裝配式混凝土結(jié)構(gòu)桁架式懸挑外防護(hù)架技術(shù)分析

賈宇，孔祥輝，張大勇

（中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070）

1 引言

桁架式懸挑外防護(hù)架、工具式三角懸挑架、附著式升降電動腳手架、電動升降平臺及雙排落地式腳手架等，為當(dāng)前裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工安裝中較為常用的幾種外防護(hù)體系，其中，桁架式懸挑外防護(hù)架有著更為理想的應(yīng)用優(yōu)勢，值得進(jìn)行深入探究。

2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)桁架式懸挑外防護(hù)架的構(gòu)造設(shè)計

桁架式懸挑外防護(hù)架在高層裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用更為頻繁，其主要構(gòu)件包含連接件、防護(hù)網(wǎng)、U形鋼筋、型鋼梁、雙排腳手架、卸荷鋼絲繩、穿墻螺栓、桁架式型鋼架等，單層桁架可以承擔(dān)多層外防護(hù)架體，受力明確且結(jié)構(gòu)相對簡單，對現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件的施工影響較小，不需要進(jìn)行多次起重機(jī)吊裝處理，因此，有著更為明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

3 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)桁架式懸挑外防護(hù)架施工驗算

3.1 基本規(guī)定與要求分析

上部雙排腳手架、型鋼梁以及底部桁架式型鋼架的計算，是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)桁架式懸挑外防護(hù)架施工驗算中需要著重完成的工作。桁架式懸挑外防護(hù)架是一種新型外防護(hù)結(jié)構(gòu)體系，要求嚴(yán)格依照GB 50210—2016《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)要求展開施工驗算，其腳手架部分的綜合安全系數(shù)應(yīng)不小于2.2。

3.2 雙排腳手架計算分析

立桿穩(wěn)定性計算是雙排腳手架施工驗算中需要著重把握的內(nèi)容，在不考慮風(fēng)荷載的情況下，立桿穩(wěn)定性可根據(jù)式（1）驗算：

式中，σ為立桿的軸心壓力實際計算值，N；N為立桿的軸心壓力設(shè)計值，N；A為立桿的凈截面面積，mm2；φ為軸心受壓立桿的穩(wěn)定性系數(shù)；[f]為立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計值，N/mm2。

在考慮風(fēng)荷載的情況下，立桿穩(wěn)定性驗算公式為：

式中，MW為由風(fēng)荷載設(shè)計值在立桿處產(chǎn)生的彎矩，kN·m；W為立桿的凈截面模量。

連墻件的分析計算也是雙排腳手架施工驗算中需要重點完成的工作內(nèi)容，所使用的連墻件軸向力N1的計算公式為：

式中，N1V為風(fēng)荷載所產(chǎn)生的連墻件軸向力設(shè)計值，N；N0為連墻件約束腳手架平面外變形所產(chǎn)生的軸向力，N。

3.3 型鋼梁及底部桁架式型鋼架計算分析

參考具體布設(shè)情況，結(jié)合多跨連續(xù)梁展開對桁架式懸挑外防護(hù)體系承載力以及撓度的計算，底部桁架式型鋼架需要針對鋼桿件的承載力以及穩(wěn)定性展開施工驗算，并計算螺栓處混凝土局部抗壓強(qiáng)度以及穿墻螺栓的承載力。

以某裝配式混凝土住宅建筑為例進(jìn)行說明，結(jié)合架體布設(shè)以及荷載分布，選用受力較不利的外防護(hù)體系，依托MIDAS GEN軟件，針對其底部桁架式型鋼架以及型鋼梁展開施工驗算，計算模型如圖1所示。選取Q235B級方鋼作為衡鋼桁架式型鋼架，并將其焊接為整體桁架式三角架；在MIDAS模型中，剪力墻與架體之間使用螺栓完成連接，并設(shè)定為鉸接模式；在針對墻體與混凝土與架體底部的接觸區(qū)域設(shè)定為單側(cè)受力約束，以此體現(xiàn)出對型鋼架相對于墻體變形情況的有效限制，雙排腳手架立桿區(qū)域作為豎向集中荷載加至桁架式型鋼架的相應(yīng)位置。

在極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)組合工況條件下，該MIDAS計算模型中，型鋼架桿件與型鋼梁的最大撓度設(shè)定為1.6 mm，如圖2所示，滿足JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架，安全技術(shù)規(guī)范》對撓度限值的相關(guān)要求，即有：

式中，[v]為撓度限值；I為懸挑構(gòu)件的長度，通常為懸挑梁長度的2倍。

4 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)桁架式懸挑外防護(hù)架的施工技術(shù)要點

4.1 預(yù)制懸挑構(gòu)件的施工技術(shù)要點

桁架式外懸挑防護(hù)體系需要對設(shè)置于裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)中的陽臺板、預(yù)制空調(diào)板等懸挑構(gòu)件部位進(jìn)行避讓處理，相應(yīng)部位的型鋼架普遍選用有著更大懸挑的特定架體，此時型鋼架懸挑跨度一般在2~3 m，可以設(shè)置承插式腳手架作為以上預(yù)制懸挑結(jié)構(gòu)的支撐構(gòu)件，并確保主體結(jié)構(gòu)與架體之間有效、可靠剛性拉結(jié)。在此過程中，要重點規(guī)避預(yù)制懸挑構(gòu)件斷裂問題的發(fā)生，要求在起吊構(gòu)件的過程中促使預(yù)制懸挑構(gòu)件依照設(shè)計位置裝配于主梁上，避免在吊裝期間與其他構(gòu)件發(fā)生碰撞而導(dǎo)致預(yù)制懸挑構(gòu)件斷裂。同時，為確保預(yù)制懸挑構(gòu)件能夠與裝配式主梁之間形成更為牢固的結(jié)構(gòu)體系，還需要在完成預(yù)制懸挑構(gòu)件的固定后實施混凝土澆筑，保證兩構(gòu)件固定良好。

4.2 型鋼梁的施工技術(shù)要點

桁架式懸挑外防護(hù)架頂部的腳手架立桿基礎(chǔ)一般設(shè)定為工字形型鋼梁，施工中，依托U形筋以及螺母對型鋼梁進(jìn)行固定；型鋼梁與型鋼架之間必須設(shè)置不少于3個錨固點，具體而言，需要設(shè)置至少3個U形卡環(huán)，以此完成對型鋼梁與型鋼架的錨固處理；針對單個型鋼梁，必須使用獨(dú)立搭設(shè)的方式，嚴(yán)禁其與相鄰型鋼梁之間進(jìn)行焊接等連接處理；依托調(diào)平墊片的方式，針對型鋼架頂部放置的型鋼梁展開提前抄平處理；結(jié)合上部雙排腳手架位置完成對定位鋼筋的焊接處理，將其設(shè)定在型鋼梁的上部，并且鋼筋的直徑不小于25 mm。同時，在實際施工過程中，要求在定位鋼筋內(nèi)部插入雙排腳手架立桿。

4.3 連墻件的施工技術(shù)要點

使用剛性連接的方式對連墻件與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，在每2步3跨的位置需要設(shè)置至少1套連接連墻件；其中，在電梯位置、卸料平臺等外防護(hù)體系開口區(qū)域，需要在兩側(cè)各布設(shè)至少1套連墻件[1]；應(yīng)當(dāng)在腳手架主節(jié)點區(qū)域投放連墻件，且控制連墻件與主節(jié)點之間所偏離的距離始終不超過300 mm；使用扣件使連墻件與主體結(jié)構(gòu)之間固定拉結(jié)，若單扣件承載力難以滿足連接需求，可以選擇雙扣件連接、焊接或螺栓連接等拉結(jié)方式；水平設(shè)置連墻件，保證其與架體內(nèi)外排立桿保持在固定連接狀態(tài)；窗口位置可以使用鋼管與洞口形成的整體，并與外側(cè)架體展開牢固連接處理；針對無洞口位置或兩側(cè)山墻可以投放預(yù)制外墻板，或在墻體后澆區(qū)內(nèi)落實螺栓孔預(yù)留處理，并以此為基礎(chǔ)，保證連墻件與架體之間可靠連接。

4.4 卸荷鋼絲繩的施工技術(shù)要點

卸荷鋼絲繩是桁架式懸挑外防護(hù)架體的主要安全措施結(jié)構(gòu)，因此，其并不參與架體受力計算，實際施工過程中，要求選擇直徑不小于15.5 mm，且抗拉強(qiáng)度不小于1 770 MPa的鋼絲繩作為桁架式懸挑外防護(hù)架體系的荷載鋼絲繩結(jié)構(gòu)。同時，要求控制型鋼梁與鋼絲繩之間的水平夾角不超過45°。施工中，出于安全性考量，需要選用直徑不小于20 mm的HPB300級鋼筋作為主體結(jié)構(gòu)與荷載鋼絲繩拉結(jié)吊環(huán)；吊環(huán)預(yù)埋錨的設(shè)置過程中，要求嚴(yán)格遵守GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，確定其預(yù)埋錨固長度。需要提前在預(yù)制墻體構(gòu)件或現(xiàn)澆墻體構(gòu)件內(nèi)預(yù)留安裝卸載鋼絲繩時需要使用的穿墻孔，并保證穿墻孔直徑不小于24 mm[2]，使鋼絲繩能夠在墻體結(jié)構(gòu)內(nèi)得到有效固定。在此基礎(chǔ)上，還要控制相應(yīng)穿墻孔與現(xiàn)澆構(gòu)件端部之間的距離不小于100 mm。

4.5 桁架式懸挑外防護(hù)架體系的施工注意事項

4.5.1 桁架式懸挑外防護(hù)架體系的施工工藝流程

在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)桁架式懸挑外防護(hù)架體系的施工過程中，一般需要遵循的施工工藝流程為：對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)桁架式懸挑外防護(hù)架的安裝位置以及立桿位置進(jìn)行定位處理；安裝懸挑外防護(hù)型鋼架；對型鋼梁進(jìn)行立桿定位筋的焊接；完成型鋼梁的敷設(shè)；連接固定型鋼架以及U形筋；固定卸荷鋼絲繩，此時需要在上墻體施工完畢后落實該操作；組織縱向水平桿、立桿以及剪刀撐的精準(zhǔn)放置；進(jìn)行連接件的設(shè)置，若無法設(shè)置連接件，則需要進(jìn)行拋撐的搭設(shè)；進(jìn)行腳手板的敷設(shè)；落實對防護(hù)欄桿以及擋腳板的安裝處理；組織密目式安全網(wǎng)或是硬質(zhì)外防護(hù)的掛設(shè)。

4.5.2 桁架式懸挑外防護(hù)架體系的施工要點

展開裝配式混凝土結(jié)構(gòu)桁架懸挑外防護(hù)架的搭設(shè)施工之前，必須組織相關(guān)施工人員完成對懸挑防護(hù)架安裝位置以及立桿定位控制線的測設(shè)，通常情況下，樓板結(jié)構(gòu)標(biāo)高900 mm處可設(shè)定為型鋼架第一道穿墻螺栓；針對所有型鋼架均使用兩道穿墻螺栓完成其與墻體之間的連接；安裝型鋼架的過程中可以投放并使用塔式起重機(jī)，依照立面安裝設(shè)計圖、平面布置圖將型鋼架安裝至準(zhǔn)確位置，在此過程中，要求控制穿墻螺栓從墻內(nèi)向墻外穿出[3]；對承重架的豎向位置以及水平位置進(jìn)行微調(diào)處理，從而確保型鋼架與主體結(jié)構(gòu)之間的連接始終保持在高度可靠的狀態(tài)下；完成就位調(diào)整后，即可對穿墻螺栓的螺母結(jié)構(gòu)進(jìn)行擰緊處理，并剔出塔式起重機(jī)吊鉤。對于桁架式懸挑外防護(hù)架體系的結(jié)構(gòu)，其上部雙排腳手架的搭建需要參考結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，落實逐層向上搭設(shè)處理的施工方法；單層架體必須依托主體結(jié)構(gòu)與連接件完成可靠拉結(jié)，保證固定可靠；若桁架式懸挑外防護(hù)體系的搭建需要經(jīng)過機(jī)房位置，則展開桁架式懸挑外防護(hù)架的搭設(shè)要求搭設(shè)至機(jī)房層頂，并保證架體與主體結(jié)構(gòu)之間實現(xiàn)可靠性拉結(jié)。

5 結(jié)語

綜上所述，桁架式懸挑外防護(hù)架的施工優(yōu)勢明顯，在當(dāng)前的高層裝配式建筑施工中更加常用。施工中，需要在合理完成施工驗算且保證結(jié)果達(dá)標(biāo)的條件下，把握并落實預(yù)制懸挑構(gòu)件、型鋼架、連墻件、卸荷鋼絲繩等桁架式懸挑外防護(hù)架體系關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的施工要點，能夠提升桁架式懸挑外防護(hù)架的施工質(zhì)量水平。