雙頭螺桿連墻件在超高層工程中的應(yīng)用研究

曾俊淋

(福建省二建建設(shè)集團有限公司 福建福州 350001)

0 引言

現(xiàn)代房屋建筑工程施工中，扣件式鋼管外腳手架在外圍護中仍被大量使用，而其主要受力構(gòu)件連墻件，則是用于腳手架架體與建筑主體結(jié)構(gòu)連接，傳遞拉力和壓力的構(gòu)件，且對于加強腳手架的整體穩(wěn)定性，提高其穩(wěn)定承載能力和避免出現(xiàn)傾倒或坍塌等重大事故具有很重要的作用。

1 案例工程概況

某工程擬于有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)中修建1棟39層住宅樓，基本風(fēng)壓ω0=0.2，地面粗糙度為D類[1]，層數(shù)與總高度如表1所示，施工階段外圍護采用落地式鋼管外腳手架與懸挑式鋼管外腳手架結(jié)合的形式，搭設(shè)形式、坐落樓層及搭設(shè)高度如表2所示；外架搭設(shè)構(gòu)造參數(shù)如表3所示。

表1 建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)

表2 外架搭設(shè)分布

表3 外架構(gòu)造參數(shù)

依據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ130-2011)的相關(guān)公式計算可知，該工程外架連墻件軸向力設(shè)計值為Nl=Nlw+N0=4.8+3=7.8kN[2]。

2 連墻件的選擇

2.1傳統(tǒng)剛性連墻件的不足

通過其他項目的調(diào)研，傳統(tǒng)的剛性連墻件是由鋼管連墻桿、扣件以及預(yù)埋于梁面或板面的短鋼管組成，在后期的外墻裝飾裝修階段時，該傳統(tǒng)方式容易對質(zhì)量、安全與成本產(chǎn)生一定的影響：

(1)當(dāng)樓層砌筑工程以及外墻面裝飾工程開始施工時，這些每隔4.5m就布置一個在樓層邊的鋼管式連墻件，就會影響施工進度；假若外墻砌筑或外墻面裝飾施工時，拆除的連墻件不能及時恢復(fù)，尤其是大數(shù)量的連墻件缺失時，則會產(chǎn)生外腳手架容易失穩(wěn)的安全隱患。

(2)由于連墻桿是采用外徑為φ48mm的鋼管，因此，不管是采用磚墻砌筑的外墻或者是混凝土澆筑的外墻，均會在外墻面上留有>50mm的孔洞，這些孔洞就容易因封堵不密實而成為滲漏點，從而造成質(zhì)量隱患。

(3)預(yù)埋于梁內(nèi)或板內(nèi)的用于支點的短鋼管，由于其與混凝土形成整體，所以在后期腳手架拆除時，并不能直接取出而只能采用切割去除，不僅浪費了材料而且增加了成本；而留在梁內(nèi)或板內(nèi)的鋼管也需進行灌漿封堵，假如封堵不密實，尤其是在廚房、衛(wèi)生間等用水較多的部位容易產(chǎn)生滲水風(fēng)險，存在質(zhì)量隱患。

2.2 新型雙頭螺桿連墻件的構(gòu)造及受力機理

該項目根據(jù)以上的調(diào)研分析，并結(jié)合項目的實際情況，外腳手架的連墻件擬采用新型的雙頭螺桿連墻件。

2.2.1新型連墻件的構(gòu)造

(1)預(yù)埋于梁側(cè)邊或墻側(cè)邊采用115 mm的長塑料件(內(nèi)含方形螺母)；固定和定位預(yù)埋件的安裝小螺桿(臨時工具)，確保混凝土澆灌時預(yù)埋件不偏位，如圖1所示。

圖1 連墻件構(gòu)件

(2)采用M14×140mm雙頭螺桿，連接內(nèi)含方形螺母的預(yù)埋件與拉結(jié)鋼管的受力構(gòu)件，如圖2所示。

(3)采用內(nèi)含圓形螺母的Φ48×3mm拉接鋼管，與雙頭螺桿和外腳手架內(nèi)立桿連接，并且朝主體結(jié)構(gòu)的一端頂緊梁側(cè)面或墻側(cè)面的混凝土上，如圖2～圖3所示。

圖2 拉結(jié)鋼管與圓形螺母

圖3 連墻件與外架的拉結(jié)

2.2.2新型連墻件傳力途徑

(1)外腳手架承受背離主體結(jié)構(gòu)的作用力時，拉結(jié)鋼管將架體傳來的作用力，通過與拉結(jié)鋼管焊接的圓形螺母傳給與圓形螺母連接的雙頭螺桿，再通過雙頭螺桿傳給與雙頭螺桿連接內(nèi)含的方形螺母的預(yù)埋件，最后由預(yù)埋件與混凝土的粘結(jié)力(剪切力)來承受架體的作用力。

(2)外腳手架承受面向主體結(jié)構(gòu)的作用力時，由于拉結(jié)鋼管朝主體結(jié)構(gòu)的一端已頂緊于梁側(cè)面或墻側(cè)面的混凝土上，因此拉結(jié)鋼管將架體傳來的作用力直接傳到混凝土梁或墻上。

3 新型連墻件的受力核算

3.1 直角扣件抗滑承載力驗算

由于用扣件將連墻鋼管與腳手架的立桿連接在一起，故其扣件的抗滑承載力大于連墻件軸向力設(shè)計值。根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ130-2011)第5.2.15條，一個直角扣件的抗滑承載力設(shè)計值取8 kN[2]。所以大于連墻件軸向力設(shè)計值7.8 kN，滿足要求。

3.2 連墻桿件(鋼管)受力核算

連墻件桿件即φ48×3鋼管的強度及穩(wěn)定，根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ130-2011)第5.2.12條，應(yīng)滿足下列要求：

(1)強度核算：σ=Nl/Ac≤0.85f；

則σ=7.8×103/(3.14×(24×24-22.5×22.5))=35.6N/mm2≤0.85×205=174.3N/mm2，滿足要求。

(2)穩(wěn)定性核算：Nl/φA≤0.85f；

連墻鋼管計算長度為1000 mm，Φ48×3鋼管的截面回轉(zhuǎn)半徑i=15.9mm；

長細比λ=l0/i=1000/15.9=63；

查表A.0.6可知，φ=0.806；

則Nl/φA=7.8×103/0.806×3.14×24×24=5.4N/mm2≤0.85×205=174.3N/mm2，滿足要求。

3.3 M14雙頭螺紋的普通螺栓桿承載力核算

預(yù)埋螺栓桿采用M14，C級普通螺栓4.8級，長度為140mm。

M14×140-4.8級(C級)普通螺栓螺桿滿足連墻件受拉承載力要求。

3.4 混凝土局部承載力和受沖切強度驗算

由于連墻件采用方形鋼質(zhì)螺母的塑料套管預(yù)埋于混凝土中，因此需驗算局部承載力和受沖切承載力。由于梁、板、墻、柱構(gòu)件混凝土強度等級最低為C25，因此驗算時采用C25強度等級。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)(2015年版)表4.1.4-1和表4.1.4-2，混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值fc=11.9 N/mm2，混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值ft=1.27N/mm2[4]。

(1)局部承載力驗算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)(2015年版)第6.6.1條；

Fl=1.35βcβlfcAln；

方形鋼質(zhì)螺母的塑料套管端部尺寸為26 mm，圓孔直徑為18 mm，凈面積Aln=26×26-3.14×18×18/4=421mm2；

根據(jù)第6.3.1條βC=1.0；

Fl=1.35×1.0×3×11.9×421/1000=20.3kN>Nl=7.8kN；滿足要求。

(2)受沖切承載力驗算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)(2015年版)第6.5條；

Fl=0.7βhftnμmh0=0.7×1.0×1.27×4×26×100/1000=9.25kN>Nl=7.8kN；滿足要求。

3.5 鋼管內(nèi)焊圓形螺母焊縫驗算

根據(jù)實際測量，圓形螺母直徑為40 mm，鋼管外徑為48 mm，壁厚為3 mm，所以鋼管內(nèi)徑為48-3×2=42 mm。圓形螺母與鋼管之間采用焊接連接，所以兩者之間會形成1mm高的焊縫。

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50017-2017)第11.2.1條，焊縫強度設(shè)計值σ=N/(lwhe)。

4 質(zhì)量控制要點

根據(jù)新型連墻件的受力核算，其在承載力方面是可以滿足需求的，但在施工過程仍須采取以下質(zhì)量控制要點，以保證新型連墻件實際的受力方式符合理論計算要求。

4.1 拉結(jié)鋼管內(nèi)圓形螺母的焊接要求

(1)由于M14×140連墻雙頭螺桿長度為140 mm，而預(yù)埋于混凝土中內(nèi)置的方形鋼質(zhì)螺母的塑料管預(yù)埋件為100 mm(有效長度)，且為保證拉結(jié)鋼管的端部能頂緊混凝土面，因此應(yīng)保證焊于拉結(jié)鋼管內(nèi)的圓形螺母距鋼管端部為40 mm。

(2)為保證后期連墻件水平受力，圓形螺母應(yīng)垂直于鋼管內(nèi)表面固定焊接，防止后期雙頭螺桿傾斜受力。

(3)焊縫應(yīng)飽滿、連續(xù)，確保焊縫高度符合1mm高度要求，防止焊縫高度不足而形成受力薄弱部位。

(4)在圓形螺母焊接時，應(yīng)控制焊接電流，避免焊穿鋼管從而形成受力薄弱部位。

4.2 預(yù)埋塑料件(內(nèi)含方形螺母)

(1)預(yù)埋于梁側(cè)、柱側(cè)或墻側(cè)時，應(yīng)采用6#鐵絲等與梁筋、柱筋或墻筋進行綁扎固定，預(yù)埋應(yīng)根據(jù)連墻件的設(shè)置部位(即方案要求的2步3跨)進行安裝，同時應(yīng)保證固定好的預(yù)埋件表面應(yīng)與混凝土面平行，確保后期雙頭螺桿安裝時長度符合要求。

(2)在梁、柱、墻模板封模后，應(yīng)采用臨時的小螺桿安裝于預(yù)埋件(內(nèi)含方形螺母)內(nèi)，用來固定和定位預(yù)埋件，確保混凝土澆灌時預(yù)埋件不偏位。

(3)在有預(yù)埋件埋設(shè)部位的混凝土澆筑時，應(yīng)安排專人進行跟蹤預(yù)埋件在澆搗時是否移位，若有移位則應(yīng)及時進行恢復(fù)。

4.3 混凝土澆搗

(1)在有預(yù)埋件埋設(shè)部位的混凝土澆筑時，應(yīng)加強振搗，保證連墻件部位的混凝土密實，符合連墻件抗拔力的要求。

(2)在有預(yù)埋件埋設(shè)部位的混凝土澆筑時，應(yīng)小心振搗以及緩慢振搗，防止振搗混凝土?xí)r造成預(yù)埋件移位。

通過以上措施實施，保證了連墻件的實際抗拔力符合理論計算要求，保證了外腳手架的穩(wěn)定性和安全性。

5 效果分析

(1) 新型連墻方式除能滿足結(jié)構(gòu)承載力和使用要求外，在經(jīng)濟上也比傳統(tǒng)的連墻方式省錢不少。

(2)傳統(tǒng)鋼管預(yù)埋連墻件與新興連墻件的成本比較如表4所示。

表4 新舊連墻方式成本比較

6 結(jié)語

該工程在前期通過調(diào)研傳統(tǒng)剛性連墻件的使用情況，擇優(yōu)選取了新型雙頭螺桿連墻件，在使用前進行理論驗算，分析其適用性，并在施工過程中采取措施保證其安裝質(zhì)量，使連墻件成型質(zhì)量符合承載能力狀態(tài)和使用能力狀態(tài)要求；而且消除了外墻因孔洞產(chǎn)生滲水通道的不利因素，也通過新型雙頭螺桿連墻件的使用，節(jié)省了大量的成本，取得了良好的經(jīng)濟效益。