜梁外钢管立杆间距@1000×1000，水平钢管的步距1500～1800mm。斜柱的四侧边设置独立斜撑，以保证其位置准确。斜柱的上段和箱形外环梁的模板支撑则采用悬挑架，并用Φ48钢管和Φ12钢筋于内侧拉紧已浇混凝土的斜梁和踏步板上，以防止支架外倾。

(3)混凝土漏浆处理:为防止柱顶、柱脚的施工缝拼缝处漏浆，在模板与邻柱的混凝土间用薄海棉条封堵严密，并用柱箍夹紧根部；混凝土浇筑时，安排专人看护模板，出现跑模或漏浆时，及时进行修复。

5混凝土工程

(1)本项目斜柱采用商品混凝土浇筑，混凝土塌落度为14±3cm。为保证混凝土在钢筋密集部位能够浇捣密实，掺用减水剂和优质粉煤灰作为混凝土添加剂。

(2)大斜柱的混凝土采取分层浇捣的方式，每层的浇筑高度控制在0.5m左右，同时将泵送布料管伸入斜柱中以减少混凝土的布料高度，避免混凝土离析，保证混凝土落料均匀。

(3)混凝土浇捣时，每根斜柱均采用2根长8m、Φ50的高频软管振动棒。振动棒垂直插入、快插慢拔、逐点移动。同时在振捣棒上设置标记，以便在分层浇捣时控制振动棒的插入深度。当第一层混凝土浇捣到预设高度，确保振动棒无漏振后进行第二层浇捣。第二层浇筑时可以通过振动棒上的标记来确定振动棒插入深度，以保证上下层混凝土能够浇捣密实。分层间距按0.5m设置。

(4)因大斜柱内的钢筋设计很密，混凝土浇捣时振捣棒插入振捣难度较大，故在梁底钢筋绑扎时，预留出空隙以作为振捣棒的操作空间。同时，浇捣混凝土时要安排工人用锤子对柱脚四角的模板进行敲击，通过敲击声判断是否有空鼓、漏振的，以便补振密实。

(5)混凝土浇筑时，应在柱子旁搭设独立泵管输送架一排。混凝土输送架要与柱子的模板承重架分开设置，以防止泵管的震动影响到柱子模板的安全和垂直度。

6结束语

总之，目前的建筑结构越来越复杂，为保障建筑满足使用功能及要求，必须在结构部件的设计及施工上苦下功夫，严格组织施工。在该悬挑结构工程施工中，采用的施工技术满足了建筑设计及施工要求，取得了较好的效益。目前城市高层建筑已进入一个新的发展阶段，各建筑新技术不断应用，要求建筑施工技术人员随着要求不断更新、发展建筑施工技术水平。

参考文献

[1]赵宝玉.工字钢悬挑与钢管斜撑支撑体系的研究与应用[J].山西建筑,2012,38(29):126-128

[2]叶彤,庞炳福,陈远..高空悬挑结构的模板支撑施工技术[J].建筑施工,2016,38(8):1075-1076