李 勇
(云南建投第二建設(shè)有限公司,云南 昆明 650228)
近幾年,工程建設(shè)工期相對(duì)較緊,絕大多數(shù)的項(xiàng)目都需考慮工序穿插施工,其中傳統(tǒng)懸挑架錨固在樓板上,錨固端型鋼嚴(yán)重影響到了該層的室內(nèi)工程施工。傳統(tǒng)懸挑架工程通過在墻上預(yù)留洞口和樓板上預(yù)埋U型螺栓實(shí)現(xiàn)懸挑,后續(xù)處理工序復(fù)雜,處理不好將會(huì)增加外墻地面滲漏的風(fēng)險(xiǎn),且在外墻轉(zhuǎn)角暗柱處會(huì)對(duì)鋼筋造成破壞,增大了主體結(jié)構(gòu)安全隱患。
因而急需尋找一種切實(shí)可行、可靠、安全、高效、經(jīng)濟(jì)的懸挑方案,在滿足施工要求的同時(shí)減少原方案存在的弊端。本文結(jié)合七彩云南·古滇名城花園里01號(hào)地塊建設(shè)工程使用的花籃拉桿工具式型鋼懸挑腳手架施工技術(shù)進(jìn)行研討,為同行提供一種新的懸挑架選擇。
七彩云南·古滇名城花園里01地塊項(xiàng)目位于昆明市晉寧區(qū)環(huán)湖路七彩云南古滇王國,總建筑面積為243631.27m2,地上建筑面積約147160.25m2,其中12棟高層建筑及4棟多層建筑外架需采用懸挑架進(jìn)行外架搭設(shè)。
結(jié)合項(xiàng)目工程概況特點(diǎn),為了不影響地下室頂板室外工程施工,項(xiàng)目策劃時(shí)考慮外腳手架從三層懸挑;考慮到挑架層為不影響后續(xù)工序穿插施工,傳統(tǒng)懸挑方案不能滿足要求,故需尋求一種新型懸挑方案。該工程的主體層高均為2.95m,結(jié)合《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 130—2011)和住建部31號(hào)文件《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》(建辦質(zhì)〔2018〕31號(hào))的要求,布置時(shí)每挑挑架高度控制在20m以內(nèi),以減少工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)。
傳統(tǒng)懸挑腳手架工程施工是按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 130—2011)進(jìn)行懸挑。該懸挑方式采用的是16#工字鋼作為懸挑主梁,懸挑主梁通過在樓板上預(yù)埋U型螺栓進(jìn)行固定,錨固端長度為懸挑段的1.25倍。該方式需占用大量的工字鋼,且懸挑層嚴(yán)重影響了挑架層后續(xù)室內(nèi)裝修施工,故不考慮。
依據(jù)爬架的施工經(jīng)驗(yàn),項(xiàng)目部決定采用螺栓將懸挑工字鋼直接固定在剪力墻或結(jié)構(gòu)梁上,以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工字鋼懸挑方式。該懸挑方式將傳統(tǒng)懸挑架的錨固端省去,為確保懸挑架的安全應(yīng)對(duì)懸挑端進(jìn)行加固。對(duì)懸挑端進(jìn)行加固主要有兩種方式,一種為下設(shè)三角支撐,另一種為上部設(shè)置拉桿,將懸挑受力變?yōu)楹喼Я菏芰?。采用三角支撐的方式,需確保三角斜撐有固定點(diǎn),當(dāng)遇到有線條和梁的位置,斜撐桿可能影響后續(xù)工序施工;上部設(shè)置拉桿不但滿足了對(duì)懸挑梁承載力的要求,還有效解決了三角斜撐存在的不足。
按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 130—2011)的規(guī)定,懸挑架的反拉鋼繩不參與受力計(jì)算,其主要考慮鋼絲繩是一種柔性材料,在作為反拉鋼繩時(shí)無法正確預(yù)估其能承受多少力。在該方案中,拉桿需參與計(jì)算,若鋼絲繩失效則荷載全部由懸挑工字鋼承擔(dān),存在較大的施工風(fēng)險(xiǎn)。在集群式建筑中,風(fēng)會(huì)在局部產(chǎn)生旋風(fēng),風(fēng)螺旋在上升的過程中會(huì)使腳手架產(chǎn)生一個(gè)升力,當(dāng)升力大于腳手架自重時(shí),腳手架將失穩(wěn),從而引發(fā)施工事故。因此,挑架的上拉桿應(yīng)采用剛性材料施工,在確保挑架穩(wěn)定受力的同時(shí)避免因風(fēng)旋產(chǎn)生負(fù)壓而造成腳手架失穩(wěn)。
剛性材料制作拉桿不但滿足正常工況下的受拉,還滿足風(fēng)旋作用下的受壓工況,能較好保證挑架的使用安全,但對(duì)拉桿長度精度要求較高,且無法實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)功能。為了改變剛性拉桿適應(yīng)性差、長度精度要求高的情況,策劃時(shí)考慮在拉桿上設(shè)置一個(gè)可調(diào)節(jié)裝置,降低拉桿長度的精度要求,同時(shí)滿足拉桿在不同層高、不同位置的適應(yīng)性。根據(jù)市場調(diào)查,現(xiàn)成的可調(diào)節(jié)裝置主要是鍛造或者鑄造生產(chǎn)的花籃螺栓,但市場上的成品花籃螺栓承載能力和可調(diào)節(jié)長度都較低,考慮調(diào)節(jié)花籃的安全儲(chǔ)備和調(diào)節(jié)范圍,借鑒鋁模斜撐桿的設(shè)計(jì)思路自行制作花籃螺栓以滿足使用需求。拉桿通過螺栓分別和上部墻體及工字鋼端部的焊接連接鋼板連接,使得各榀懸挑架形成一個(gè)穩(wěn)定的受力體系。新型花籃拉桿工具式型鋼懸挑腳手架的實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。
圖1 花籃拉桿工具式型鋼懸挑腳手架
工字鋼懸挑主梁固定在墻或者梁上,墻梁混凝土等級(jí)最低為C30,墻厚最小為200mm,梁最小截面尺寸為200mm×500mm。懸挑工字鋼在混凝土澆筑完成1.5d后開始安裝,第3天懸挑工字鋼安裝完畢,第4天開始搭設(shè)兩步腳手架(此時(shí)無拉桿)。第4天同時(shí)開始綁扎懸挑層鋼筋,第5天安裝模板,第8天澆筑混凝土,第8.5天至第9天安裝拉桿,第10天搭設(shè)腳手架(拉桿需全部安裝完畢)、綁扎鋼筋。計(jì)算考慮兩個(gè)階段,工況一為未安裝拉桿時(shí)(兩步、3.5m);工況二為安裝拉桿,且達(dá)到最高安裝高度[18.6m+1.2m(欄桿)=19.8m]。
(1)計(jì)算思路?;ɑ@拉桿工具式型鋼懸挑腳手架的拉桿和工字鋼構(gòu)成一個(gè)簡支梁受力體系,實(shí)際施工時(shí)為避免拉桿和腳手架內(nèi)立桿發(fā)生碰撞,拉桿與懸挑工字鋼需存在2.6°的夾角。通過計(jì)算可知,拉桿軸力計(jì)算時(shí)可不考慮夾角的影響。由于夾角的存在,簡支工字鋼結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)扭矩,產(chǎn)生扭矩的力是拉桿拉力的0.02倍(cos60°×sin2.6°=0.02)。該工程最長簡支梁為1.9m,根據(jù)江蘇地標(biāo)《建筑施工懸挑式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程》(DGJ32/J121—2011)第3.2.5條中的計(jì)算模型不考慮水平力產(chǎn)生的扭矩,因此為平衡扭矩在簡支梁端部構(gòu)造設(shè)置一根Φ48mm×2.8mm聯(lián)系鋼管,用以增強(qiáng)懸挑架的平面外剛度。項(xiàng)目的小高層在第三層、第八層、第十四層進(jìn)行懸挑,多層在第四層懸挑。計(jì)算時(shí)離地高度按照第十四層懸挑取值,離地高度為38.4m;架體安裝高度[立桿底座下皮至架體欄桿(1.2m)上皮間的垂直距離]最高為19.8m,架體計(jì)算高度按照20m計(jì)算。《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 130—2011)要求鋼管為Φ48mm×3.6mm,但市場材料不規(guī)范,實(shí)際到場鋼管在Φ48mm×2.8mm~Φ48mm×3.0mm,因此在計(jì)算過程中選用鋼管Φ48mm×2.8mm代入計(jì)算;考慮到鋼管為舊鋼管且存在銹蝕,故鋼管強(qiáng)度考慮0.9的折減系數(shù),其抗壓強(qiáng)度為205×0.9=185N/mm2;考慮到部分鋼管沾有混凝土,鋼管重量按照Φ48mm×3.6mm考慮,荷載按照同一挑架一層作業(yè)層(2kN/m2)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068—2018)第8.2.8條懸挑架的結(jié)構(gòu)重要系數(shù)取1,錨固端混凝土結(jié)構(gòu)重要系數(shù)取1.1;第8.2.9條恒載分項(xiàng)系數(shù)取1.3,活載分項(xiàng)系數(shù)取1.5。挑架布置時(shí)參照《建筑施工懸挑式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程》(DGJ32/J121—2011)第3.2.5條,懸挑長度在1800mm以內(nèi)的設(shè)置一根拉桿,1800~3000mm設(shè)置雙拉桿,在拉桿軸力計(jì)算時(shí)均按照設(shè)置一根拉桿進(jìn)行計(jì)算。工況二在驗(yàn)算工字鋼和固定鋼板的焊縫強(qiáng)度、固定螺栓強(qiáng)度、混凝土的局部承壓驗(yàn)算時(shí),按拉桿不受力的極限工況考慮。
(2)計(jì)算重點(diǎn)。該懸挑方案在拉桿失效的情況下,僅靠固定在墻梁上的兩根錨固螺栓受力來承受外架傳遞下來的荷載,一旦工字鋼錨固螺栓或錨固位置處的墻梁失效時(shí),則整個(gè)懸挑系統(tǒng)失效,腳手架將必然發(fā)生坍塌事故,故工字鋼處的錨固螺栓及墻梁受力復(fù)核計(jì)算成為計(jì)算的首要重點(diǎn)。參照《建筑施工懸挑式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程》(DGJ32/J121—2011)第6.1.7條,懸挑腳手架安裝時(shí)主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于C10,腳手架搭設(shè)時(shí)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度不低于C15?;炷翉?qiáng)度以同條件混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行控制,通過現(xiàn)場試驗(yàn),氣溫日氣溫在16~28℃,C30混凝土16h強(qiáng)度為4.3MPa,27h強(qiáng)度為10.6MPa,36h強(qiáng)度為15.3MPa,滿足要求。拉桿作為該懸挑架的安全儲(chǔ)備,制作時(shí)有較多的部位是采用焊接工藝進(jìn)行加工,在計(jì)算時(shí)需對(duì)該部位進(jìn)行重點(diǎn)計(jì)算,確保其滿足設(shè)計(jì)要求。
懸挑主梁和花籃螺栓及其配件采用工廠加工、現(xiàn)場組裝的方式;涉及的所有焊接工藝,均采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行焊接,焊接焊縫質(zhì)量按照二級(jí)焊縫進(jìn)行控制。
懸挑主梁采用16#工字鋼進(jìn)行加工,根據(jù)主梁長度及內(nèi)立桿間距進(jìn)行編號(hào),噴涂在工字鋼腹板位置以方便安裝。如“1300-900型”表示懸挑總長度為1300mm,內(nèi)外立桿間距為900mm;“1900-900/400型”表示懸挑總長度為1900mm,共用3排立桿,立桿從外到內(nèi)的間距依次為900mm和400mm。
懸挑主梁由工字鋼、固定鋼板、連接鋼板、定位鋼筋、連接鋼管組成,如圖2所示。固定鋼板采用200mm×180mm×10mm的鋼板制作,工字鋼末端焊接在固定鋼板的中部,在距固定鋼板上邊70mm的位置開設(shè)兩個(gè)長條形的孔用于懸挑主梁和混凝土結(jié)構(gòu)螺栓固定,具體如圖3所示。連接鋼板采用10mm厚的鋼板加工完成,連接鋼板位置開有直徑22mm的連接孔,用于懸挑主梁和拉桿系統(tǒng)螺栓連接,如圖4所示。為確保外架鋼管搭設(shè)時(shí)鋼管不會(huì)在懸挑主梁上滑移,依據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 130—2011)第6.10條,在懸挑主梁上焊接定位鋼筋,定位鋼筋長200mm,直徑25~30mm;為增強(qiáng)各榀懸挑主梁間的平面外剛度,在懸挑主梁前端焊接一根直徑48mm、長200mm的連接鋼管。懸挑主梁的各配件間均采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行角焊縫焊接,焊縫高度≥6mm,其中懸挑主梁前端與構(gòu)造鋼管的中心距離為24mm,構(gòu)造鋼管與第一根定位鋼筋的中心距離為100mm,第一根定位鋼筋與連接鋼板的中心距離為100mm,連接鋼板與第二根定位鋼筋中心的距離為800mm,第二根定位鋼筋與固定鋼板的中心距離為300mm;兩定位鋼筋的間距需和內(nèi)外爬立桿橫距相匹配,當(dāng)懸挑長度>1800mm需設(shè)置雙拉桿時(shí),需在距第二根定位鋼筋內(nèi)側(cè)100mm處再焊接一塊連接鋼板。
圖2 懸挑主梁(1300—900型)
圖3 錨固鋼板(單位:mm)
圖4 連接鋼板(單位:mm)
拉桿選用A20的圓鋼制作,拉桿加工時(shí)應(yīng)根據(jù)懸挑主梁的長度及樓層層高計(jì)算拉桿長度,加工時(shí)拉桿總成長比計(jì)算少0.1m,中部采用0.5m的花籃螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)。1300—900型的拉桿總長為,上下拉桿各長1.5m。上拉桿加工成“9”字型,并套入一塊連接耳板用于固定時(shí)和上部結(jié)構(gòu)連接,另一端滾壓長300mm螺紋;下拉桿一端焊接開有連接槽的連接鋼板,另一端滾壓長300mm螺紋,上下拉桿螺紋開為正反絲。
花籃螺栓采用直徑為50mm的45鋼和A18的圓鋼制作,45鋼用于加工螺母,絲牙和拉桿絲牙匹配,A18的圓鋼對(duì)稱焊接在兩個(gè)加工好的螺栓上。拉桿系統(tǒng)如圖5所示。
圖5 拉桿系統(tǒng)(單位:mm)
混凝土澆筑前根據(jù)挑架平面布置圖安裝預(yù)埋套管,預(yù)埋套管應(yīng)采用對(duì)拉螺桿定位,防止?jié)仓炷習(xí)r造成套管位移?;炷翝仓瓿纱龔?qiáng)度達(dá)到1.2MPa以上拆除側(cè)面模板,當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到10MPa時(shí)開始安裝懸挑主梁;懸挑主梁安裝完畢,先采用鋼管和扣件通過構(gòu)造鋼管將各榀懸挑主梁連接起來,驗(yàn)收合格后搭設(shè)兩步腳手架作為上層主體施工的防護(hù)架;上層混凝土澆筑前在指定位置預(yù)埋拉桿套管后再澆筑混凝土,混凝土澆筑完成達(dá)到拆模條件后拆除模板安裝拉桿;驗(yàn)收合格后,方可繼續(xù)搭設(shè)上部腳手架。
(1)預(yù)埋套管問題。為了滿足懸挑主梁和拉桿和主體結(jié)構(gòu)的固定問題,策劃時(shí)考慮運(yùn)用螺栓進(jìn)行連接,螺栓的固定可采用直接預(yù)埋螺栓或預(yù)埋套管后再采用螺栓固定兩種方式。設(shè)計(jì)時(shí)螺栓考慮采用8.8級(jí)直徑20mm的普通螺栓,當(dāng)采用直接預(yù)埋螺栓的方式時(shí),螺栓無法再次回收利用,且施工完畢后需對(duì)螺栓進(jìn)行切除。以現(xiàn)有的工具無法將螺栓一次性切平墻面,需進(jìn)行二次處理,處理不當(dāng)則會(huì)造成螺栓生銹、鼓包并影響外立面效果。采用預(yù)埋套管的方式進(jìn)行固定,可以實(shí)現(xiàn)螺栓的全部回收利用,傳統(tǒng)套管存在二次封堵困難的問題,為解決傳統(tǒng)套管封堵存在的滲漏、工序復(fù)雜、成本高的問題,考慮采用錐形套管及錐形水泥條的方式進(jìn)行套管預(yù)埋和封堵,如圖6所示。錐形套管在安裝時(shí)大頭安裝在墻內(nèi)側(cè),安裝懸挑主梁前從墻外側(cè)將錐形套管敲出,穿入固定螺栓和墊板采用雙螺母將懸挑主梁固定在墻或者梁上。拆除懸挑主梁后,用表面涂有水泥基的防水水泥錐進(jìn)行預(yù)留套管孔封堵。該方式不但解決了螺栓回收的問題,還解決了傳統(tǒng)套管洞口滲漏的問題。預(yù)埋套管處在套管上下位置各設(shè)置兩根1000mm長C14的鋼筋,套管側(cè)邊按照50mm的間距各布置四道同梁尺寸的箍筋。
圖6 錐形套管及錐形水泥條
(2)安裝注意問題?;ɑ@拉桿工具式型鋼懸挑腳手架安裝前需對(duì)加工的產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)收,驗(yàn)收合格后才可進(jìn)行安裝。安裝時(shí)利用塔吊輔助吊裝,下層腳手架作為安裝的臨時(shí)支座,借助塔吊將懸挑主梁吊至指定位置,采用兩根8.8級(jí)直徑20mm的普通螺栓固定,螺栓從梁(墻)內(nèi)側(cè)穿出,外側(cè)采用雙螺帽進(jìn)行固定。在梁(墻)內(nèi)側(cè)和螺栓間需設(shè)置200mm×100mm×10mm的墊板,墊板上開有兩個(gè)直徑22mm間距同錨固鋼板連接孔的安裝孔;螺栓外側(cè)在螺母和懸挑主梁連接板間設(shè)置80mm×80mm×10mm的墊片;拉桿與混凝土連接位置內(nèi)外均采用80mm×80mm×10mm墊片輔助固定。安裝拉桿后需先預(yù)緊拉桿,確保拉桿受力。為防止拉桿被工人誤操作,轉(zhuǎn)動(dòng)花籃導(dǎo)致拉桿失效,故在安裝時(shí)在拉桿靠近花籃位置安裝一個(gè)鎖緊螺母,當(dāng)拉桿拉緊后將鎖緊螺母上緊。拉桿系統(tǒng)安裝完成后,為避免螺紋被混凝土污染,采用黃油或套管對(duì)螺紋進(jìn)行保護(hù)。
(3)腳手架搭設(shè)。腳手架搭設(shè)要求同傳統(tǒng)的外架搭設(shè),在此不贅述。當(dāng)施工挑架上層時(shí),外架搭設(shè)兩步,該階段無拉桿、無連墻件,在風(fēng)荷載作用下外架一側(cè)有向內(nèi)傾覆、另一側(cè)有向外傾覆的危險(xiǎn),故該階段需對(duì)外架的穩(wěn)定性進(jìn)行加強(qiáng)。由于風(fēng)向的不確定性,故加強(qiáng)時(shí)應(yīng)采取剛性構(gòu)造措施。為解決該問題,在轉(zhuǎn)角、窗洞、陽臺(tái)等位置預(yù)埋短鋼管,通過活動(dòng)扣件和鋼管將預(yù)埋短鋼管和外架相連,如圖7所示。上層連墻件安裝完畢后方可拆除。
圖7 腳手架臨時(shí)加強(qiáng)方案圖
除工廠加工完材料及設(shè)備的進(jìn)場驗(yàn)收外,每層挑架需進(jìn)行四次驗(yàn)收:第一次驗(yàn)收為懸挑主梁安裝完畢搭設(shè)兩步架時(shí);第二次驗(yàn)收為拉桿安裝完畢后;第三次驗(yàn)收為外架搭設(shè)三層時(shí);第四次驗(yàn)收為挑架搭設(shè)完畢時(shí)。使用過程中注意巡檢,防止構(gòu)件失效和外架超載使用。
進(jìn)場驗(yàn)收需重點(diǎn)對(duì)設(shè)備的加工質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收,特別是對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收,防止構(gòu)件帶病工作。懸挑主梁和拉桿安裝完畢后需重點(diǎn)對(duì)安裝質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收,螺帽擰緊力矩應(yīng)在540~650N·m,其余驗(yàn)收同傳統(tǒng)外架不再贅述。
以該工程懸挑1.3m及2019年3月16#工字鋼市場價(jià)4650元/t(95.38元/m)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。提供型鋼給工廠代加工,每套需材料費(fèi)和加工費(fèi)225元(進(jìn)場后可直接安裝),洞孔封堵每個(gè)洞0.5元。傳統(tǒng)挑架預(yù)埋件35元/套,洞口封堵每個(gè)洞50元。該工程采用該懸挑方式和傳統(tǒng)懸挑方式勞務(wù)費(fèi)用相同,假設(shè)加強(qiáng)鋼筋費(fèi)用及周轉(zhuǎn)次數(shù)相同的情況,則傳統(tǒng)挑架:95.38×(1+1.25)×1.3+35×3+50=433.99元;花籃拉桿工具式型鋼挑架:225+95.38×1.3+0.5×3=350.49元;合計(jì)每榀挑架節(jié)約433.99-350.49=83.5元。該工程共計(jì)43挑,每挑按100榀計(jì)算,合計(jì)節(jié)約83.5×43×100=359050元。
該懸挑實(shí)施方案順利通過監(jiān)理、公司層級(jí)的審批和得到了專家的一致肯定。
花籃拉桿工具式型鋼懸挑腳手架施工技術(shù)解決了傳統(tǒng)懸挑架型鋼占用量大、預(yù)留洞口多、洞口封堵后滲漏風(fēng)險(xiǎn)高、預(yù)埋螺栓處細(xì)部處理困難等問題,還提高了周轉(zhuǎn)效率,降低了攤銷成本。該懸挑架形式尤其適用以建筑外立面線條少、造型簡單的工程施工。文章僅敘述了一種花籃拉桿形式,實(shí)際懸挑架可通過多種形式來實(shí)現(xiàn),最為重要的是,施工管理者和設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和自身管理水平選擇最適合的方式。文章談到的局部旋風(fēng)問題是設(shè)計(jì)者容易忽視的問題,特別是在風(fēng)力較大的地區(qū),設(shè)計(jì)者應(yīng)引起重視。創(chuàng)新決勝未來,傳統(tǒng)的建筑行業(yè)也需要?jiǎng)?chuàng)新、需要改變,而建筑行業(yè)的創(chuàng)新更是需要建設(shè)者的不斷推陳出新,為工程建設(shè)提供可靠安全、經(jīng)濟(jì)高效的產(chǎn)品,推動(dòng)其向前發(fā)展。