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摘要：近年来，我国的建筑行业建设的发展迅速，当今的建筑创作异常多彩，但很多造型夸张的建筑常常单纯地追求视觉冲击力而忽视在遇到重力、风力等外力作用时建筑构件受力的合理性。框架结构具有相对的经济性，在此基础上的结构悬挑可以形成一定的审美趣味，而且具有相对的受力合理性。
关键词：超高超长；悬挑结构；施工关键技术研究
引言
在建筑创作中，适当地运用结构悬挑可以创造耳目一新的建筑造型。但严格来说，该建筑并非完全是单柱挑梁，只是建筑师通过形式表现将两侧的支撑结构进行有意识的弱化。
1梁的悬挑
梁的悬挑在建筑及结构设计中极为常见。最普通的一种悬挑结构莫过于火车站台的简易雨棚：一根柱子支撑上方的一根梁，支撑点可以是中点，也可两端不对称。这形成了一个单柱悬挑梁的单元，该单元顺着站台依次纵向复制便可形成雨棚的支撑结构。假若其为混凝土结构，则在单元之间铺设钢筋混凝土板形成纵向连接，以保证形体稳定；假若其为钢结构，则在单元之间架设檩条或次梁，上铺金属屋面板。这样的构筑物在纵向因为单元的相互勾连而结构稳定，但在横向则易受水平荷载的扰动，因此需要在横向加强结构稳定设计。若在横向复制一个或几个单元并连接组成结构整体，则形成了最常见的建筑结构——框架结构，其端部形成悬挑的梁。框架结构的端部悬挑梁使得自由立面成为可能。因为结构柱退居至立面之后，建筑师可根据其创作理念，对立面进行自由设计。这种悬挑同时可以解放建筑的转角，削弱建筑体量的实体感，使建筑师更自由地表现设计概念。
2方案选择
2．1悬挑钢平台方案的提出
方案1：混凝土结构改为钢梁+燕尾式楼承板；这样组合结构会使工程施工成本减少，但考虑本工程工期较为紧张，钢结构施工需在混凝土强度为100%，才能进行悬挑钢梁施工，很大程度影响工期，同时后期钢结构维修较为困难。如果先施工塔楼内区域再施工悬挑结构，主楼共24层，悬挑位置20层至24层，工期按6天一层考虑，自悬挑结构至结构封顶需要24天，因施工期处于冬季施工，混凝土结构强度按28天考虑达到100%，这样施工工序会使本工程存在很大的安全隐患，同时边梁的支模加固难度及安全隐患增加。所以钢梁+楼承板结构不适用本工程。方案2：采用扣件式钢管满堂架搭设施工悬挑板；此方案施工对于满堂架搭设要求较高，且本工程场地较为狭小，满堂架搭设需满足高宽比≥3的要求，搭设高度为98．65m，地面的宽度至少搭设33m，这样施工场地被大大制约，同时考虑安全系数及施工成本，所以此方案不适用于本工程。方案3：采用悬挑工字钢作为支模架基础；此方案做法为21层悬挑工字钢做支模架基础，在工字钢上支模浇筑23层混凝土挑板，本方案重难点在于工字钢挠度变形及工字钢吊装。现场拟采用斜撑+系杆形式使钢梁成为桁架，保证悬挑工字钢稳定性及挠度变形，通过3D3S软件建立模型，分析受力，保证悬挑工字钢受力满足上方静荷载及施工活荷载；工字钢吊装，通过受力分析计算吊点，并在地面加工工字钢桁架后整体吊装，在楼层内焊接系杆。采用本方案可以将安全系数提高，成本相对较小，不会影响施工工期。
2.2具体实施工序
1）在施工20层、21层梁、板面时，定位放线进行埋板预埋，埋板板面标高平楼层结构标高，方便后期安装时固定工字钢。2）吊装前需将吊装区域内外架拆除至平20层楼层，同时拆除楼层内对工字钢桁架有影响的模板支撑架，方便吊装施工。因操作层外架拆除，需搭设临时防护，同时操作层设生命绳，工人挂好安全带，防止操作过程中发生高坠事故。
3）9层工字钢桁架采取地面焊接整体吊装，吊装时在工字钢上焊接吊耳，工字钢桁架系杆在操作层焊接。焊缝要求：材料选用及截面特性：悬挑工字钢及斜撑采用普通工字钢截面I40，钢材强度选用Q235；焊接方式均采用满焊，焊缝等级为一级，焊缝高度hf=6mm，焊缝长度50mm，净间距为200mm，21层固定节点采用双排20号U型螺栓加强、临时固定作用，不参与此处节点受力计算。4）工字钢桁架吊装采用在塔吊吊装，塔吊型号为TC6012A－6A，塔尖最大吊重为1．2t，塔身最大吊重为6t；21层钢结构在距塔身30～35m处进行吊装，工字钢桁架单个总重量约为33×12+33×（6．37+4）=0．74t，塔吊30～35m处吊重为2．83t，完全满足要求。5）吊装时，现场吊装区域设置警戒带，其他人禁止进入施工区域，同时现场安排2名工人在下方配合绑勾，操作层设6名工人配合接勾（2人接斜撑焊接，2人接悬挑工字钢，2人定位固定）。
3桁架的悬挑
桁架可以理解为是超大尺寸梁的格构化处理，剔除梁中受力贡献微小的部分，以减轻自重并节约建材。桁架组合形成的整体如同框架结构体系，除了在竖向抵抗荷载，还能形成三维稳定的结构。位于苏黎世的洛伊申巴赫学校（ChristianKerez，2009）是一个整体采用钢桁架形成悬挑，造成“漂浮的盒子”视觉效果的案例。该学校新建的这座建筑的主要功能是教室、公共活动室、教师办公区，顶层还设有一座可容纳3个篮球场的体育馆。若去除建筑的围护结构，只关注其结构构件，这种“漂浮的盒子”的视觉感受将更加强烈。整个建筑可视为3个叠加的盒子，这3个盒子都是由钢桁架围合组成。自上而下的第二个盒子结构内凹，造成第一个盒子的视觉悬浮效果；最底部支撑结构收缩在一个很小的范围，造成最下面盒子的视觉悬浮效果。感性的设计需要理性的检测和优化，其视觉理想必须基于受力的合理性。立面上的杆件基于经济性和受力合理的原则，其桁架腹杆的疏密和粗细都是不断变化的。这种纯粹的桁架结构受侧向力的作用也会失稳，此时楼板的作用就凸显出来，它能稳定桁架的横向形变。此建筑中楼板不是平整的，而是约0.45m厚的底部为波浪形的楼板。由于跨度很大，纯粹使用平楼板则其厚度会相当大，而密肋梁板是一个经济实用的选择，此波浪形可视为密肋梁的变形。同时建筑师将设备管线整合融入这一波浪形楼板，形成了干净利落的顶棚。
结语
结构悬挑具有一定的受力合理性，恰当地运用这种合理性可以在节省建筑材料的前提下实现更大的跨度，提高建材的结构效能，符合绿色建筑节材理念。此外，悬挑的建筑形式还能提高审美趣味和视觉感染力，丰富建筑创作内涵。结构驱动的建筑创作可以锻炼建筑师的理性思维和感性表达：理性的一面表现在帮助建筑师树立结构思维，而不是在创作过程中被动接受土木工程师的结构提案；而感性的一面表现在对结构体系和构件的诗意表达。本文所分析的各个案例涵盖了悬挑结构的多个类型，梁、板和桁架整体的悬挑清晰地呈现了各个建筑的概念，融合结构设计与建筑空间设计，形成了高质量的建筑。但需要注意的是，在建筑创作过程中，建筑师不能一味地追求视觉冲击力而滥用结构悬挑，结构的合理性应该整合功能需求，遵循经济性原则，而不应单纯追求夸张的表现形式。
参考文献：
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［5］3D3S软件，品茗安全计算软件，PKPM安全计算软件［Z］．