在受限空間內(nèi)搭設(shè)雙排落地式腳手架的技術(shù)應(yīng)用

張 焱 皮利學(xué) 李 萌 趙 慶 李東濤

（北京建工一建工程建設(shè)有限公司，北京 100000）

0 前言

由于新建工程施工場地受限，在土方工程階段無法實現(xiàn)放坡開挖，因此越來越多的建筑工程選擇了直壁開挖的方式。因為肥槽空間狹小、作業(yè)受限、工程地下結(jié)構(gòu)施工階段雙排落地式腳手架搭設(shè)困難等涉及施工安全的問題層出不窮，所以為了解決在受限空間內(nèi)搭設(shè)雙排落地式腳手架的這些問題，產(chǎn)生了新的搭設(shè)技術(shù)[2]。

1 工程概況

1.1 工程地理位置、現(xiàn)場條件及設(shè)計概況

該工程位于北京市豐臺區(qū)長辛店鎮(zhèn)張郭莊村，西至規(guī)劃長辛店北路，東至長辛店北九路，北至規(guī)劃長辛店北三十三路，南至規(guī)劃長辛店北十八路?？辈靾蟾骘@示，建筑場地位于永定河斷裂帶，場地地勢平坦，自然地面標(biāo)高為66.97m～70.62m。據(jù)調(diào)查，場地地下無管線、溶洞、河道、墓穴等對施工不利的地下埋藏物。水位受永定河歷史最高水位和豐水期水位標(biāo)高的影響，可按61.00m考慮。場地西側(cè)、北側(cè)各設(shè)置2臺容量為400kVA的變壓器，供現(xiàn)場施工使用?，F(xiàn)場用水由場地內(nèi)市政管網(wǎng)接入。該工程由14棟住宅樓、6棟配套樓組成，其中主樓住宅地上15層，地下3層，車庫地下2層，最高建筑高度44.6m；該工程占地面積46514.49m2，總建筑面積164105.47㎡。

1.2 落地腳手架工程概況

1.2.1 腳手架性質(zhì)、用途及荷載限定

該工程地下外墻腳手架采用雙排落地式鋼管腳手架，連接方式為扣件連接。為方便施工并保障周邊行人、車輛通行安全，該工程雙排落地式腳手架沿著結(jié)構(gòu)外圍全封閉搭設(shè)。雙排落地式腳手架搭設(shè)范圍包括車庫地下兩層、主樓-3～4層及屋頂機(jī)房層、附屬配套S1～S6地上及地下。其中主樓搭設(shè)至地上4層頂，施工荷載值為2kN/m2，同時考慮2層施工。

1.2.2 腳手架部位及相關(guān)參數(shù)

搭設(shè)部位：地下車庫、主樓、附屬配套樓；搭設(shè)高度：21.1m；混凝土強度等級：梁板C35/C30，柱C40；架體基礎(chǔ)情況：粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土、人工填土、型鋼梁和混凝土結(jié)構(gòu)（車庫頂板）；地基承載力：綜合考慮110kPa。

1.2.3 腳手架工程重點、難點、特點

該工程項目體量較大、工序繁多，施工現(xiàn)場用地面積緊張，場內(nèi)道路回轉(zhuǎn)不便，工程材料進(jìn)場數(shù)量較多，雙排落地式腳手架搭設(shè)在地下部分的肥槽位置和地上部分的窗井位置存在較大的施工困難。由于該工程土方開挖方式為直壁開挖，因此采取排樁支護(hù)的形式進(jìn)行邊坡支護(hù)，肥槽寬度最大處僅1m且有礙于支護(hù)樁上面的腰梁和錨桿，導(dǎo)致該部分雙排落地式腳手架搭設(shè)必須斷開；窗井位置下方無支撐，需要設(shè)置型鋼梁；這一系列的因素都在很大程度上制約了工程施工的進(jìn)展。

2 腳手架設(shè)計

2.1 腳手架基礎(chǔ)設(shè)計

肥槽內(nèi)腳手架在搭設(shè)前須進(jìn)行地基夯實，地基承載力應(yīng)滿足設(shè)計要求，腳手架立桿下設(shè)置墊木。鋪放墊木和安放底座墊塊必須平穩(wěn)，不得使立桿懸空，當(dāng)安放底座時，應(yīng)拉尺定位，先按規(guī)定的間距尺寸擺放，然后固定[3]。

2.2 架體設(shè)計

該工程雙排落地式腳手架采用傳統(tǒng)的鋼管和扣件進(jìn)行搭設(shè)，根據(jù)實際情況并結(jié)合該工程特點，具體設(shè)計參數(shù)如下：1）架體采用?48.3mm×3.6mm鋼管[2]，所有進(jìn)場鋼管應(yīng)有有效的檢測報告，其材質(zhì)性能應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》的有關(guān)規(guī)定，對進(jìn)場的鋼管進(jìn)行壁厚檢驗，考慮到市場實際情況，綜合規(guī)范要求，其實際壁厚應(yīng)≥2.8mm。當(dāng)鋼管有壓扁、裂縫、結(jié)疤、分層、錯位、硬彎、毛刺和深的劃道等缺陷時嚴(yán)禁使用，鋼管內(nèi)外壁應(yīng)涂刷防銹漆。2）地下部分立桿橫距0.6米、縱距1.5米、步距1.8米，內(nèi)側(cè)立桿距墻0.3米，地上部分立桿橫距0.8米，縱向距離1.5米，步距1.8米，內(nèi)側(cè)立桿距墻0.3米。縱向水平桿設(shè)置在立桿內(nèi)側(cè)，其長度不小于3跨。縱向水平桿接長宜采用對接扣件連接。3）當(dāng)鋪設(shè)腳手板時，為防止出現(xiàn)探頭板，可增加小橫桿的布置。4）架體本身及架體與地庫墻體的間隙設(shè)置安全兜網(wǎng)，除第一層架體外，每步架體底部均設(shè)置安全兜網(wǎng)，與墻體之間的安全兜網(wǎng)每兩步設(shè)置一道，考慮到臨邊作業(yè)，在地下施工階段架體的兩側(cè)每步中間位置設(shè)置一道縱向水平桿作為安全防護(hù)欄桿[1]。5）主體結(jié)構(gòu)一側(cè)與肥槽相連，將另一側(cè)臨地庫頂板的架體斷開，在架體側(cè)面設(shè)置“之”字形斜撐。

3 在受限空間內(nèi)搭設(shè)雙排落地式腳手架的技術(shù)要點

3.1 在肥槽受限空間內(nèi)采用“三角體系”搭設(shè)落地式雙排腳手架的技術(shù)要點

由于部分地下室外墻距支護(hù)樁距離不足1米，樁外有鋼制腰梁，這對外墻雙排落地式腳手架搭設(shè)存在制約，導(dǎo)致部分架體靠近支護(hù)樁的一排立桿延伸到支護(hù)樁腰梁位置時被迫斷開，綜合考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等相關(guān)問題，決定在支護(hù)樁頂固定一根立桿，固定方式采用鋼管焊接在鋼板上，用膨脹螺栓將鋼板固定在樁頂。在靠近墻體一排立桿向外偏移800mm的位置設(shè)置一排立桿，通過縱向桿和小橫桿與靠近墻體的一側(cè)立桿連接。被腰梁中斷的立桿在腰梁上方重新搭設(shè)且不能與腰梁接觸，腰梁上方立桿向上延伸至出支護(hù)樁頂后再向上延伸一步架體高度。在固定在樁頂?shù)亩塘U上搭設(shè)“三角體系”用以穩(wěn)固架體，“三角體系”按照跨距搭設(shè)，具體參數(shù)如圖1所示。

3.1.1 “三角體系”受力分析

該三角體系受力模型如圖2所示，主要對圖1中“節(jié)點1”“節(jié)點2”和“節(jié)點3”進(jìn)行受力分析。由于在該結(jié)構(gòu)中存在較多的桿系，實際工程中各桿系構(gòu)件均采用鋼扣件進(jìn)行連接，因此該體系中所有節(jié)點將按照鉸結(jié)考慮。對該體系桿件進(jìn)行力學(xué)分析時，需要整體考慮，首先各節(jié)點之間的鉸結(jié)可對荷載進(jìn)行傳遞，其次各節(jié)點的鉸結(jié)還可忽略微變形下所產(chǎn)生的彎矩對結(jié)構(gòu)的不利影響，保證其整體剛度維系在同一個水平上?？紤]超靜定及復(fù)雜受力體系和在實際工程中的應(yīng)用，該體系中伸出短桿部分（外伸長度一般不大于100mm）剛度較小，對這次分析的節(jié)點變形影響不大，同時節(jié)點2對伸出短桿部分的反向作用力也可忽略不計。

圖1 肥槽受限空間腳手架搭設(shè)示意圖（尺寸單位：mm）

圖2 三角體系力學(xué)模型簡圖

根據(jù)綜合考慮的受力模型，支護(hù)樁上的兩根立桿與支護(hù)樁頂部接觸位置節(jié)點可視為剛結(jié)點，可以忽略水平向剛度和水平向摩擦力的影響。

在三角體系構(gòu)件中的多桿系結(jié)構(gòu)作用下，由于桿件之間采用金屬扣件連接，因此力的傳遞不受節(jié)點連接方式的影響。

對節(jié)點1、節(jié)點2、節(jié)點3的受力分析：

節(jié)點1受2個外力作用，分別為F1、F2；節(jié)點2受5個外力作用，分別為F5、F6、F3、F4、F11；節(jié)點3受4個外力作用，分別為F7、F8、F9、F10；F1=F7，F(xiàn)2=F5=F11；F4=F8，F(xiàn)5=F1=F2，F(xiàn)3=F6；F3=F4COS30°，F(xiàn)6=F5COS30°，即F4=F5=F11。

在該體系中，主要節(jié)點的受力處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)，同時得利于該體系中的雙橫桿撐拉作用，使該體系能夠增強整體剛度、防止平面外失穩(wěn)。通過對該體系橫桿的抗彎及撓曲變形的合格驗算，充分說明了該體系足夠穩(wěn)定。

3.1.2 腳手架穩(wěn)定性驗算

該體系的穩(wěn)定性計算基于該工程概況及其采用的材料特性。該工程采用鋼管鋼材標(biāo)號為Q235級，為了增加安全系數(shù)，鋼管計算壁厚為2.8mm，直徑為48mm。該工程架體計算高度為21.1m，立桿步距h=1.8m，立桿跨距La=1.5m，立桿橫距Lb=0.8m，橫向水平桿計算外伸長度a1=0.1m，內(nèi)立桿與建筑物距離a=0.3m。腳手板自重標(biāo)準(zhǔn)值Gkjb=0.35kN/m2，結(jié)構(gòu)腳手架荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gkjj=3kN/m2密目式安全立網(wǎng)自重標(biāo)準(zhǔn)值Gkmw=0.01kN/m2，欄桿與擋腳板自重標(biāo)準(zhǔn)值Gkdb=0.17kN/m2，每米立桿承受結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值gk=0.129kN/m，風(fēng)荷載體形系數(shù)us=1，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值ωk=0.393?；撅L(fēng)壓ω0=0.3，風(fēng)壓高度變化系數(shù)uz=1.31?？v向水平桿上橫向水平桿根數(shù)n=2，橫桿抗彎強度設(shè)計值[f]=205N/m2，橫桿截面慣性矩I=101900mm4，橫桿彈性模量E=20600N/mm2，橫桿截面抵抗矩W=4250mm3[3]。

該體系承載能力極限狀態(tài)計算如式（1）所示：

式中：q1為該體系在承載能力極限狀態(tài)下所承受的線荷載；Gkjb為該體系腳手板的自重標(biāo)準(zhǔn)值；La為立桿跨距；n為縱向水平桿上橫向水平桿根數(shù)；Gkjj結(jié)構(gòu)腳手架荷載標(biāo)準(zhǔn)值[3]。

該體系正常使用極限狀態(tài)計算如式（2）所示。

式中：q2為該體系在正常使用極限狀態(tài)下所承受的線荷載；Gkjb為該體系腳手板的自重標(biāo)準(zhǔn)值；La為立桿跨距；n為縱向水平桿上橫向水平桿根數(shù)[3]。

抗彎驗算如式（3）所示。

式中：Mmax為該體系所承受的最大彎矩；q1為該體系在承載能力極限狀態(tài)下所承受的線荷載；Lb為該體系立桿橫距；a1為橫向水平桿計算外伸長度[3]。

式中：δ為該體系橫桿抗彎強度實際值；γ0為可變荷載調(diào)整系數(shù)；Mmax為該體系所承受的最大彎矩；W為該體系橫桿截面抵抗矩；[f]為橫桿抗彎強度設(shè)計值[3]。

該體系抗彎滿足要求。

撓曲變形驗算如式（5）所示。

式中：υmax為該體系撓度實際值；q2為該體系在正常使用極限狀態(tài)下所承受的線荷載；Lb為該體系立桿橫距；E為該體系橫桿彈性模量；I為橫桿截面慣性矩；[υ]為橫桿撓度設(shè)計值[3]。

撓曲變形滿足要求。

3.2 在窗井上用“型鋼支撐”體系搭設(shè)雙排落地式腳手架的技術(shù)要點

地上部分外墻腳手架搭設(shè)受窗井洞口限制導(dǎo)致施工困難。經(jīng)綜合考慮，窗井上方搭設(shè)架體，一排架體搭設(shè)在地庫的墻體上，另一排架體搭設(shè)在窗井連梁上設(shè)置的18號工字鋼上面，采用直徑為16的HPB300級鋼筋做成彎錨件預(yù)埋在窗井連梁上，用來固定窗井上的工字鋼。在埋件上部設(shè)置10mm厚的鋼壓板并用雙螺母緊固；對接設(shè)置連梁上的工字鋼，焊牢接縫處并在接縫上、下面設(shè)置寬度為40mm的、厚度為6mm的鋼板，其四周與工字鋼焊接，鋼板從接縫處兩邊延伸出的長度不少于100mm。部分樓體飄窗位置無法在窗井連梁上設(shè)置工字鋼和立桿，該部分架體內(nèi)排桿設(shè)置在窗井外墻上，外排立桿由肥槽向上升起，如圖3所示。

圖3 窗井受限空間位置腳手架搭設(shè)圖

工字鋼對架體內(nèi)側(cè)立桿的反向支撐力G的作用滿足架體穩(wěn)定需求，其穩(wěn)定性驗算可參見該文3.1.2部分。

4 結(jié)語

落地式鋼管腳手架搭設(shè)在我國建筑行業(yè)是十分傳統(tǒng)，且應(yīng)用十分成熟的技術(shù)措施，但在某些空間狹小或者不具備正常搭設(shè)條件的施工部位，仍需要創(chuàng)新，改進(jìn)技術(shù)措施，從而保障安全、節(jié)約成本和保證工期。此外在施工管理上要加強技術(shù)培訓(xùn)和方案檢查，確保技術(shù)措施真正在現(xiàn)場落實。