高空长悬臂雨篷结构深化设计研究

公共建筑在设计过程中，需考虑建筑物的总体环境布局、功能关系、空间组合、造型艺术及经济性等因素，而在艺术造型设计中，现代框剪结构公共建筑屋面雨篷结构设计形式，通常采用单次或多次悬挑的钢筋混凝土长悬臂结构，并在结构表面覆盖装饰性板块材料。

受现浇结构混凝土构件成型工艺及原理的影响，在传统施工过程中，高空长悬臂结构构件通常采用落地式钢管脚手架支撑系统或斜撑型钢梁卸载平台支撑系统进行施工。支撑系统产生的措施费用与建筑物高度及结构、建筑施工周期成正比。

通过合理的深化设计，改进屋面长悬臂雨篷结构施工工艺，确保建筑物使用功能、外立面观感效果与设计相符的同时，进一步降低其施工费用，是本研究的主要方向和重点。

1工程实例

柳州市莲花综合服务中心项目位于柳州市马鹿山北路以北、莲花西路以东。总建筑面积49063.42㎡，地上11层，地下2层（图1）。

图1?项目实景图

在原结构设计中，1–1号业务用房屋面梁板面结构标高为38.850m，2–A、2–L轴外偏移1500mm，为悬挑结构。屋面层长悬臂雨篷梁板面标高46.450m，雨篷为二次悬挑结构，悬臂长度2100mm，梁截面尺 寸200mm×600mm，板厚120mm，长悬臂雨篷悬臂端封口梁截面尺寸200mm×680mm，封口梁总长度154.4m，屋面雨篷投影面积约315.2㎡。

挑檐结构施工完成后，钢筋混凝土悬臂梁下部增加钢构骨架，外包浅灰色铝板饰面，如图2所示。

图2屋面长悬臂雨篷结构示意

2结构施工重难点

2.1施工组织受限

现场作业面狭小，1–1号业务用房南面为三层连廊上人屋面，屋面处涉及装修、电气、安装工程交叉施工，若屋面长悬臂雨篷结构采用落地式钢管脚手架为支撑系统，将长期占用连廊屋面层作业面，对工期将造成影响。

2.2?结构支撑面受限

可用于屋面长悬臂雨篷结构模板支撑系统搭设的作业面仅两处，分别为地下室顶板、三层连廊上人屋面顶板，结构面标高为±0.000m、7.150m，1–1号业务用房屋面层，结构面标高为38.900m。

2.3地方标准要求限制

根据DB45/T618–2009《建筑施工模板及作业平台钢管支架构造安全技术规范》中的要求，从楼面挑出型钢梁作上层支架的立杆支座时，型钢梁搁置在楼板上的长度与挑出长度之比应不小于2。本项目按本条目要求施工斜撑型钢梁卸载平台支撑系统时，型钢梁的长度需不大于10.800m。

3传统施工方案对比分析

结合施工现场支撑面实际情况，使用BIM技术模拟施工工艺、复核结构强度并分析成本组成。

3.1落地式钢管脚手架支撑系统

现浇结构施工采用落地式钢管脚手架支撑系统（图3），立杆步距1500mm，纵、横向间距1000mm，以地下室、连廊顶板为支撑面时，构造措施消耗材料、人工成本不经济，其措施项目的费用在成本项目中的占比高达63.6%，同时满堂架立杆轴向力对地下室、连廊顶板裂缝控制及室外工程施工工期均会造成不利影响。

图3落地式钢管脚手架工艺模拟示意

3.2斜撑型钢梁卸载平台支撑系统

现浇结构施工采用斜撑型钢梁卸载平台支撑系统（图4），并以屋面层为支撑面时，经对支撑系统施工荷载作用下，主体框架结构的支撑面处封口梁、悬臂梁及下层处斜撑型钢梁支点处梁的截面及配筋进行复核，原设计的框架结构配筋率满足要求。

图4斜撑型钢梁卸载平台支撑系统剖面示意

通过测算，屋面长悬臂雨篷结构施工成本有较大降低，但措施项目的费用在成本项目中的占比仍高达59.2%，斜撑型钢梁卸载平台施工方案成本组成见表1。同时型钢梁搁置长度过长，达7.2m，难以施工。

表1斜撑型钢梁卸载平台施工方案成本组成

3.3传统施工方案对比结论

由方案成本组成分析可知，传统施工方案中，用于高空长悬臂雨篷结构施工而搭设的模板支撑系统，所产生的费用占比过高，是降低施工成本的关键。

4长悬臂雨篷结构深化设计

由传统施工方案成本组成分析结论，当降低或避免结构施工过程发生的支撑系统费用并缩短施工周期时，可大幅降低建造成本。结合本工程实例，屋面雨篷结构外包3mm浅灰色铝板饰面材料，其面材料自重较轻，深化设计思路确定为屋面长悬臂雨篷结构采用型钢梁加轻钢龙骨骨架形式，取代原设计的钢筋混凝土现浇结构构件，并采用吊篮进行饰面层板块材料施工，实现取消现浇构件支撑系统的目的，以降低施工成本。

主梁深化设计，长悬臂雨篷结构主梁选用40A工字钢，悬臂长度2100mm。结构计算进行有限元分析，对型钢梁挠度、结构变形、强度以及支座连接焊缝进行设计计算、复核。在挠度分析过程中，在荷载组合CombWY1、2、3作用下，结构最大位移均满足安全功能要求。轻钢结构悬臂梁挠度复核见表2。

表2轻钢结构悬臂梁挠度复核

型钢梁加轻钢龙骨骨架深化设计中，支座采用650mm×300mm×25mm预埋钢板；锚筋直径为12mm；锚筋数量为5层、2列；锚固长度为240mm。轻钢结构悬臂主梁示意，如图5所示。

图5轻钢结构悬臂主梁示意

5长悬臂雨篷结构施工

深化设计方案通过后，应用BIM技术对施工工艺进行施工模拟及可视化交底，并进行轻钢结构高空长悬臂雨篷安装施工。在轻钢结构长悬臂雨篷安装过 程中，质量控制要求为，焊接后清除焊渣，不允许出现裂缝、表面夹渣、表面气孔、焊瘤等缺陷。预埋板加工的边长允许误差为±3mm，锚筋长度允许误差为±5mm，锚筋中心线允许偏差为±3mm，锚筋与锚板面的垂直度允许偏差为5mm。

预埋件制作完成后，焊缝需饱满，清除焊渣，预埋完成后表面进行防腐处理。镀锌层局部厚度不小于70μm，平均厚度不小于85μm。

6结束语

通过深化设计，将高空长悬臂雨篷结构由原设计的钢筋混凝土现浇结构修改为型钢梁加轻钢龙骨骨架形式，其施工成本组成见表3。

表3型钢梁加轻钢龙骨骨架施工方案成本组成

本案例中，经深化设计，高空长悬臂雨篷结构分部分项工程产生的费用，较钢筋混凝土现浇结构构件有所增加，但优化后的施工方案，将传统施工工艺中不可避免的模板支撑系统产生的费用降至最低，降低部分远高于分部分项工程增加的部分，使得高空长悬臂雨篷机构施工成本得到了有效控制，同时缩短了施工周期。