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本文转载自“施工技术《多层悬挑钢结构安装与卸载技术》，作者：尤 松，罗叠峰等”，仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！

［摘要］ 介绍了上海市长宁区来福士广场多层悬挑钢结构的安装和卸载方案。该悬挑钢结构采用从下至上“分区分层施工”的方式进行安装，安装时在悬挑结构下部设置临时支撑架，完成后按照从中间向两侧的顺序卸载拆除。施工前，为确保方案合理可行和施工安全，采用ＭＩＤＡＳ／ ＧＥＮ 软件对悬挑钢结构的安装和卸载过程进行了模拟，清晰地揭示了结构在施工过程中的内力及变形过程。

［关键词］ 钢结构；悬挑；施工模拟；卸载

０ 引言

钢结构施工时不可能将所有构件同时安装完成，其安装和卸载的过程相当于对一个既有的静定结构体系逐步增加约束和荷载的过程，后续增加的约束和荷载往往在前一次加载变形结束后逐步进行，后续增加约束和荷载的顺序不同（即施工安装和卸载次序不同）会对施工和设计荷载作用下结构构件的内力分布、结构刚度等产生重要影响［１］ 。因此，钢结构的安装和卸载需要进行模拟分析，了解施工过程中结构的薄弱环节，提高工程施工阶段操作的安全性，并采取合理的措施和制定合理的施工监测方案以保证施工安全。

对于多层悬挑钢结构，结构的受力状态和变形状态与施工方案密切相关，且悬挑结构施工时采用的临时支撑的拆除过程和拆除时机对结构的受力有非常大的影响［２⁃３］ 。本文介绍了上海市长宁区来福士广场裙房多层悬挑钢结构的施工，并根据施工进度计划和施工顺序，采用ＭＩＤＡＳ／ ＧＥＮ 对悬挑钢结构的安装和卸载过程进行了分析。

１ 工程概况

上海市长宁区来福士广场的北裙房○Ａ⁃１２ ，○Ａ⁃１３轴外侧，３ ～ ７ 层为悬挑钢结构（见图１），悬挑长度为９ｍ，悬挑结构高２１. ５ｍ，其中７ 层处设有纵横向桁架，桁架高度主要为２. ５ｍ。桁架为平面结构，采用Ｈ 形和箱形截面杆件。裙房主要为钢框架结构体系，钢梁主要为Ｈ 型钢梁，主要截面为Ｈ１ １００ ×４００ ×３５ × ４０，Ｈ６００ × ４００ × ３０ × ３５，钢柱类型主要为圆管柱与箱形柱，箱形柱的截面尺寸为□４００ ×８００ ×３０ 等，圆管柱的截面尺寸为ϕ１ ２００ ×２５，ϕ６００ ×２２。钢结构材料为Ｑ３４５Ｂ。

钢结构悬挑区在施工过程中必然会产生变形，需采取有效可靠的措施使变形在可控范围内，施工过程中需合理安排安装顺序并对结构变形进行监测，以保证结构的施工质量和结构造型。悬挑部分结构受力复杂，在结构形成稳定体系前，需设置临时支撑确保悬挑部分结构施工安全可靠，钢结构安装完成后，临时支撑再分批、分级卸载。卸载过程中，结构体系由临时支撑受力转换为钢结构悬挑受力，结构体系转换过程中有明显的应力变化，为悬挑钢结构施工的关键控制环节。

２ 悬挑钢结构施工技术

２. １ 钢结构安装方案

悬挑结构采用从下至上“分区分层施工”的方式进行安装，最后再完成钢桁架的安装。所有钢构件全部采用塔式起重机进行吊装。根据悬挑结构的特点，安装时采取分区域的作业方式进行施工。施工区段的划分如图２ 所示。悬挑结构的安装施工至少落后土建结构１ 层，安装前搭设临时支撑架。临时支撑架在钢桁架全部安装好后、各内部楼层的混凝土强度达到设计强度及悬挑区域楼板混凝土施工前分批分级卸载拆除。

根据悬挑结构形式及受力特征，若不使用临时支撑架结构，采用“结构倒装法”安装施工，即先安装上部悬挑桁架结构，然后安装下部吊挂柱和悬挑钢梁结构的思路，则会增加施工操作难度。首先，桁架安装就位较困难，且必须将桁架层和结构连接

图２ 悬挑结构施工区段划分

牢固后方可不使用塔式起重机，吊装时塔式起重机占用时间较长；其次，桁架下方各层的吊挂柱和钢梁吊装就位较困难，需从上部框架结构内就位构件，降低施工效率，且当桁架下方吊挂荷载逐层累积时，结构的变形逐渐增加会导致悬挑结构各层的预起拱值难以确定，以致影响安装施工精度和整体设计效果。

２. ２ 临时支撑设置

悬挑结构安装时，下部支撑点设在箱形钢柱处，每个箱形钢柱均设临时支撑架，共１４ 个临时支撑架（见图３）。临时支撑架采用钢管和箱形钢，支撑架与支撑架间利用钢管连接杆连成一体，并用钢管连接杆与原结构连成整体，支撑架顶部平台梁采用箱形钢，如图４ 所示。

悬挑结构下方为２ 层地下室，临时支撑架落在混凝土柱顶或混凝土梁上。为避免混凝土柱和混凝土梁受压破坏，支撑架下部与混凝土柱和混凝土梁接触部位通过设置钢梁扩大受压面积，每个支撑架通过临近钢柱间的抱箍和２ 道连接杆来保证自身稳定性。落在地下室顶板混凝土梁上的临时支撑架在下部投影位置同样设置支撑架，并支撑到地下室底板上，即采用回顶的方法对混凝土梁进行加固处理。

临时支撑架材质均为Ｑ３４５Ｂ，立杆分别采用焊接箱形钢□５００ × ４００ × ２０、圆钢管ϕ３５１ × ２０，稳定连接杆采用ϕ１５９ ×６，ϕ２９９ ×１４，顶部平台梁采用焊接箱形钢□５００ × ４００ × ２０， 顶部最大荷载为１ ３６０ｋＮ。采用结构有限元软件ＭＩＤＡＳ／ ＧＥＮ 对临时 支撑 架 进 行 验 算， 得 到 支 座 反 力 最 大 值 为

图３ 临时支撑架布置及拆除示意

１ ３３１. ８ｋＮ，１. ２ 恒荷载＋ １. ４ 活荷载作用下结构变形最大值为９. ８ｍｍ，最大应力为１２７. ５Ｎ／ ｍｍ２ ＜３０５Ｎ／ ｍｍ２，各项结果满足规范要求，结构安全。安装完成后的临时支撑架如图３ 所示。

２. ３ 临时支撑架整体卸载方案

临时支撑架在悬挑结构和钢桁架全部安装好后按照从中间向两侧的顺序卸载拆除，卸载设备为１００ｔ 或２００ｔ 液压千斤顶。根据节点要求的卸载值进行分级卸载，每级卸载值为５ｍｍ。临时支撑架拆除顺序如图３ 所示。

２. ４ 悬挑钢结构安装

裙房悬挑结构钢柱截面形式为焊接箱形截面，柱高１５. ７５ｍ，为方便吊装和安全考虑，悬挂柱第１节柱分２ 段，一段为高１ ８００ｍｍ 的箱形柱并焊接Ｈ型钢梁牛腿的整体底座先与３ 层悬挑钢梁连接固定，形成框架保证框架结构稳定；另一段为正常楼层高度的箱形柱。

钢柱对接是本工程框架结构吊装过程中重要环节，对接过程临时固定措施直接关系到吊装安全及结构钢柱整体安装质量。钢柱对接前，拟在上下段钢柱四周事先焊接临时定位耳板（带螺栓孔），待钢柱吊装就位后将上、下２ 段钢柱用普通螺栓进行临时固定， 精确校正后使用定位耳板和定位焊固定钢柱，摘掉卸钩，焊接钢柱，钢柱对接处至少焊接１／３ 时方可去掉临时固定耳板。

悬挑结构钢梁采用Ｈ 形截面，钢梁长度不等，最大长度约９. ０ｍ，规格为Ｈ６００ × ４００ × ２５ × ２５，重约４. ７ｔ。钢梁的吊装次序为：先吊装下层主梁，再吊装下层次梁，最后吊装上层主、次梁，吊装原则同样为由下向上的顺序进行。钢柱吊装完成后，应尽量避免形成独立柱；同一楼层平面内钢梁的吊装依次跟随相应钢柱的吊装。钢桁架上、下弦杆及腹杆构件都是在工厂预拼装检验合格后再以散件的形式发往现场，在现场拼接成整体后进行吊装。

３ 悬挑钢结构安装和卸载计算

３. １ 悬挑结构施工验算

本文基于ＭＩＤＡＳ／ ＧＥＮ 平台建立了悬挑钢结构＋ 临时支撑的三维有限元模型，几何模型与设计资料一致，结构质量由程序自动考虑，钢材材料模型采用线弹性材料假定，节点连接刚度与设计假定一致模拟为刚接或铰接。按照施工步骤定义了施工过程中的６ 个施工步： ①安装Ｂ 区临时支撑及３ 层悬挑钢结构；②安装Ｂ 区４ 层悬挑钢结构和Ａ 区临时支撑及４ 层悬挑钢结构；③安装Ｂ 区５ 层悬挑钢结构和Ａ 区５ 层悬挑钢结构；④安装Ｂ 区６ 层悬挑钢结构和Ａ 区６ 层悬挑钢结构；⑤安装Ｂ 区７ 层悬挑钢结构和Ａ 区７ 层钢桁架及悬挑钢结构；⑥安装７ 层在Ａ 区和Ｂ 区连接处的钢桁架及悬挑钢结构。

施工模拟结果如表１ 所示。结果表明：结构体系在安装过程中，应力和变形变化平稳，结构应力始终保持在合理水平。结构最大应力为３９. ８Ｎ／ｍｍ２，最大竖向变形为１１. ４ｍｍ，在第３ 施工步以后结构变形已经基本稳定。施工全过程中，悬挑钢结构具有较高的安全储备。

３. ２ 卸载过程仿真验算

根据卸载次序，本文采用ＭＩＤＡＳ／ ＧＥＮ 对多层悬挑钢结构的卸载过程进行了模拟分析。计算过程采用考虑时间依从效果（累加模型）的方式进行计算分析，得到每一阶段完成状态下的结构内力和变形，并在下阶段对模型进行调整，从而达到对施工过程仿真模拟的目的［４］ 。结构自重由程序自动计算，考虑施工过程中的施工荷载，分析１. ３５ 恒荷载＋１. ４ 活荷载＋ ０. ７ 温度荷载组合工况下结构的应力和变形。 根据工程卸载的实际情况，卸载过程分析计算划分为５ 个施工步：①卸载前，悬挑钢结构整体监测；②临时支撑第１ 步卸载；③临时支撑第２ 步卸载；④临时支撑第３步卸载；⑤临时支撑完全卸载。

卸载模拟结果如表２ 所示。完全卸载后的变形和应力如图５ 所示。结果表明：结构体系在整个卸载过程中，应力和变形变化平稳，结构应力始终保持在合理水平。结构在完全卸载后的最大应力为１０６. ２Ｎ／ ｍｍ２，最大竖向变形为２０. ５１ｍｍ，卸载最终状态应力及位移均满足规范要求。

４ 结语

本文介绍了上海市长宁区来福士广场裙房的

多层悬挑钢结构的安装和卸载技术方案，并根据施工顺序和卸载原则，采用ＭＩＤＡＳ／ ＧＥＮ 分别对悬挑钢结构的安装和卸载过程进行了分析。计算结果表明，在施工全过程中，悬挑钢结构具有较高的安全储备，卸载过程中结构的位移及应力均得到了有效控制。

参考文献：

［ １ ］ 杨维国， 洪国松， 王明珠，等． 多层大悬挑钢结构施工全过程仿真分析研究［Ｊ］． 建筑结构学报， ２０１２，３３（４）： ８７⁃９４．

［ ２ ］ 张国军， 葛家琪， 秦杰，等． ２００８ 奥运会羽毛球馆弦支穹顶预应力张拉方案施工过程分析研究［Ｊ］． 建筑结构学报，

２００７，２８（６）： ３１⁃３８．

［ ３ ］ 田黎敏， 郝际平， 陈韬，等． 世界大学生运动会主体育场施工过程分析研究［Ｊ］． 建筑结构学报， ２０１１，３２（５）： ７０⁃７７．

［ ４ ］ 韩杰， 黄浩， 赵超． 某超高层建筑悬挑钢结构施工模拟分析及现场监测［Ｊ］． 施工技术， ２０１３，４２（８）： ４０⁃４２．

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