高层建筑悬挑结构钢管柱支撑体系研究 本文关键词：管柱，结构钢，高层建筑，支撑，体系
高层建筑悬挑结构钢管柱支撑体系研究 本文简介：摘要：随着我国国民经济的飞速发展，我国高层建筑在各个城市地区也得到了广泛的应用。在高层建筑体系中，悬挑结构钢管柱支撑体系能够提供较好的支撑力，在现代建筑技术体系中是非常重要的，同时也具有较好的应用成效。本文结合湖南某工程项目，对悬挑结构钢管柱支撑体系的具体施工内容进行了全方位的分析，同时还分析了钢管
高层建筑悬挑结构钢管柱支撑体系研究 本文内容：
摘要：随着我国国民经济的飞速发展，我国高层建筑在各个城市地区也得到了广泛的应用。在高层建筑体系中，悬挑结构钢管柱支撑体系能够提供较好的支撑力，在现代建筑技术体系中是非常重要的，同时也具有较好的应用成效。本文结合湖南某工程项目，对悬挑结构钢管柱支撑体系的具体施工内容进行了全方位的分析，同时还分析了钢管柱临时组合支撑体系、关键节点混凝土浇筑、悬挑部位沉降监测等各个方面的内容，给这项施工技术的深入应用提供了一定的参考与借鉴。
关键词：高层建筑；悬挑结构；钢管柱；支撑体系
1工程概况
湖南某工程分为A、B两座大厦，整体占地面积为11632.89m2，建筑面积超过了10万m2。其中两栋大厦的建筑高度都大致为100m，并且整体结构为地上23层和地下3层。而地下室连接则设置为通道连接，同时两座大楼在二层区域设置了钢结构桥梁通道。在楼层层高分布上，A座大厦的一层层高为6m，二层层高为5.1m，三层层高为4.7m，其余楼层都设置为标准层高4.2m，最终建筑的整体高度为99.85m，并且使用了框架核心筒结构。本次工程项目中的A座大厦在北部区域的四层往上楼层一直到顶部，都使用了悬挑式结构，并且悬挑长度为7m，整体框架高度为17.05m，悬挑面积大致为200m2，同时在悬挑边梁上布设了4根型钢混凝土柱，其中第4层到第6层设置为混凝土梁，而第4层与第5层设置为悬挑边柱和塔楼柱，具体如图1所示。整个悬挑层之间采用了边梁上4根规格为800mm×800mm的柱子进行连接。如果悬挑梁结构完成两层施工以后，将形成悬挑混合空腹桁架。如果斜柱混凝土没有达到设计强度的时候，那么就可以将其看成是悬挑空腹桁架。
2混合空腹桁架工况分析
2.1施工阶段存在结构受力不明的情况
通常来说，叠层桁架本身就具有较强的刚度、空间使用灵活度较高等优良特点，因此在高层建筑中也具有较好的应用效果，同时也深受大部分建筑设计师的偏爱。在叠层空腹桁架的下方两层区域如果能够增设两根斜杆，那么整体结构就转变为了混合空腹桁架，最终也就能够显著降低弦杆弯矩、剪力等性能，有利于整个结构的受力环境优化。空腹桁架结构本身就是通过竖杆拉接和水平杆的协同受力形成了平衡格局，而在悬挑结构当中，随着施工楼层的不断增加，每一层的结构施工都会实现各个构件强度与刚度的形成，最终使得整体受力体系的应力会重新进行分布。从这个角度来看，整体结构施工过程中受力分布处于动态变化中，最终形成了结构受力不明的格局。这种情况的存在也使得整体工程项目在施工阶段就无法将集中载荷传递到某一层或者某一个构件上，否则将会直接导致悬挑结构无法达到整体受力要求。很多设计人员在设计本次工程项目中所提及的悬挑结构的时候，基本上都会针对施工阶段来进行专项的设计，同时也并没有在设计文件中明确整个施工阶段的受力形式。因此对于工程项目的施工方来说，也需要结合工程实际情况来明确施工工艺的选择，保证施工质量能够达到既定要求，同时也可以保证全施工过程的安全性。而这也是本次施工项目的难点之一。
2.2悬挑部分的变形控制要求比较高
在整体施工过程中，叠层空腹桁架结构体系会出现整体弯曲的情况，因此也就会产生一些附加应力。各个施工人员在使用这种技术的时候，应该能够考虑到这种情况，并做好针对性的处理。通常来说，悬挑结构层的施工应该能够综合考虑到主桁架与楼板的综合作用，同时在载荷恒定的情况下，悬挑结构的根部区域所受到的拉应力也比较大。而随着施工楼层的不断增加，最终会使用悬挑结构楼板的拉应力也不断提升，使得楼板的变形效应也逐步提升，很有可能会导致楼板开裂等问题。这类问题在整个施工过程中都有可能会发生，而楼板结构在施工完成以后才会真正趋于稳定。因此如果施工人员没有充分重视悬挑部分的变形控制，避免对建筑性能产生负面影响。
2.3桁架节点相对复杂
在混合空腹桁架体系中，各个节点的受力情况相对来说都非常复杂，同时各个节点也会承载较为显著的剪力与弯矩，最终也就很容易发生核心剪切破坏等各类不良情况。在本次工程项目中，对于底部梁与立柱的关键节点和周边节点，都使用了钢骨架混凝土的设置，同时区域内也形成了型钢、纵筋等各个结构交错的整体格局。如果在本次工程项目中使用箍筋抗剪的模式，那么后续施工难度将会显著增加，很难保证各个节点的强度与自身的延性，无法达到相应的设计要求。
3施工对策
3.1临时支撑系统的设计
在整体设计规划方面，主要依照扣件式钢管脚手架与大直径钢管综合支撑的整体理念。在叠层空腹桁架结构还没有真正铺设完成的时候，仅仅依赖于普通支撑体系很难保证整个施工过程的安全，同时也无法避免施工过程中出现的变形情况。因此这里也引入一种新型的施工方式，来完成叠层空腹桁架结构的整体施工。在具体施工过程中，需要在四层悬挑边柱的下方区域增设一些临时钢管柱支撑，同时最好使用规格参数为φ630×16的4根Q345钢管来作为支撑材料，同时还要保证每一个钢管的中心能够和悬挑边柱中心保持重合，具体如图2所示。整个工程项目的悬挑结构高度为17.05m，而除去梁本身的高度以后，各个钢管柱的高度则为16.25m，能够的支撑四层柱底。而各个钢管柱的分段区域使用了法兰盘进行连接，具体分段标准为3m分成一段，最终使得每一个钢管都可以分为六段。各个钢管柱的安装作业主要通过塔式起重机来进行吊装。每一个钢管柱所处区域的地下室中都有着钢筋混凝土柱，但是各个柱体也存在较为显著的位置偏差，其中最大的柱体偏差已经达到了315mm，最终在工程项目中可以考虑使用I20回顶的模式进行加固处理。基于本次工程项目中的各个设计交底资料，以及具体的施工进度计划表，各个钢管柱都应该充分考虑悬挑结构4层到8层之间的梁板结构施工载荷，模板支撑系统按此项工况进行设计。
3.2留置施工缝
在建筑五层区域中，施工人员要以斜柱为中心，设置3m宽的后浇带，同时还要使用钢筋搭接梁板，而钢梁跟斜柱之间则可以考虑使用铰接的方式。在桁架临时支撑体系全面拆除，以及悬挑楼层结构封顶以后，再进行螺栓紧固，以及后浇带混凝土浇筑等各个环节。具体如图3所示。
4关键施工操作要点
4.1支撑系统安装
由于本文的篇幅有限以及钢管扣件模板支撑比较常见与传统，因此这里也不再进行赘述，下面主要阐述大直径钢管支撑的安装施工操作。4.1.1施工顺序在具体施工当中，相关人员原则上应该按照明确钢柱空间位置、地下室回顶、扣件式钢管脚手架高支模布设、安装钢柱、拆除支模、拆除钢柱、完全拆除支模等顺序施工。4.1.2钢管柱的安装前文已经分析过，本次工程施工中的钢管柱被分为了6段，因此也需要从上到下对每一段钢管柱进行编号。其中一号和五号的长度都为3m，同时还要制作法兰盘进行的连接，并且还要控制加工长度误差在±3.0mm之间。在具体安装方面，可以考虑使用7013B塔式起重机完成吊装施工操作。这一型号的起重机最高承载物体重量为3000kg，而每一段钢管柱则为800kg，完全能够满足后续安装施工的相关要求。各个钢柱的吊装点布设在顶部区域，同时在吊装之前还应该使用全站仪确定钢管柱在钢垫板的轴心位置，并根据实际情况来进行相应的调整。在具体吊装的时候，先吊起最底下的六号钢管柱，并在轴心位置定位完成以后，继续调整钢管柱的水平位置和垂直度。在这个过程中，施工人员还应该在钢柱下部区域焊接八块钢板，实现钢管与钢垫板的临时刚接，避免出现钢管柱失稳滑落等情况。当六号钢管柱安装完成以后，还要进行位置校正与垂直度测定，所有空间参数都确保正确以及安装稳固以后，就可以考虑进行五号钢管柱的安装，后续再依次进行其它钢管柱的安装。在每次吊装的时候，都应该使用磁力线坠来进行垂直度检测与矫正，同时还要明确钢柱位置，保证各个钢管柱都能够实现精准施工。
4.2结构施工工艺
4.2.1施工顺序在结构施工方面，相关人员应该依照梁板钢筋加工、模板布设、内架搭设、梁底模安装、平板模板安装、验收工作、钢结构吊装、管线预埋与绑扎、混凝土浇筑、梁板侧模拆除、梁板底模拆除施工工艺来完成。4.2.2节点型钢与钢筋连接在梁、柱的节点区域，整个箍筋无法直接穿过，因此可以考虑将箍筋加工成开口套，并在后续安装的时候进行焊接操作。或者直接可以使用双层箍筋的做法，最终也就可以使得腰筋拉钩直接焊接在型钢梁腹板加强钢带上。在焊接方面，应该使用单面焊的方式，同时焊缝长度也要保持为10d左右。4.2.3混凝土浇筑在钢筋分布非常密集的区域中，很难使用振动棒来完成振捣操作，因此在整体浇筑过程中，应该使用那些具有较强流动性和自密实性的混凝土。在具体浇筑操作的时候，应该保证泵口跟柱口有一定的距离，保证各个混凝土拌和物都可以顺利流向柱底，避免在浇筑过程中形成空气包等不良情况。而在型钢混凝土梁构建的浇筑中，应该先在一侧作业，等到另一侧的混凝土自型钢梁底部区域溢出以后，再进行两侧同时浇筑活动。在浇筑过程中，各个施工人员也应该注意不能进行过长时间的振捣。通常来说，各个振捣点的时间应该低于三秒钟。在振捣的过程中，还应该使用橡皮锤来敲击梁的底模、侧模等，同时也要在柱的四角区域进行敲击，检查混凝土浇筑是否已经具有了较高的密实度，并通过这种方式来排出混凝土内部的各个气泡。
4.3钢管柱卸载拆除
4.3.1钢管柱拆除施工条件当悬挑结构8层梁板以下部分的混凝土强度都达到设计标准，同时悬挑端部分的沉降量也应该符合设计要求。在本次工程项目中，要求施工至8层梁板最大挠度为4.1mm。这样就可以开始进行钢管柱拆除作业。4.3.2拆除顺序考虑到整体施工的安全性，应该拆除2号钢管柱与3号钢管柱，再拆除1号钢管柱和4号钢管柱，竖向方向由顶部1号柱向6号底端柱拆除。同时还要遵循对称拆除等原则，保证在整个拆除作业过程中能够使得悬挑空腹桁架结构处于均匀变形的状态，避免产生裂缝。4.3.3钢管柱拆除施工措施在四层结构板浇筑之前，可以在结构板的底部高进钢柱的两侧埋设φ30cm的吊环。在具体拆除的时候，应该在吊环处布设两个手拉葫芦，同时还要将其另一端连接到1号柱的穿洞耳板中，在使用气焊的方式切除部分柱以后，就可以慢慢释放手拉葫芦，逐步将1号柱移动到楼面上。在1号柱完成拆除卸载以后，就可以依照同样的方法来进行2号柱的拆卸，具体见图4和图5。
4.4变形监测
在整体施工完成以后，根据本次工程项目的实际情况，需要在塔楼范围层受力柱上布设四个高程基准点，并将其标记为G1、G2、G3、G4，同时选择了四个监测点，并将其标记为R1、R2、R3、R4。而结合具体的施工阶段与环节，将最终的监测分为三个部分，通过相关计算分析后，发现本次工程中的结构沉降量满足相应的设计与规范要求。
5结语
综合来看，悬挑结构钢管柱支撑体系在当前我国高层建筑体系中能够发挥较好的作用，适合在后续建筑行业领域中进行广泛铺展与使用。而对于各个施工技术人员来说，在当前的时候也应该加强对于这项施工技术的了解与掌握，同时还要积极参考国内外各类同类工程项目，保证悬挑结构钢管柱支撑体系能够发挥较好的作用与价值。
参考文献：
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作者：何树立
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