大層高結(jié)構(gòu)附著升降腳手架集成支座施工技術(shù)研究

湯磊 殷浩 湯丹 楊濤

0 引言

“雙碳”背景下，建筑業(yè)向高質(zhì)量發(fā)展。高層建筑施工中開始普遍使用附著升降式腳手架與鋁合金模板支撐體系結(jié)合的施工技術(shù)。在基礎(chǔ)上，論文結(jié)合《全模塊附著升降腳手架施工技術(shù)》等文章中關(guān)于附著升降腳手架具有工具式利用、易安拆、安全性能良好、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)的論述，在高層建筑施工中，不僅能保障現(xiàn)場(chǎng)安全的作業(yè)環(huán)境，減少安全隱患，而且有利于施工現(xiàn)場(chǎng)形象品質(zhì)的提升[1]，實(shí)現(xiàn)綠色低碳與創(chuàng)造效益共贏。

1 工程概況

合一?！て浇赘ㄔO(shè)項(xiàng)目位于湖南省岳陽(yáng)市平江縣平江大道與甲山東路交匯處東南角，本工程總用地面積55 296.89m2，總建筑面積為187 786.86m2，建筑總占地面積11 507.81m2。該項(xiàng)目5#棟、6#棟、7#棟、8#棟、9#棟、10#棟屬于第四代住宅建筑，標(biāo)準(zhǔn)層高為3.05m，地上26層，建筑高度79.3m，東、西、南向錯(cuò)層布置6.1m高空中花園。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行綜合對(duì)比，本工程采用附著升降式腳手架。

2 附著升降式腳手架布置

本工程采用的附著升降式腳手架由豎向主框架、架體構(gòu)架、水平支承桁架、升降機(jī)構(gòu)、附著支撐、同步控制系統(tǒng)等組成。架體總高度設(shè)置為14.4m，架體寬度0.7m，布置7道腳手板、2道翻板。每一機(jī)位設(shè)置3個(gè)附墻支座，附墻支座采用2根M32穿墻螺桿與建筑物連接。根據(jù)《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ202-2010）[2]規(guī)定：豎向主框架懸臂高度不得大于6m或架體高度的2/5。本工程中第四代住宅建筑設(shè)計(jì)奇數(shù)樓層空中花園伸出有花池，偶數(shù)層沒有花池，空中花園高度達(dá)6.1m。爬架逐層施工升降至偶數(shù)層時(shí)，原本安裝在結(jié)構(gòu)梁上的附墻支座失去附著點(diǎn)，導(dǎo)致架體懸臂高度大于規(guī)范要求。

針對(duì)此特殊情況，該工程研發(fā)了一種整體集成提升架支座成套裝置，將借助奇數(shù)層的花池結(jié)構(gòu)梁安裝一定高度的剛性支柱為偶數(shù)層的爬架施工提供附著點(diǎn)，將附墻支座安裝在剛性支柱上。以下以項(xiàng)目7#棟為例進(jìn)行闡述，如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目7#棟奇、偶層空中花園位置建筑施工圖

項(xiàng)目7#棟2層以下采用鋼管扣件搭設(shè)附著式升降腳手架安裝平臺(tái)，2～26層使用附著式升降腳手架。項(xiàng)目7#棟設(shè)置32個(gè)機(jī)位，機(jī)位直線最大跨度6m，轉(zhuǎn)角最大跨度5.2m，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)空中花園處建筑特點(diǎn)，需要安裝一定高度的型鋼支柱集成支座為附著式升降腳手架（附墻支座）提供附著點(diǎn)。

該裝置由型鋼立柱、水平拉桿、斜向拉桿、剪刀撐桿件、水平桿、預(yù)埋螺栓、拉桿支座、成品墻式爬架支座及成品板式爬架支座等組成，呈門框狀。通過斜拉桿、剛性支撐、柱腳板等與結(jié)構(gòu)樓板或結(jié)構(gòu)梁連接組成穩(wěn)定體系，增強(qiáng)型鋼立柱受力穩(wěn)定性，作為附著提升腳手架附著支座支撐固定點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目7#棟空中花園位置集成支座安裝示意圖

3 爬架集成支座技術(shù)要點(diǎn)

7#棟空中花園處爬架集成支座施工工藝流程：爬架支座定位→支座設(shè)計(jì)加工→預(yù)埋螺栓→支座安裝→爬架安裝→調(diào)試。

爬架支座定位設(shè)計(jì)：根據(jù)建施、結(jié)施圖紙，執(zhí)行《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ202-2010）、《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護(hù)平臺(tái)》（JGT546-2019）等規(guī)范相關(guān)要求[2-3]，確定機(jī)位布置位置、架體的連墻距離。

支座加工：根據(jù)機(jī)位布置位置、架體的連墻距離確定與附著支座的連接結(jié)構(gòu)形式。支座設(shè)計(jì)加工高度需滿足架體懸臂高度不得大于架體高度的2/5，且不得大于6m及在升降和使用兩種工況下，最上和最下兩個(gè)導(dǎo)向件之間的最小距離不得小于2.8m或架體高度的1/4。斜拉桿的設(shè)計(jì)充分考慮拉結(jié)的位置及可調(diào)空間。支座整體強(qiáng)度驗(yàn)算滿足使用要求。

預(yù)埋螺栓：根據(jù)機(jī)位布置位置、支座設(shè)計(jì)加工及螺栓預(yù)埋位置建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，確定預(yù)埋螺栓的水平尺寸、預(yù)留尺寸。

支座安裝：通過塔吊或手拉葫蘆將支座與預(yù)埋螺栓進(jìn)行連接、固定。

3.1 爬架支座定位設(shè)計(jì)

根據(jù)建筑外形結(jié)構(gòu)布置整體集成外爬架支座定位點(diǎn)，特殊部位如超高樓層部位無(wú)滿足支座固定要求的結(jié)構(gòu)梁柱則需采用型鋼立柱支撐。

（1）鋼柱設(shè)計(jì)、安裝，如圖3～4所示。根據(jù)機(jī)位布置位置、架體立墻距離設(shè)計(jì)支座與架體的連接型式。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支座的安裝型式及斜拉型式及可調(diào)空間。

圖3 鋼柱安裝示意圖

圖4 鋼柱主體結(jié)構(gòu)尺寸圖

支座設(shè)計(jì)加工高度需滿足架體懸臂高度不得大于架體高度的2/5，且不大于6m及在升降和使用兩種工況下，最上和最下兩個(gè)導(dǎo)向件之間最小距離不小于2.8m或架體高度的1/4。

（2）鋼柱設(shè)計(jì)校核，如圖5所示。

圖5 鋼柱受力計(jì)算示意圖

等效為，如圖6所示。

圖6 鋼柱受力計(jì)算簡(jiǎn)圖

設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示：

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)表

計(jì)算得：

式中：

N1—支座水平載荷設(shè)計(jì)值；

G1—支座豎向載荷設(shè)計(jì)值；

M1—支座彎矩載荷設(shè)計(jì)值；

F1—斜拉桿軸向載荷設(shè)計(jì)值；

F2、F3—建筑結(jié)構(gòu)水平、豎向作用反力；

θ—斜拉桿斜拉角度。

求得：

驗(yàn)算斜拉桿時(shí)，取θ=47°；驗(yàn)算鋼梁主體時(shí)，取θ=33°。

對(duì)于前段：

對(duì)于后段：

（3）鋼梁主體驗(yàn)算分析

鋼梁主體采用兩根16b#槽鋼制作，間距152mm。斜拉桿連接位置加工通孔，為危險(xiǎn)位置。通過軟件測(cè)得其參數(shù)如下，如圖7所示。

圖7 鋼梁主體危險(xiǎn)截面參數(shù)

最危險(xiǎn)截面參數(shù)：

受壓與彎矩共同作用下，

因此，鋼梁主體強(qiáng)度滿足使用要求。

（4）斜拉桿強(qiáng)度校核

斜拉桿采用 4φ48×3無(wú)縫鋼管制作，截面參數(shù)如下，如圖8所示。

圖8 斜拉桿截面參數(shù)

因此，斜拉桿強(qiáng)度滿足要求。

（5）斜拉桿連接處校核

如圖9所示，斜拉桿連接處全部統(tǒng)一使用10mm鋼板制作，預(yù)留15mm寬。單個(gè)截面面積S=150mm2，則：

圖9 斜拉桿連接處示意圖

因此，連接處符合強(qiáng)度要求。

（6）連接螺桿強(qiáng)度計(jì)算

連接螺桿采用 4φ32mm，其有效截面面積S=694mmm2。則，

因此，螺栓符合強(qiáng)度要求。

3.2 支座加工

該裝置需要的材料與設(shè)備為：型鋼立柱，水平拉桿，斜向拉桿，剪刀撐桿件及水平桿件，成品墻式爬架支座，M32高強(qiáng)螺栓，如圖10所示。

圖10 支座加工圖

（1）型鋼立柱

型鋼立柱由寬翼緣H型 鋼（寬 翼350×350厚度 19mm）及板材（鋼板10mm厚）焊接而成，型鋼立柱根部設(shè)置柱腳板，采用M32高強(qiáng)螺栓與結(jié)構(gòu)樓板連接。其作用是作為墻式支座支撐固定點(diǎn)。

（2）水平拉桿

水平拉桿采用 4φ89×7的圓鋼滾壓套絲制作而成。與型鋼柱采用法蘭連接，桿件中間設(shè)置伸縮調(diào)節(jié)絲桿。其作用是連接立柱與內(nèi)縮樓板結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)H型鋼立柱前后位置。

（3）斜向拉桿

采用 4φ89×7成品圓鋼滾壓套絲支座而成。桿件中間設(shè)置伸縮調(diào)節(jié)絲桿，采用M32螺栓與結(jié)構(gòu)樓板連接。其作用是連接H型鋼立柱與底層樓板結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)H型鋼立柱垂直度。

（4）剪刀撐桿件及水平桿件

采用 4φ89×7成品圓鋼滾壓套絲支座而成。與型鋼柱采用法蘭連接，桿件中間設(shè)置調(diào)節(jié)絲桿。其作用是將兩側(cè)H型鋼立柱連接成靜定結(jié)構(gòu)，阻止發(fā)生平面變形。

3.3 預(yù)埋螺栓

采用預(yù)埋式M32高強(qiáng)螺栓，錨固端焊接100mm×100mm×10mm鋼板，錨固深度為200mm。要求螺栓上下兩層位置保持一致，誤差要控制在10mm之內(nèi)，如圖11所示。

圖11 鋼柱主體預(yù)埋連接螺桿示意圖

3.4 支座安裝

采用輕型熱軋12*工字鋼及槽鋼[8、[14等材料組焊而成，采用2道M32高強(qiáng)螺栓與型鋼柱連接。安裝之前，根據(jù)機(jī)位布置圖檢查預(yù)埋螺栓的質(zhì)量。下層集成支座轉(zhuǎn)移到上層時(shí)，首先采用手拉葫蘆吊運(yùn)型鋼立柱，采用雙螺帽及墊片與預(yù)埋螺栓緊固，然后安裝斜拉桿。通過斜拉桿、剛性支撐、柱腳板等與結(jié)構(gòu)樓板或結(jié)構(gòu)梁連接組成穩(wěn)定整體體系，增強(qiáng)型鋼立柱受力穩(wěn)定性，作為附著提升腳手架無(wú)附著點(diǎn)處的爬架支座。

3.5 爬架安裝

確保承重梁、電動(dòng)啟閉機(jī)在適當(dāng)?shù)奈恢?，檢查嵌入內(nèi)部螺栓、預(yù)留螺栓孔的數(shù)量和位置是否符合標(biāo)準(zhǔn)。將軸承鋼托、斜桿、挑梁、電葫蘆、支架管、扣件等準(zhǔn)備好。爬架高度符合標(biāo)準(zhǔn)，通常為標(biāo)準(zhǔn)層4層高度。

3.6 調(diào)試

按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)爬架相關(guān)部件進(jìn)行測(cè)試（100%測(cè)試）。

（1）澆筑混凝土之前，要確保預(yù)埋螺栓的安裝質(zhì)量。通過扎絲捆綁、焊接等方式，保證預(yù)埋螺栓與鋼筋連接牢固。澆筑混凝土過程中，要注意預(yù)埋螺栓位置，防止振搗過程中造成預(yù)埋螺栓位置偏移。

（2）預(yù)埋螺栓位置澆筑的混凝土面要保持平整，確保型鋼立柱底面與混凝土面接觸嚴(yán)密，受力均勻。

（3）集成支座吊運(yùn)轉(zhuǎn)層時(shí)，首先確保手拉葫蘆等吊運(yùn)工具自身安全可靠，其次與集成支座連接可靠，方能拆除斜向拉桿螺栓、預(yù)埋螺栓。吊運(yùn)安裝到位后，最后拆除手拉葫蘆等吊運(yùn)工具。

（4）吊運(yùn)轉(zhuǎn)層過程中，集成支座各部件捆綁牢固，防止松散碰撞架體、建筑結(jié)構(gòu)、高空墜物等。

（5）安裝過程中，通過水平尺、卷尺等測(cè)量工具確保集成支座的垂直、水平精度。型鋼立柱底板與混凝土面之間可通過加塞一定厚度的墊板保證安裝精度和接觸面積。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)爬架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其對(duì)具有特殊結(jié)構(gòu)的建筑的適應(yīng)性以及安全性得到較大提高，將有效解決特殊結(jié)構(gòu)建筑難以應(yīng)用爬架的難點(diǎn)。同時(shí)集成爬架支座易操作、簡(jiǎn)單可靠、維修簡(jiǎn)便、可拆卸循環(huán)使用、具有可推廣性和較大的應(yīng)用價(jià)值。