某高层混凝土大悬挑结构设计与施工的探讨

某高层混凝土大悬挑结构设计与施工的探讨

摘要：高空悬挑结构由于所处位置的重要性以及悬挑结构发生破坏时的不可挽回性，是整个工程重中之重，本文通过工程实例介绍了高空、大跨度悬挑混凝土结构的方案选择以及施工措施，本工程具体阐述了在安全、适用、经济、合理的条件下，实现了建筑师追求的建筑效果。

关键词：高空大悬挑结构；型钢混凝土梁；钢桁架

Discussion on design and construction of a

large High-rise cantilever structure Abstract:High-rise cantilever structure is important in the project due to the important position and its irretrievability once damaged.This paper introduces the structure designs choices and construction measures of High-rise cantilever concrete structure through a construction project, realized the construction effect in the project security、application、economic、reasonable conditions.

Keywords:High-rise cantilever structure；steel reinforced concrete；steel truss

前言

随着经济的发展和社会的进步，人们对建筑物的美观和功能要求越来越高，各种平面和立面不规则的建筑物越来越多，给结构设计工程师们提出了许多新的问题以满足建筑师们的奇思异想。在这些标新立异的建筑中，大悬挑结构经常被采用。如央视大楼，深圳证券交易所大楼，新加坡金沙酒店等。在大跨度悬挑结构中，悬挑梁在整个结构体系中具有非常特殊性，一旦出现质量问题，将对整栋建筑物造成极大的安全隐患。因此，悬挑结构设计受力的合理性、设计安全储备的控制、施工措施及施工质量的把握对建筑物的安全都很重要。本文结合某高层研发办公楼大悬挑结构设计，讨论大悬挑结构设计以及施工中采取的一些措施。1工程概况

本工程为研发办公楼，总建筑面积约为68205m2。本工程地下二层，地上28层，最高建筑高度为119.400m。结构形式为框架核心筒结构体系。本工程在标高51.400m、59.800m 即十三、十五层为大悬挑层，最大悬挑7.5m。建筑平面详见图1，建筑立面造型见图2。本工程结构设计安全等级为二级，抗震设防烈度为六度，基本地震加速度为0.05g，抗震设防类别为丙类，设计地震分组为第一组。

2几种悬挑处理方案的对比分析

在大悬挑体系中有许多技术手段可以应用，比如加腋梁、深梁、桁架、预应力、斜拉索、斜压杆。在设计中选用何种方法直接影响后期施工难度，也要考虑造价等因素。

本工程采用以下3种方法实现建筑物的大悬挑。

2.1普通钢筋混凝土悬挑梁结构

本工程悬挑结构采用普通钢筋混凝土结构可以实现悬挑7.5m的要求，结构平面布置详见图3、图4。查找相关设计手册，挑梁截面高度应控制在1/6~1/8悬挑跨度范围内，则梁高应在1000~1300mm，考虑到挑梁的竖向位移较大，为减少悬挑端竖向位移，采取以下三种措施：

a)本工程在十四层悬挑处架空，此处层高为8.4m，故十五层梁高可以相对做高；

b)考虑到桁架对结构的竖向位移有利，故在悬挑最外端通过混凝土支撑把十三和十五

层悬挑梁连接，从而形成一个简单的桁架。

c)沿悬挑方向每隔2.25m设置次梁，可以通过次梁悬挑来减轻主框架悬挑梁荷载，从

而减少竖向位移。

采用普通钢筋混凝土结构的优点是设计简单，因混凝土施工技术较为成熟，对施工难度较低。

2.2预应力钢筋混凝土悬挑梁结构

采用预应力钢筋混凝土悬挑梁结构，虽能充分发挥钢筋和混凝土各自的特性，提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久性，有效利用高强度钢筋和高轻度等级混凝土的作用，但在同样条件下与普通混凝土相比并不能提高其截面的抗弯承载力。而且，预应力混凝土施工需要专门的机械设备，工艺比较复杂，操作要求较高，本工程悬挑处距离地面50多米，要在悬挑处实施预应力施工有很大的困难。且悬挑梁要解决的问题主要是根部受力问题以及竖向位移，而预应力一般是解决梁跨中的拉应力问题，同时对竖向位移影响不大。

2.3型钢混凝土悬挑梁结构

由于悬挑结构部分的悬挑长度达到7.5m，相较于采用普通钢筋混凝土悬挑梁结构，型钢混凝土悬挑梁结构承载力有了较大的提高，同时对竖向位移也是有利的，在安全性能上比较可靠。根据本工程的实际情况，选用型钢混凝土作为悬挑结构的梁时，部分框架柱也需选用型钢混凝土，楼板采用现浇混凝土楼板。型钢混凝土悬挑梁结构节点详见图5、图6。

采用型钢混凝土悬挑梁结构有如下两个缺点：

a)悬挑梁及局部框架柱内置钢梁，造价较高。

b)梁与梁，梁与柱连接处节点较为复杂，钢筋需要穿过钢梁腹板，对现场施工放样比

较严格，对工人要求较高。

通过上述三种方案比较，同时和甲方沟通后选用了普通钢筋混凝土悬挑梁结构。

图3十三层悬挑梁局部平面布置图

（悬挑梁梁高为1000mm）

图4十五层悬挑梁局部平面布置图（悬挑梁梁高为2000mm）

图5型钢混凝土梁柱连接大样一

图6型钢混凝土梁柱连接大样二

3施工方案探讨及比较

由于本工程具有超高空、大跨度悬挑的特点，对于支撑体系的选择尤为重要。如果选择传统的模板支撑体系，如满堂架、钢管悬挑支撑体系，工程量大且施工困难，安全施工风险高，无法解决实际施工中的问题。经建设、施工、设计、监理单位进行分析，初步采用如下两种方案中的一种。

3.1格构柱方案：

a)在地下室顶板上设置5根格构柱，格构柱采用塔吊标准节（共90个标准节），相互之间连接起来形成整体并与楼层结构连接附墙。

b)在十二层楼层高度搭设桁架梁，一端搁在格构柱之间的联系梁上，另一端搁在十二层结构边梁上形成水平承重体系。

c)在桁架梁上用20a工字钢搭设间距1米的方格网，并在每个交点焊接25mm直径的钢筋作为钢管脚手架插接点。

d)在工字钢网格上搭设钢管脚手架支撑体系及模板。

附图如下图7

图7格构式支撑方案

3.2悬挑桁架方案：

a)在11F及12F楼面设置两层桁架并向外延伸、另在垂直方向设置桁架形成方格网状桁架体系作为水平悬挑承重体系。

b)在桁架梁上用20a工字钢搭设间距1米的方格网，并在每个交点焊接25mm直径的钢筋作为钢管脚手架插接点。

c)在工字钢网格上搭设钢管脚手架支撑体系及模板。