张 炳 明
(山西宏厦建筑工程有限公司，山西 阳泉 045000)
高大悬挑梁应用斜拉桥工艺施工探讨
张 炳 明
(山西宏厦建筑工程有限公司，山西 阳泉 045000)
通过对斜拉桥结构原理的分析，在高大悬挑梁施工上引入该施工工艺，解决了高大悬挑梁施工搭设脚手架的困难，为高大框架作业提出了一种新的施工方法。
悬挑梁，斜拉桥，工艺，工程
0 引言
在建筑施工领域经常会碰到悬挑梁施工，尤其在工业建筑领域，悬挑梁施工就更多，而且许多悬挑梁距离地面很高，净挑长度长，梁截面大，给施工造成了很大难度，增加了施工的危险系数。传统施工工艺为安全起见，多采用从地面搭设脚手架至梁底作为支撑，或从梁下部适当位置搭设挑支构造斜撑架，施工复杂，难度系数大，安全性差，需投入很多的人力和物力，一方面影响施工进度，另一方面施工成本相应增加。
如何在确保工程安全施工的前提下减少工程成本，加快施工进度是值得探寻的方向。建筑施工工艺相通原理值得借鉴，通过斜拉索桥结构受力方式可以借鉴运用于高大建筑悬挑梁施工，从而免除了从地面搭设脚手架的麻烦，增加了安全性，并降低施工成本。
1 现阶段施工概况
目前对于悬挑梁的施工主要方法就是沿悬挑梁位置从地面搭设支撑架，同时搭设人工操作平台，满足施工需要。支撑架体必须严格通过悬挑梁的自重及施工荷载对架体进行安全性验算，对架体要求严格，下部必须坚实，架体必须有足够的承载力。施工完毕相应的架体拆除也会增加大量人工投入。而且架体如果超过24 m，稳定性增加了许多不确定性因素，还需要采取相应的加固防失稳措施。
有的工程为了减少架体搭设工作量，也有从已经完工的作业层采用挑支构造搭斜撑架体进行施工的作法。但挑支构造在稳定性上更加难以保证，尤其作为上部大负荷悬挑梁施工，很容易出现失稳现象，支撑架体一旦稍有变形，就会造成悬挑梁下拖甚至断裂等问题。
2 斜拉索施工悬挑梁的探讨
2.1 斜拉索桥工艺原理
斜拉索桥是指一种由索塔、主梁、斜拉索组成的由承压的塔，受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。
斜拉索桥的受力分析，以一个索塔为例，索塔的两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。假设索塔两侧只有两根斜拉索，左右对称各一条，这两根斜拉索受到主梁的重力作用，对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力，根据受力分析，左边的力可以分解为水平向左的一个力和竖直向下的一个力；同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力；由于这两个力是对称的，所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了，最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力，这样，力又传给索塔下面的桥墩了。
2.2 悬挑梁施工工艺借鉴与应用
根据悬挑梁的结构形式，可以将悬挑梁视为斜拉桥的主梁，悬挑梁下部柱子可视为索塔下部桥墩，在已浇筑的悬挑梁底埋设预埋件焊接支柱作为索塔，将悬挑梁与内部主框架大梁视为桥的主梁，采用钢丝绳作为斜拉索张拉钢筋骨架或是悬挑梁操作平台并按建筑施工规范预起拱1‰～3‰，进行钢筋绑扎加固及浇筑混凝土工作，从而大大减少下部搭设支撑脚手架的工作。
2.3 工程应用实例
某化工项目高大框架结构总高度65 m，在32 m与38 m处各有两处悬挑梁，悬挑梁与内部主框架梁断面相同，高度1 000 mm，宽度500 mm，悬挑长度2 650 mm，框架柱断面尺寸1 000 mm×1 000 mm。悬挑梁部分钢筋骨架自重280 kg，浇筑后钢筋混凝土自重达到3.32 t。由于建筑框架结构层间距大且无楼板，完全采用从下层框架搭设挑支结构斜撑架来支撑钢筋混凝土自重及施工荷载存在很大困难，而且极易失稳，容易造成安全及质量事故，从地面搭设悬挑梁支撑架体费时费工，增加施工成本，32 m高的悬挑梁局部脚手架稳定性存在许多不确定因素。经过分析，施工此悬挑梁时采用了斜拉桥工作原理，在悬挑梁下部框架柱上预埋钢板，上部焊两根φ70×4.0焊管作为索塔式立柱，为保证安全稳定起见，应将两根焊管进行横向拉接防止扭转倾倒。采用φ20钢丝绳作为斜拉索将模板、悬挑梁及对应主梁钢筋骨架拉起，斜拉角度控制在45°～60°，为了保证钢筋绳张紧度，可以在φ70×4.0焊管支柱上设顶丝调节斜拉角度以及张紧度。由φ20钢丝绳承担钢筋骨架和浇筑混凝土的所有负荷。模板及支模操作负荷可以通过搭设简单挑支结构架子即可满足施工需要，从而大大减少了脚手架的搭拆工作量，保证了施工安全。
斜拉结构示意图见图1。
钢丝绳计算确定：按悬挑梁钢筋混凝土结构最大荷载3.32 t计算：
整根钢丝绳的破断拉力应按下式计算：SP=ψ∑Si。
其中，SP为钢丝绳的破断拉力，kN；∑Si为钢丝绳规格表中提供的钢丝破断拉力的总和，kN；ψ为钢丝捻制不均折减系数，对6×19绳取0.85，6×37绳取0.82，6×61绳取0.80。
由于在工作现场一般缺少图表资料，同时计算精确度要求不是很高，所以可采用下式进行钢丝绳破断拉力的估算：
SP=500d2(钢丝绳公称抗拉强度1 550 MPa)。
其中，SP为钢丝绳的破断拉力，N；d为钢丝绳的直径，mm。
计算得：6×19直径20钢丝绳破断拉力约为200 000 N。
钢丝绳许用拉力P=SP/K，其中，K为钢丝绳的安全系数，用于吊索时取6～8，钢丝绳许用拉力安全系数按8计取。
计算得：200 000 N÷8=25 000 N。
钢丝绳角度按45°设置，可承载吊物重量可按公式G=Fsina计算如下(F=钢丝绳许用拉力P)：G=25 000 N×sin45°=17 667.67 N，悬挑梁采用两根钢丝绳斜拉，钢丝绳许用拉力17 667.67 N×2=35 355.34 N>33 200 N，故钢丝绳安全。
支柱采用φ70×4.0，安全性验算按受压构件允许长细比(150)计算。斜拉钢丝绳角度采用45°，悬挑梁拉点按最不利的远端计算，支柱高度按等于框架柱中心到悬挑梁末端长度，最小回转半径值r=l/λ=(265+50)/150=2.1 cm，小于φ70×4.0钢管回转半径值2.55，故采用φ70×4.0钢管作为支柱稳定性满足要求。
经过计算施工现场采用φ20钢丝绳作为斜拉索、φ70×4.0钢管做钢筋混凝土承载体系，满足现场施工要求。为保证浇筑混凝土的施工安全，现场可采用对称分层浇筑混凝土，先浇筑梁高的一半混凝土，待混凝土强度达到一定强度后再浇筑上层混凝土，留置好同条件养护试件，待混凝土强度达到100%后拆模即可。
3 结语
采用斜拉桥工艺在化工项目高大框架悬挑梁施工过程中作为尝试，加快了进度，节约了成本，取得了良好效果。对以后高大悬挑梁施工提供了另一种作业思路，同时在施工工业建筑高大框架，尤其是大跨度、大断面、距离地面高的框架结构上，在搭设支撑脚手架不易保证安全，操作量大的情况下可以很好地借鉴。
[1] 《建筑施工手册》编委会.建筑施工手册[M].第5版.北京.中国建筑工业出版社，2011.
[2] 周孟波,刘自明，王邦楣.斜拉桥手册[M].北京:人民交通出版社，2004.
Discussion on application of cable-stayed bridge construction process in tall cantilever beam
Zhang Bingming
(ShanxiHongshaConstructionEngineeringLimitedCompany,Yangquan045000,China)
Through the analysis on the cable-stayed bridge structure principle, introduced the construction technology to tall cantilever beam construction, solved the problems of tall cantilever beam construction erecting scaffold, provided a new construction method for tall cantilever beam operation.
cantilever beam, cable-stayed bridge, technology, engineering
2015-03-06
张炳明(1975- )，男，工程师
1009-6825(2015)14-0089-02
U448.27
A
