基于高層建筑螺栓拉接式懸挑腳手架施工技術(shù)

成功

（中鐵十六局集團(tuán)城市建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100018）

0 引言

懸挑式外腳手架在國(guó)內(nèi)高層建筑施工中被普遍應(yīng)用，目的是利用建筑結(jié)構(gòu)邊緣往外懸挑的構(gòu)件來(lái)支承外腳手架[1]。傳統(tǒng)懸挑架的樓板預(yù)埋鉸接安裝方式是現(xiàn)行工程建筑中不可或缺的重要連接途徑。樓板預(yù)埋鉸接形式懸挑的作用是剪力、拉力、壓力的傳遞，其作用力主要在鉸接點(diǎn)。傳統(tǒng)鉸接點(diǎn)連接形式及過(guò)程安裝工藝較為復(fù)雜，安全隱患較多，懸挑層現(xiàn)場(chǎng)雜亂，且與其他工序施工相掣肘。本文就懸挑腳手架的安裝形式進(jìn)行工藝改良，介紹一種新型的施工方法，此新型工藝有利于提升整個(gè)架體的安全穩(wěn)定性，提高工作效率，裝拆方便，節(jié)能環(huán)保，適用于房建懸挑腳手架施工領(lǐng)域。

1 工程概況

石家莊鐵道大學(xué)科技樓項(xiàng)目位于石家莊市北二環(huán)石家莊鐵道大學(xué)院內(nèi)，總建筑面積約55483m2，其中A座地上23層，高98.45m，B座地上15 層，高66.45m。結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)[2]，外腳手架鋼管采用Ф48×3.5，水平桿步距h=1.8m，立桿縱（跨）距l(xiāng)a=1.5m，立桿橫距l(xiāng)b=0.83m，內(nèi)立桿距建筑距離=0.3m。連墻件每?jī)刹絻煽绮捎每奂c主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接[3]。

2 螺栓拉接式懸挑腳手架工藝原理

螺栓拉接式懸挑腳手架由工字鋼組件、型鋼梁底座預(yù)埋體系、斜拉桿體系、斜拉桿預(yù)埋體系、下支撐桿、下支撐桿預(yù)埋體系等組成。懸挑型鋼梁安裝的位置需依據(jù)結(jié)構(gòu)的外部構(gòu)造及高度等確定。根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)外側(cè)邊梁或外墻，經(jīng)受力分析，確定懸挑型鋼梁的安裝部位及型鋼梁懸挑的尺寸，根據(jù)結(jié)構(gòu)外側(cè)邊梁寬度或板墻厚度確定高強(qiáng)螺栓長(zhǎng)度[4]。

在懸挑層樓面澆筑混凝土前進(jìn)行螺栓套管的預(yù)埋，預(yù)埋前采用臨時(shí)螺桿進(jìn)行預(yù)定位，待混凝土初凝，24小時(shí)后拆除“臨時(shí)固定螺桿”。選擇長(zhǎng)度150mm的預(yù)埋件用于懸挑下層的預(yù)埋件配合單耳拉環(huán)的預(yù)埋施工，懸挑上層的預(yù)埋件配合雙耳拉環(huán)的預(yù)埋施工。懸挑型工字鋼梁由廠(chǎng)家預(yù)制完成，出廠(chǎng)前具備閉式花籃、工字鋼原材、工字鋼探傷、拉桿抗拉檢測(cè)、雙耳拉環(huán)、雙頭螺桿等檢測(cè)合格，方可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。

結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后，外墻模板拆除，清理出預(yù)留的螺栓孔洞，隨后將懸挑型鋼梁與預(yù)埋件采用8.8級(jí)M20的高強(qiáng)螺栓相連。相連完成后進(jìn)行下支撐桿、斜拉桿體系的安裝。此項(xiàng)新型施工工法對(duì)于懸挑架在房建領(lǐng)域的施工具有推廣意義。

3 螺栓拉接式懸挑腳手架施工設(shè)計(jì)

施工前，需對(duì)建筑結(jié)構(gòu)外形尺寸及高度等進(jìn)行分析，建立計(jì)算模型，合理布置懸挑型鋼梁的平面位置以及懸挑尺寸，同時(shí)型鋼梁間距不得超過(guò)1.8m。對(duì)角懸挑工字鋼梁上部設(shè)置聯(lián)梁。根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)外側(cè)邊梁或外墻尺寸，計(jì)算確定高強(qiáng)螺栓的規(guī)格。高強(qiáng)螺栓的直徑為20mm，強(qiáng)度級(jí)別為A8.8 級(jí)（M20*230mm）。上懸斜拉桿的尺寸由結(jié)構(gòu)層高及型鋼梁懸挑長(zhǎng)度經(jīng)計(jì)算得出，斜拉桿的長(zhǎng)短可由花籃螺栓調(diào)節(jié)。見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 高強(qiáng)螺栓預(yù)埋、腳手架立桿與挑架連接示意圖

圖2 螺栓拉接式懸挑工字梁示意圖

4 施工要點(diǎn)

4.1 螺栓拉接式懸挑腳手架螺栓連接可行性驗(yàn)算

承壓型連接高強(qiáng)螺栓受拉、剪作用?？紤]到拉桿作用時(shí)內(nèi)支座可能只受最大剪力作用，因此對(duì)承壓型連接高強(qiáng)螺栓進(jìn)行受剪、受壓、拉剪承載力計(jì)算，可行性驗(yàn)算要求按上拉下?lián)问匠辛苁r(shí)計(jì)算。根據(jù)GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》11.4中公式進(jìn)行驗(yàn)算。

1）承壓型連接高強(qiáng)螺栓的受剪承載力驗(yàn)算公式如下：

2）承壓型連接高強(qiáng)螺栓的承壓承載力驗(yàn)算公式如下：

3）承壓型連接高強(qiáng)螺栓在彎矩作用下的抗拉驗(yàn)算公式如下：

4）通過(guò)受剪、受壓、拉剪承載力計(jì)算驗(yàn)證螺栓是否安全，然后進(jìn)行螺栓同時(shí)受剪和受拉承載力驗(yàn)算。承壓型連接高強(qiáng)螺栓同時(shí)承受剪力和拉力承載力驗(yàn)算公式如下：

通過(guò)計(jì)算，螺栓同時(shí)承受剪力和拉力承載力符合要求后，方可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用[5]。

4.2 工藝流程

螺栓套管預(yù)定位→臨時(shí)固定螺桿安裝→拆模后雙頭螺桿安裝→上拉桿、下支撐桿預(yù)埋體系安裝→懸挑型鋼梁安裝→下支撐桿及上拉桿的安裝→拉拔試驗(yàn)。

4.2.1 螺栓套管預(yù)定位

根據(jù)計(jì)算得出的腳手架構(gòu)造要求，標(biāo)記出內(nèi)外立桿的位置，同時(shí)根據(jù)標(biāo)記的定位線(xiàn)安放腳手架墊板及底座，墊板必須鋪設(shè)平整，不得懸空，預(yù)埋套管必須準(zhǔn)確定位。本工程采用長(zhǎng)度為180mm的預(yù)埋件用于懸挑層，使用高強(qiáng)螺栓固定工字鋼梁。見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 預(yù)埋定位輔助工具

圖4 預(yù)埋測(cè)量定位實(shí)操圖

4.2.2 臨時(shí)固定螺桿安裝

預(yù)埋測(cè)量定位后，使用充電電鉆在木模板上開(kāi)孔，安裝預(yù)埋件，緊固“臨時(shí)固定螺桿”。

根據(jù)懸挑梁定位位置，用電鉆在外側(cè)模板上鉆兩個(gè)Φ12.5mm的圓孔，采用配套專(zhuān)用螺桿臨時(shí)固定，螺栓套管與配套螺桿為專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家加工制作。螺栓套管安裝過(guò)程中，為防止混凝土澆搗時(shí)水泥漿滲入螺栓套管內(nèi)，需將套管與模板內(nèi)側(cè)接觸面進(jìn)行頂緊。配套專(zhuān)用螺桿安裝完成后，現(xiàn)場(chǎng)校核螺桿位置，允許偏差為±2mm。預(yù)埋件安裝完畢后，混凝土澆搗時(shí)嚴(yán)禁振動(dòng)棒直接與預(yù)埋件接觸，以確保預(yù)埋件不被損壞或發(fā)生偏移。見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 螺栓套管安裝實(shí)際效果圖

圖6 配套專(zhuān)用的螺桿臨時(shí)固定效果圖

4.2.3 拆模后雙頭螺桿安裝

待混凝土初凝，24小時(shí)后拆除“臨時(shí)固定螺桿”，然后通知木工拆除外邊模板，拆除時(shí)不能損壞螺栓套管管口，防止垃圾進(jìn)入管內(nèi)。混凝土強(qiáng)度達(dá)到5MPa或可上人時(shí)，方可安裝雙頭螺桿，雙頭螺桿外露長(zhǎng)度為6cm。雙頭螺桿采用人工安裝，安裝時(shí)對(duì)準(zhǔn)螺栓套管，嚴(yán)禁隨意安裝造成螺桿擾動(dòng)破壞管內(nèi)螺紋，如圖7。

圖7 雙頭螺桿現(xiàn)場(chǎng)安裝工況圖

4.2.4 上拉桿、下支撐桿預(yù)埋體系安裝

上拉桿預(yù)埋體系選擇廠(chǎng)家預(yù)制150mm長(zhǎng)螺栓套管用于懸挑下層預(yù)埋件配合單耳拉環(huán)連接下?lián)螚U，下?lián)螚U連接工字鋼梁的下部單耳板，用于施工電梯部位的4根工字鋼梁的下部支撐。預(yù)埋位置垂直于懸挑層的下一層，標(biāo)高為樓層標(biāo)高-0.150m。

經(jīng)驗(yàn)算，下支撐桿預(yù)埋體系在型鋼梁尺寸大于1.75米時(shí)使用，選擇廠(chǎng)家預(yù)制150mm長(zhǎng)度的螺栓套管用于懸挑上層，懸挑上層的預(yù)埋件配合雙耳拉環(huán)連接上拉桿，上下拉桿通過(guò)封閉式可調(diào)節(jié)花籃連接在工字鋼梁的上部雙耳板。預(yù)埋位置垂直于鋼梁層的上一層右側(cè)200mm，標(biāo)高為樓層標(biāo)高-0.150m。

4.2.5 螺栓拉接式懸挑型鋼梁安裝

結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后，外墻模板拆除，剔鑿出預(yù)埋的高強(qiáng)螺栓孔，檢查懸挑型鋼梁安裝部位結(jié)構(gòu)面，確保連接鋼板與結(jié)構(gòu)面充分接觸，受力均勻，若安裝基面不平整，則須修補(bǔ)平整。

先將懸挑型鋼構(gòu)件的懸挑一端臨時(shí)固定在懸挑層下方的腳手架上，待上部結(jié)構(gòu)完成后進(jìn)行上懸斜拉，根據(jù)施工懸挑梁的布置圖紙，采用8.8級(jí)M20的高強(qiáng)螺栓將懸挑型鋼梁根部與預(yù)埋件固定[6]。為避免上部鋼管架加載后外挑型鋼梁端部產(chǎn)生下?lián)犀F(xiàn)象，安設(shè)時(shí)外挑型鋼的外端應(yīng)預(yù)抬高2cm。

懸挑梁底座板與建筑結(jié)構(gòu)面的接觸如不平整，需采用特制規(guī)格50mm*6mm“掛鉤墊片”進(jìn)行墊平，以確保整體穩(wěn)定性。懸挑梁安裝完成后，應(yīng)及時(shí)將“螺母保護(hù)蓋”扭好組裝，以防混凝土掉落粘貼在螺桿上，如圖8、圖9。

圖8 掛鉤墊片使用展示

圖9 懸挑型鋼梁安裝完成效果圖

4.2.6 下支撐桿及上拉桿的安裝

下支撐桿及斜拉桿采用Ф50*3.0（Q235材質(zhì)）無(wú)縫鋼管，調(diào)節(jié)套管采用焊接Ф34×5（Q235材料）無(wú)縫管。為防止?jié)仓炷習(xí)r混凝土粘貼在調(diào)節(jié)套管上，下支撐桿安裝調(diào)整至受力狀態(tài)后應(yīng)及時(shí)用膠帶將調(diào)節(jié)套管包裹好。

在懸挑層的上一層結(jié)構(gòu)混凝土澆筑前，需將斜拉桿的“上端拉接點(diǎn)”預(yù)埋件安裝到位，懸挑層的上一層主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求、拆完側(cè)模板后，為確保架體安全，須盡快將斜拉桿連接固定。

兩段拉桿用花籃螺絲連接斜拉桿，桿件應(yīng)長(zhǎng)度合適、絲牙一正一反。將拉桿的兩端分別與上層結(jié)構(gòu)的預(yù)埋件和懸挑型鋼梁端部相連。為確保使拉桿受力均勻，在斜拉桿連接完成后，通過(guò)中段的花籃螺絲進(jìn)行調(diào)整[7]。

4.2.7 施工前拉拔試驗(yàn)

首次預(yù)埋施工時(shí)，提前預(yù)埋2根×3組×180mm長(zhǎng)共計(jì)6根預(yù)埋件。預(yù)埋部位的混凝土經(jīng)養(yǎng)護(hù)一定周期達(dá)到強(qiáng)度后，方可做拉拔試驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)埋件拉拔檢測(cè)時(shí)，拉拔力應(yīng)控制在設(shè)計(jì)值以?xún)?nèi)，避免造成混凝土結(jié)構(gòu)破壞。拉拔試驗(yàn)檢測(cè)的抗拔力滿(mǎn)足計(jì)算內(nèi)的“受拉承載力設(shè)計(jì)值”，方可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。

5 螺栓拉接式懸挑腳手架技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1）采用螺栓拉接式的懸挑腳手架的安全質(zhì)量滿(mǎn)足施工及設(shè)計(jì)要求，不損傷現(xiàn)澆樓板，所有懸挑構(gòu)配件均不需穿越墻體，無(wú)需對(duì)電梯井、樓梯間等部位進(jìn)行特殊處理。

2）建筑施工完畢后可方便、迅速拆除，節(jié)約了大量的人工與時(shí)間。梁側(cè)螺栓套管預(yù)埋懸挑腳手架與傳統(tǒng)懸挑腳手架相比，可節(jié)省工字鋼材料56%以上，螺栓等配件材料能重復(fù)利用，回收利用率高達(dá)90%以上。

3）文明施工得到保障，工字鋼無(wú)需穿墻入室，不影響其他工序正常進(jìn)行，建筑垃圾的清理及室內(nèi)、外墻面粉刷都變得極為方便，各施工工序可交叉進(jìn)行。一次性輔助材料投入少，現(xiàn)場(chǎng)加工工序少，幾乎不產(chǎn)生建筑垃圾。

6 經(jīng)濟(jì)效益

以本項(xiàng)目的安全質(zhì)量、技術(shù)改進(jìn)、工期為例，采用螺栓拉接式的懸挑腳手架比傳統(tǒng)懸挑腳手架施工成本降低45%，螺栓拉接式的懸挑腳手架的人工費(fèi)、材料費(fèi)、廠(chǎng)家加工費(fèi)、專(zhuān)家論證費(fèi)總成本為17.38萬(wàn)元，共計(jì)5288m2，折合每平方米外腳手架搭設(shè)綜合單價(jià)為32.86元/m2；而采用傳統(tǒng)懸挑架人工費(fèi)、材料費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)加工費(fèi)用總成本為27.69萬(wàn)元，折合每平方米外腳手架搭設(shè)綜合單價(jià)為52.36元/m2。本工程累計(jì)可節(jié)省成本約10.31萬(wàn)元。結(jié)合工期節(jié)省16天，按正常施工管理成本、機(jī)械租賃等，本工程可節(jié)省成本約22.27萬(wàn)元。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本工程對(duì)螺栓拉接式懸挑腳手架的綜合評(píng)估，以安裝精度及質(zhì)量、穩(wěn)定性、裝拆便捷性、工期要求、施工效率、環(huán)保及成本等為切入點(diǎn)，經(jīng)安全可行性驗(yàn)算、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，得出此種綜合全優(yōu)性的新型施工工藝更具安全保障、先進(jìn)性、節(jié)能環(huán)保。通過(guò)深層挖掘該技術(shù)發(fā)現(xiàn)，其不但適用于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，也適用于預(yù)制樓板的裝配式建筑，解決了傳統(tǒng)懸挑腳手架在房建施工中的難點(diǎn)問(wèn)題，在房建施工中有很強(qiáng)的實(shí)效性和推廣性。