20世纪50年代以后，悬挂式结构在世界范围内出现。随着钢材强度的提高和结构力学理论的发展，悬挂式结构体系在单层或多层建筑中，尤其是桥梁建筑的应用越来越广泛。

目前，我国已有部分学者和结构设计师对悬挂式结构进行了研究和论证，此类结构能充分发挥钢材的力学性能，因此建筑的形式富于变化。悬挂式建筑因其独特的视觉效果被广泛关注。同时，已建成高层悬挂结构建筑数量极少、传力方式也不同、悬挂楼层较少（5层以内较多），建成案例多以单侧或两侧悬挂为主，鲜有四面悬挂多层的建筑，本文研究此类建筑结构具有借鉴意义。

基于“悬（倒）挂式”结构体系的某地块研发项目，该项目塔楼屋顶桁架呈“井”字置于核心筒上部，总共8层外框结构倒挂于屋顶桁架下部，4~5层为无柱层。外围倒挂钢柱受力依次传递到塔楼顶部悬挑桁架上，最终由顶部桁架传递到核心筒结构。

对比施工的便利性、安全性、最终成型状态等主要影响因素，选用“逆做法”进行施工，该方法与设计受力相反。在无柱层搭设临时转换支撑结构体系，通过施工仿真模拟计算全过程，为吊柱因压、拉受力转换的变形提供支撑依据，控制楼层的成型状态，并进行支撑分级卸载的安全性验算，分析一次性加载和逐级加载数值。

1?工程概况

某地块研发项目（21B–02地块）位于上海市浦东新区，新建B、C、D 3栋建筑，均为地上12层，地下3层，建筑高度59.9?m。各建筑底部裙房通过跨度分别为64.5?m、46.0?m的两座连廊连接成为一个整体，形成一个大平台，平台之上布置江南园林式合院研发空间。塔楼均采用“悬（倒）挂式”结构体 系，每栋塔楼的8层外框结构倒挂于核心筒顶部桁架下部，如图1所示。

图1?整体效果

2?结构概况

塔楼平面尺寸为41.3?m×35.4?m，核心筒平面尺寸为15.85?m×17.7?m，结构形式为核心筒+屋顶桁架+倒挂式钢外框架结构，核心筒内为劲性钢柱及钢板墙，核心筒顶部为钢桁架层，外框结构为H型钢吊柱和H型钢梁，如图2所示。

图2?整体结构立面示意

屋顶桁架主要由呈“井”字形布置的4榀悬挑桁架和4榀环桁架组成，如图3所示。桁架弦杆、腹杆均为箱形截面，竖杆以箱形截面为主（部分为H型钢），杆件最大截面尺寸为□900 mm×600 mm×80 mm，材质均为Q460GJD，表面处理采用热喷铝。

图3?屋顶桁架模型

倒挂式钢外框架结构主要由H型钢吊柱、H型钢梁、钢筋桁架楼层板组成，包含外框吊柱28根，钢梁85根。吊柱截面尺寸为H?400 mm×400 mm×（14~20）mm×（14?~50）mm，板厚由下至上逐渐变大，材质均为Q390?GJC。钢梁最大截面尺寸为 H?700 mm×300 mm×18 mm×40 mm，材质均为Q355B。

3?施工关键技术

“悬（倒）挂式”结构体系在施工的不同阶段（如钢结构施工、楼板浇筑、幕墙施工、内部装饰等）都会产生一定量的竖向变形，从而对使用的舒适度、结构受力均会产生一定的影响，而上述变形需要在主体结构施工前进行反向补偿，鉴于场地、工期、工序等因素的限制。

“逆做法”的具体施工流程为：临时转换支撑结构体系搭设→倒挂式钢外框架钢结构安装、钢筋桁架楼层板铺设→屋顶桁架安装→临时转换支撑结构体系卸载→混凝土楼板浇筑→幕墙安装→内装修。

3.1?临时转换支撑结构体系设置

3.1.1?临时转换支撑结构体系设计

塔楼的4~5?F为无柱层，层高4.8?m，外框吊挂钢柱投影下方均无对应结构柱，所以需在4层楼面搭设临时转换支撑体系。通过3层支撑，将施工时的竖向力传递至混凝土结构柱。

支撑体系采用上下层水平箱形转换梁结合的竖向支撑而组成，其中下层箱形梁截面尺寸为□ 1?100 mm×700 mm×25 mm×25 mm，直接传力至4层混凝土框架柱顶，上层箱形梁截面尺寸为□900 mm×900 mm×20 mm×20 mm，传力至下层箱梁，竖向支撑截面尺寸为H?500 mm×500 mm×15 mm×20 mm，传力至上层箱梁，结构钢柱与竖向支撑连接，传力至竖向支撑。为避免下层水平箱形转换梁在施工时因变形而对下部混凝土结构产生的影响，应在混凝土结构柱上部预埋厚度为30?mm的预埋板。

3.1.2?临时转换支撑结构体系验算

主体钢结构全部施工完成后为临时转换支撑结构体系最不利状态，所以主要验算此时的水平转换梁的弯矩、底部支撑梁的挠度、支撑柱轴力、支撑体系应力比。经计算可知，水平转换梁的最大弯矩为2?638.1?kN·m，底部支撑梁挠度最大值为–12.33?mm，均值约–7.12?mm，支撑柱最大轴力为612.1?kN，支撑体系最大应力比0.43。由上述计算结果可知，临时转换支撑结构体系满足要求。

3.2?屋顶桁架施工

屋顶桁架主要由呈“井”字形布置的4榀悬挑桁架和4榀环桁架组成。悬挑桁架长度为34.9?m、40.8?m，各2榀；环桁架长度为34.9?m、40.8?m，各2榀。弦杆最大截面尺寸为□900mm×600mm×80mm，材质均为Q460?GJD，悬挑桁架下弦仅搁置于核心筒内置的4个角柱。因每延米重量较大、节点均采用整版切割，结合现场塔式起重机性能，采用高空原位散装的安装方法，在分段点设置临时支撑，其安装原则如下。（1）安装核心筒顶部悬挑桁架下弦杆，使之成为框架，以保证稳定性。（2）安装核心筒顶部桁架下弦杆，使之成为框架，以保证稳定性。（3）安装核心筒外部悬挑桁架下弦杆。（4）安装环桁架下弦杆。（5）安装桁架竖杆及斜腹杆。（6）安装核心筒顶部桁架上弦杆。（7）安装核心筒外部悬挑桁架上弦杆。（8）安装环桁架上弦杆。（9）按照安装顺序对称 焊接。

3.3?变形补偿

工程总共8层外框结构，该结构倒挂于屋顶桁架下部，外框钢梁与吊柱、核心筒均采用铰接连接，外框及桁架单侧悬挑长度横向为11.5?m，纵向为9?m，悬挑长度较大。在施工的不同阶段，结构的变形也不一致，为保障楼层的最终形态，需要对结构的不同阶段进行仿真模拟计算，从而得到反向补偿数据。

3.3.1?各阶段荷载

各施工阶段的荷载统计见表1。

表1?施工各阶段荷载统计

3.3.2?各阶段位移

计算主要考虑了钢结构框架安装、卸载、混凝土楼板浇筑，以及幕墙、装修等几个阶段的吊柱位移变化，如图4所示。随着倒挂柱、梁及桁架的安装，因临时支撑系统的作用，变化较小。当支撑系统拆除后，竖向位移值出现了较明显的变化。在楼板、幕墙及装修完成后，位移出现峰值。

（a）

（b）

图4?吊柱位移变化

（a）吊柱位移变化曲线；（b）吊柱位置及编号

3.3.3?补偿数据

根据各施工步的位移的统计，钢构件自重引起的位移占最终竖向位移40?%左右，整个结构重量（钢构件自重、混凝土楼板和幕墙重量）引起的楼层竖向 综合考虑，各层吊柱的拉伸变形量和结构的挠度变形，预起拱值和变形补偿拟按下列原则确定。

屋顶悬挑桁架（井字架）端部进行预起拱，起拱值取对应位置桁架底竖向位移的均值，约25?mm。 

屋顶环带桁架拱端部预起拱，起拱值取对应位置桁架底竖向位移值，约30?mm。

3.4?临时转换支撑结构体系卸载

钢结构安装完成后，卸载临时支撑，外框钢结构卸载主要分成两个阶段：即先卸载4个角部相邻3根竖向支撑，共计12根；再卸载其余16根竖向支撑。根据计算，每根DZ3采用2个100?t螺旋式千斤顶，共8个。每根DZ1、DZ2、DZ4各采用2个50?t螺旋式千斤顶，合计48个。

卸载前先测量各支撑点顶面标高（即楼层及屋顶桁架下弦杆底面标高），并标记测量点，卸载时在相同位置测量标高变化。支撑卸载采用调节段H型钢切割法，利用千斤顶的升降，缓慢降低H型钢顶标高，角部12根临时柱卸载完，剩下16根临时柱受力为最不利工况。

所以需验算此时的水平转换梁的弯矩、底部支撑梁挠度，支撑柱轴力，支撑体系应力比。经计算，水平转换梁最大弯矩为2?818.261?kN·m，底部支撑梁挠度最大值为–12.83?mm，支撑柱最大轴力为874.3?kN，支撑体系最大应力比0.46。因此，临时转换支撑结构体系受力满足要求。

4?结论

基于某地块研发项目“悬（倒）挂式”结构体 系，经过方案综合对比，结合项目实际，可以得出以下主要结论。

（1）吊柱与临时支撑转换体系能够满足受力要求，能够确保结构施工过程的安全，采用“逆做法”的施工方案可行。

（2）通过施工模拟分析,计算得到各阶段结构施工过程的变形结果并对变形值进行预补偿,既确保结构变形满足设计要求，又能指导卸载支撑的方法。

（3）采用的施工技术和措施符合结构施工模拟的结果要求，从理论上能够确保结构施工的安全。