停机坪设计及施工措施方案优化

某工程停机坪结构设计及施工措施方案优化余佑钟（福建三木集团股份有限公司，福州，350005）摘要：本文介绍了某超高层建筑顶部配套直升机停机坪的结构设计及施工优化方案。停机坪结构边缘局部超出主体结构，原设计结构施工需要自屋面板搭设高大模板支撑体系，超出主体结构部分支撑体系需要搭设悬挑脚手架支撑体系。通过设计方案优化后，停机坪结构施工不再需要搭设高大模板支撑体系，只需操作及防护脚手架，大大降低了施工难度、减小安全风险，提高施工质量，同时降低施工成本，取得了良好的经济及社会效益。关键词：停机坪、设计、施工、优化Structural Design and Optimization of Construction Measures of a HelipadYu Youzhong(Fujian Sanmu group Co., Ltd. , Fuzhou, 350005)Abstract: Structural design and optimization of construction measures of a helipad on the top of a high-rise building are described in this paper. Helipad structure is locally beyond the edge of the main structure of the high-rise building. Then，tall template support system from the roof is needed in the original design program. And cantilevered scaffold support system is also needed for the local parts beyond the edge of the main structure. By optimizing the design, tall template support system is no longer necessary and only simply operation and protective scaffolding are in need finally. The difficulty of construction and security risks are greatly reduced. Construction quality is improved. Construction costs are accordingly reduced and good economic and social benefits are achieved.Keywords: helipad, design, construction, optimization1. 工程概况本工程位于福州市晋安区，总建筑面积294535，地下室占地面积41110。地下室二层，由8栋超高层住宅及一栋2层商业裙楼组成，其中1#楼55层，建筑高度186.45m，在186.45m标高处为直升机停机坪结构；2、3#楼45层,建筑高度143.95.15m；5、6、7#楼48层，建筑高度154.80m；9#楼49层，建筑高度155.95m；主体结构采用剪力墙结构。2. 停机坪结构原设计方案2.1停机坪结构原设计概况停机坪结构设计时按轻型直升机荷载考虑，等效均布荷载按5KN/设计，竖向支撑结构为钢筋混凝土剪力墙，水平结构为钢筋混凝土梁板结构，在悬挑钢筋混凝土梁距结构3米处设置型钢斜撑，型钢斜撑与预埋在下层的预埋件通过高强螺栓连接。停机坪水平结构为为直径26m悬挑钢筋混凝土梁板结构，最大悬挑长度为7.3m，混凝土强度等级C30，板厚200mm，主梁截面尺寸为500mm800600mm（集中线荷载为15KN/20KN/）。停机坪结构在1-B轴以南及1-K轴以北部分外伸超出主体结构，超出主体结构做大距离为1-131-16轴交1-K1-M轴及西北角1-21-5轴交1-K1-M轴区域，伸出主体结构最大距离为5.8m，具体见图1。图1 停机坪结构超出主体结构范围3停机坪结构原设计方案下的施工措施方案3.1停机坪结构施工措施方案分析停机坪结构施工包括混凝土工程、钢结构工程（型钢斜撑），需要采用的施工措施方案为高大模板支撑体系。停机坪水平悬挑结构梁主梁线荷载为20KN/，周边弧形梁线荷载为15KN/，施工时混凝土及钢筋自重荷载较大。考虑屋面板的结构防水效果及悬挑支撑体系的钢丝绳卸荷设置问题，停机坪超出主楼部分的悬挑支撑体系起始搭设标高不宜设置在屋面板处，设置在55层结构标高处。停机坪支撑体系搭设在屋面板区域的搭设高度为11m，悬挑支撑体系区域搭设高度为14.35m，属于高大模板支撑体系，且悬挑外伸达5.8m。3.2停机坪模板支撑体系方案设计 停机坪模板支撑体系方案设计从两个方面分析：一是扣件式钢管脚手架支撑体系方案设计；二是支撑体系悬挑结构方案设计。悬挑结构方案为停机坪方案重点，本文仅说明悬挑结构方案。3.2 3.2.2支撑体系悬挑结构方案由图1可见停机坪结构各区域超出主体结构的最大距离为1400mm、3476mm、5884mm。根据现有施工技术，支撑体系悬挑结构方案可采用悬挑型钢和悬挑钢桁架，本工程悬挑长度较长，且为高大模板支撑体系，采用悬挑桁架结构。1、 悬挑桁架结构方案设计 悬挑桁架悬挑长度2.5m，采用型钢I20悬挑梁+1道I16型钢斜撑+1道反拉钢丝绳的结构形式；当悬挑桁架悬挑长度2.5m时采用型钢I20悬挑梁+2道I16型钢斜撑+2道反拉钢丝绳的结构形式，具体桁架设计如下：主悬挑梁采用I20工字钢，设置在55层结构板面上，锚固长度悬挑长度，锚固段通过预埋在55层楼板内的A20圆钢锚环固定。支撑型钢与预埋54层结构的预埋件焊接，与悬挑型钢在支撑体系弧形梁下外排立杆支撑点处焊接，焊缝等级为二级。反拉钢丝绳为619直径21.5mm的钢丝绳，与悬挑工字钢的拉结结点设置在型钢梁最外端，与主体结构连接设置在56层板面预埋的A20预埋吊环上。悬挑桁架剖面见图2、图3。图2 悬挑桁架方案一剖面图图3 悬挑桁架方案二剖面图4停机坪结构设计及施工措施方案优化4.1停机坪结构设计方案优化由于在原停机坪结构设计下施工措施方案复杂，施工难度大，工期长，安全风险高，经施工单位建议，建设单位会同设计单位提出停机坪结构设计进行优化。设计单位重新对停机坪结构进行设计，将原来的悬挑钢筋混凝土结构优化为型钢悬挑梁+钢筋桁架楼承板自承重结构，具体设计概况如下：悬挑钢结构钢材等级为Q345B，型钢悬挑主梁最大悬挑长度7200mm，次梁最大跨度7390mm，型钢梁截面尺寸有：H5503001620、H4002001220，主次梁及周边弧形梁通过高强螺栓或焊接连接形成平面框架，同时在型钢外挑3000mm处设置型钢斜撑。钢筋桁架楼承板板厚为200mm，混凝土等级C30，最大跨度为4200mm，钢筋桁架采规格为TD6-170。4.2施工措施方案优化停机坪结构设计方案优化后成自承重结构后,施工措施方案可进行大量优化，取消停机坪高大模板支撑体系搭设，优化为钢管脚手架操作脚手架，做操作平台及安全防护之用。 4.3操作脚手架悬挑结构设计在停机坪结构超出主体结构区域需要搭设悬挑脚手架，由于悬挑结构只需要承受脚手架自重及施工荷载，悬挑结构由原来的悬挑桁架优化为悬挑工字钢且，脚手架悬挑结构设计如下：1、脚手架悬挑结构设计在停机坪结构超出主体结构最大距离为1500mm，加上超出结构边缘的800操作空间，型钢悬挑结构悬挑长度2300，采用型钢悬挑+2道反拉钢丝绳结构。在停机坪结构超出主体结构最大距离达5800mm区域，悬挑结构最大悬挑长度6400mm。为减小悬挑长度，根据该区域主体结构的L形结构在设置支撑框架减小悬挑长度，悬挑结构采用型钢悬挑+2道支撑框架支撑+2道反拉钢丝绳结构，将悬挑主梁悬挑长度控制在1500mm以内。2、悬挑工字钢设置及钢丝绳反拉体系设置悬挑型钢梁为支撑体系主要求受力构件，采用I18工字钢，布置在55层板面位置，脚手架搭设高度14.35m。在悬挑型钢梁下设置三排悬挑工字钢，间距1000mm，弧形梁区域工字钢间距为1.5m。悬挑工字钢悬挑长度根据停机坪结构边缘外加800mm确定，锚固长度1.5倍悬挑长度，锚固在预留在主体结构板面的圆钢锚环内，圆钢锚环采用A20圆钢。反拉钢丝绳采用619直径21.5钢丝绳，钢丝绳与主体结构拉结点设置在悬挑工字钢端部及悬挑段中部，与主体结构连接设置在56层、屋面机房板面及构架梁上预埋的A20预埋吊环上。悬挑工字钢平面图见图4、剖面图见图6、图7。图4 悬挑桁架平面布置图 图5 无支撑框架悬挑结构剖面图图6 有支撑框架悬挑结构剖面图3、支撑框架结构在型钢悬挑型钢梁超出主体结构长度3400mm处，设置一道支撑框架，设置支撑框架后悬挑工字钢最大悬挑长度为1300mm。在型钢悬挑型钢梁超出主体结构长度5800mm处设置两道支撑框架，设置支撑框架后悬挑工字钢最大悬挑长度为1500mm。支撑框架水平工字钢采用I30工字钢，在55层结构施工时预埋在55层板面上，斜撑工字钢采用I18工字钢，待脚手架拆除至55层板面时进行与水平支撑钢梁焊接，与预埋在54层预埋板焊接，焊缝等级二级。支撑框架见图7。图7 支撑框架立面图5优化后施工措施方案优势分析1、 施工难度降低停机坪结构优化前停机坪施工措施方案为高大模板支撑体系，搭设最大高度达14.35m，施工工程量较大，存在一定施工难度。停机坪结构优化后施工措施方案为操作脚手架，施工难度降低，主要体现在一下几个方面：（1）操作脚手架搭设面积减小，仅搭设结构型钢梁下部区域，且钢管搭设密度变小，施工工程量减小。（2）悬挑结构由悬挑桁架优化为悬挑型钢形式，悬挑结构安装、拆除施工难降低。2、 提高施工安全性高大模板支撑体系是属于危险性较大分部分项工程，是建筑施工安全管理重点，对存在悬挑形式的高大模板支撑体系更是存在较大安全风险。优化后悬挑脚手架，很大程度上降低了施工安全管理难度，提高施工安全性。3、 加快施工进度原模板支撑体系钢管较密、悬挑结构复杂，施工工程量大、且存在大量高空吊装、焊接及切割施工，支撑体系搭设及拆除施工周期较长。悬挑结构支撑体系拆除需要待混凝土结构达到设计强度后方可进行拆除，影响需支撑体系拆除后进行施工屋面工程及外立面幕墙装饰工程施工。优化的脚手架施工工程仅为原方案的40%，施工进度较快，且结构施工完成即可进行脚手架拆除及后续施工，施工进度加快。4、 降低施工成本优化后的施工措施方案在周转材料投入如钢管、扣件、工字钢等方面仅为原方案40%，安装、拆除工程量减小，显著降低了施工人工费、材料采购费及材料租赁费等费用，降低了施工成本。结语本工程停机坪结构设计及施工措施方案优化实例表明在建筑工程设计及施工阶段，通过设计单位与施工单位将先进的设计理念和施工技术相结合，在优化结构设计方案基础上进行施工方案优化的设计-施工综合应用技术，在降低施工难度、提高施工安全性、保证工程质量及降低施工成本等方面可取得良好效果。参考文献：1 朱国梁.高空大悬挑钢筋混凝土结构的高支模施工工法J.深圳土木与建筑，2006（1）：53-56.2 北京钢铁设计研究总院.GB50017-2003 钢结构设计规范S.北京：中国计划出版社，2003.3 中国建筑科学研究院，江苏南通二建集团有限公司.JGJ130-2011 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范S.北京:中国建筑工业出版社，2011.4 中国建筑科学研究院.GB50009-2012 建筑结构荷载规范S.北京：中国建筑工业出版社，2012.5 丰艳琴，张凯华，马纯权，等. 大跨度悬挑混凝土结构支撑体系设计与施工J.施工技术，2013,14（7）：90-93. 作者简介：余佑钟（1973.9）就职福建三木集团股份有限公司，学历：本科 职称：工程师邮箱：1716448953联系电话：13706956423