裝配式超長外掛防護(hù)三角架應(yīng)用技術(shù)

馬愛麗，靳樊華，孫夢楠

(濟(jì)南一建集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250132)

0 引言

裝配式建筑構(gòu)件的工業(yè)化預(yù)制,能夠減少現(xiàn)澆混凝土墻體的質(zhì)量通病,增加了構(gòu)件的耐久性,且大幅減少施工現(xiàn)場人員高空操作時間,提高了施工人員的安全性,加快工期進(jìn)度,較之傳統(tǒng)方式進(jìn)度平均提高30%左右[1],符合國家綠色節(jié)能的建筑理念,因此建筑工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化是我國住宅建筑的大勢所趨。為提高裝配式建筑施工中門窗洞口超寬處外防護(hù)三角架體的搭設(shè)速度,縮短了施工工期,計劃采用裝配式超長外掛防護(hù)三角架進(jìn)行施工過程外側(cè)周圍的安全圍護(hù),并進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力驗(yàn)算及現(xiàn)場模擬試驗(yàn)進(jìn)行受力驗(yàn)證。

1 超長外掛防護(hù)三角架構(gòu)造設(shè)計

普通外掛架不得超過1 500 mm,裝配式超長外掛防護(hù)三角架最長可達(dá)2 550 mm。裝配式超長外掛防護(hù)三角架由三角形主架、角鋼平臺、木腳手板、鋼防護(hù)網(wǎng)等組成,每榀防護(hù)三角架兩端各采用一套三角形主架與鋪設(shè)其上的L50×3的角鋼平臺架體焊接成型,平臺上鋪設(shè)木制腳手板,外沿焊接鋼管防護(hù)網(wǎng)形成封閉操作平臺,并采用M8.8級高強(qiáng)螺栓通過預(yù)留孔與裝配式預(yù)制混凝土墻體進(jìn)行連接。

1.1 三角形主架及超長角鋼平臺

三角形主架采用60 mm×30 mm×3 mm槽鋼焊接成型,三角形主架寬度為700 mm,貼墻固定的主槽鋼上端打孔,用以固定穿墻高強(qiáng)螺栓。角鋼平臺寬0.7 m、按最長跨度為2 300 mm,長度方向采用兩根間距700 mm的L50×3 mm角鋼做托架;寬度方向在角鋼托架之上設(shè)置間距300 mm的Φ14短鋼筋,與角鋼托架焊接成操作平臺。

1.2 腳手板

外掛防護(hù)三角形主架操作平臺上部滿鋪木制多層板15 mm厚,用電動手槍鉆將5號自攻絲與角鋼骨架固定牢固。

外掛防護(hù)三角形主架腳手板對接鋪設(shè),接頭處設(shè)置短三級鋼鋼筋進(jìn)行架體加強(qiáng),兩榀架體水平間距小于50 mm。外掛防護(hù)三角架立面布置圖如圖1所示。

1.3 防護(hù)網(wǎng)

平臺外側(cè)立面防護(hù)網(wǎng)采用規(guī)格2 000 mm×1 500 mm的鋼網(wǎng)片,焊接固定在φ48.3 mm×3.6 mm鋼管護(hù)欄上,鋼管護(hù)欄附焊在平臺槽鋼上。兩榀架體端部應(yīng)用鋼管及鋼板網(wǎng)進(jìn)行封閉防護(hù)。

1.4 高強(qiáng)螺栓固定

在三角形主架的槽鋼上端打孔,使用M8.8級φ25 mm高強(qiáng)螺栓固定與主體結(jié)構(gòu)連接。

2 超長外掛防護(hù)三角架搭設(shè)步驟

2.1 工藝流程

吊裝施工層預(yù)制墻體坐漿并安裝→復(fù)核預(yù)制墻板預(yù)留孔→拆除并吊裝下層外掛防護(hù)三角架→吊裝并安裝施工層外掛防護(hù)三角架。

2.2 復(fù)核外掛防護(hù)三角架預(yù)留孔

搭設(shè)外掛防護(hù)三角架前,復(fù)核墻體預(yù)制構(gòu)件的預(yù)留孔洞進(jìn)行清理,保證預(yù)留孔通順、預(yù)留位置正確;如有偏差,及時打孔調(diào)整,檢查無誤后,再進(jìn)行外掛防護(hù)三角架的吊裝和安裝。

2.3 外掛防護(hù)三角架吊裝及安裝

外掛防護(hù)三角架預(yù)留眼清理調(diào)整→拆除下一層外掛防護(hù)三角形架體→吊裝本層外掛防護(hù)三角架→外掛防護(hù)三角架調(diào)試就位→安裝高強(qiáng)螺栓→螺栓初擰緊→外掛防護(hù)三角架微調(diào)→螺栓終擰安裝完成→驗(yàn)收合格使用。

3 安裝質(zhì)量驗(yàn)收及安全防護(hù)要求

3.1 安裝質(zhì)量驗(yàn)收

1)每提升一層外掛防護(hù)三角架后應(yīng)有安全人員驗(yàn)收外掛防護(hù)三角架立桿垂直度偏差,合格后方能使用。

2)檢查事項(xiàng):a.安裝前,檢查扣件是否松動,若松動及時擰緊再進(jìn)行操作。b.檢查沖孔網(wǎng)與鋼管之間綁扎是否牢固,若出現(xiàn)松動馬上進(jìn)行綁扎。c.檢查腳手板是否有脫落現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)及時處理。d.檢查腳手板的搭接情況,禁止其移位。e.檢查鋼管與三角架焊接的焊縫質(zhì)量,有明顯裂紋時禁止下步操作,補(bǔ)焊;檢查三角架之間的焊縫是否符合要求。f.檢查螺栓預(yù)留孔周邊是否出現(xiàn)裂紋,如有裂紋應(yīng)馬上更換三角架。g.檢查螺栓的強(qiáng)度,是否出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象,及時更換不合格螺栓。檢查螺栓與結(jié)構(gòu)連接數(shù)量、位置是否正確,連接是否牢固、有無松動現(xiàn)象。

3.2 安全防護(hù)

1)三角形防護(hù)架安裝時建筑物操作層臨邊四周無圍護(hù)結(jié)構(gòu)時,必須設(shè)置三道1 500 mm高的防護(hù)欄桿。

2)外掛防護(hù)三角架安裝完成,其外側(cè)采用架管及防護(hù)沖孔網(wǎng)封嚴(yán),與結(jié)構(gòu)外墻間縫隙符合規(guī)范要求。三角架體底面跳板鋪設(shè)牢固嚴(yán)密,不得有探頭板。

3)防護(hù)三角架安裝驗(yàn)收合格后,所有外側(cè)模板方可拆除,拆除三角掛架前將所有外墻模板及支撐拆除干凈。高處作業(yè)嚴(yán)禁拋擲物料。

4)防護(hù)三角架防護(hù)網(wǎng)有破損松動的及時修整及更換。

4 超長外掛防護(hù)三角架受力驗(yàn)算

本計算書參考GB 50017—2020鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、JGJ 202—2010建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范,JGJ 130—2021建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范。外掛防護(hù)三角架示意圖如圖2所示。

4.1 超長外掛防護(hù)三角架計算參數(shù)

4.1.1 基本參數(shù)

按三角架縱向間距l(xiāng)a最大為2 300 mm計算;外掛防護(hù)三角架寬度700 mm;超長外掛防護(hù)三角架采用[60 mm×30 mmm×3 mm厚槽鋼;連接采用M8.8級高強(qiáng)螺栓。與L50×3 mm的角鋼平臺焊接成一體,角鋼平臺長度2 300 mm,角鋼上焊接14的三級短鋼筋,鋼筋間距300 mm,形成平臺骨架,面層鋪設(shè)木模板,進(jìn)行滿鋪。三角架鋼管外圍護(hù)架焊接鋼板網(wǎng),鋼板網(wǎng)搭設(shè)高度1 500 mm。

4.1.2 荷載參數(shù)

防護(hù)用沖孔網(wǎng)自重為2.24 kg/m2,操作平臺采用木模板自重為0.20 kN/m2,施工均布荷載為0.8 kN/m2,L50×3 mm的角鋼2.05 kg/m,48.3 mm×3.6 mm鋼管3.968 kg/m,[60 mm×30 mm×3 mm厚槽鋼2.68 kg/m,直徑14 mm鋼筋1.208 kg/m。

4.2 超長外掛防護(hù)三角架計算

超長外掛防護(hù)三角架計算時,以按單跨三角架計算,按桁架結(jié)構(gòu)模型,各桿件間按鉸接點(diǎn)計算。并將掛架上荷載轉(zhuǎn)化為集中力,進(jìn)行計算結(jié)果合格,符合安全規(guī)范要求。

最長2 300 mm外掛防護(hù)三角架自重:

角鋼質(zhì)量:2.05×2.3×2=9.43 kg。

三角架質(zhì)量:2.68×2.38×2=12.76 kg。

鋼管及卡扣外防護(hù)架質(zhì)量:(1.5×3+2.3×3)×3.968+2.5×3=55.74 kg。

防護(hù)用鋼板網(wǎng)自重為2.24 kg/m2。

鋼筋骨架:7.61 kg。

上人活荷載:0.8 kN/m2。

4.2.1 荷載計算

將荷載均轉(zhuǎn)化為面荷載進(jìn)行計算:

1)操作人員荷載q1=0.8 kN/m2。

2)三角架、鋼筋骨架、角鋼、防護(hù)鋼管自重為:

q2=(12.76+7.61+9.43+55.74)×10/(1 000×2.3×0.7)= 0.53 kN/m2。

3)鋼板網(wǎng)自重q3=1.5×2.3×2.24×10/(1 000×2.3×0.7)=0.048 kN/m2。

4)面板自重q4=0.200 kN/m2。

5)總荷載q=1.2×(q2+q3+q4)+1.4×q1=2.05 kN/m2。

4.2.2 計算簡圖

計算時考慮最不利情況,即荷載的分布偏于外掛防護(hù)三角架外側(cè)時,單位面積上的荷載化為節(jié)點(diǎn)集中荷載,P=q×0.7×2.3/2=1.65 kN。

4.2.3 桿件內(nèi)力計算

以最不利的情況桿件內(nèi)力進(jìn)行強(qiáng)度校核,計算過程及結(jié)果如下:

1)掛架的支座反力:

RAV=P1=1.65 kN;RAH=RBH=P1=1.65 kN。

2)各桿件的軸向力計算,用截面法,求出桁架中各桿件的軸向力。

根據(jù)桁架各桿件的幾何關(guān)系可知:

θ=arctan(H/l)=45.0°。

S1=P1=1.65 kN(拉桿)。

S2=-P/sinθ=-2.33 kN(壓桿)。

S3=-RBH/sinθ=2.33 kN(拉桿)。

3)截面強(qiáng)度驗(yàn)算:

對于①桿件,桿件承受拉力,S1=1.65 kN,采用的材料為槽鋼,截面面積為A=3.42 cm2。

考慮到桿件之間連接的焊縫有一定的偏心,其容許內(nèi)力乘以0.95的折減系數(shù)。

σ=S1/A=1 650/342=4.82 N/m2<0.95f=0.95×215=204.250 N/m2。

桿件材料的強(qiáng)度能夠滿足要求。

對于②桿件,桿件承受壓力,其最大內(nèi)力S3=2.33 kN,采用的槽鋼截面面積為A=3.42 cm2。

桿件材料的長細(xì)比λ=l0/i=54.49<[λ]=150。

σ=2.33/(φ×A)=7.6 N/m2<0.95f=0.95×215=204.250 N/m2。

故②桿件在強(qiáng)度和容許長細(xì)比方面均滿足要求。

對于桿件③,桿件承受拉力,S3=2.33 kN,采用的材料槽鋼截面面積為A=3.42 cm2。

桿件材料的受拉應(yīng)力為:

σ=S3/A=2 330/342.00=6.81 N/m2<0.95f=0.95×215=204.250 N/m2。

桿件材料的強(qiáng)度能夠滿足要求。

桿件的計算長度為:l0=H=0.7×700=490 mm。

材料的長細(xì)比λ=l0/i=26.97<[λ]=400。

4.2.4 焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算

取腹桿中內(nèi)力最大的桿件S3進(jìn)行計算,S3=2.33 kN。

σ=2.33×1 000/(60×2.1)=18.49 N/m2<160 N/m2。

焊縫的強(qiáng)度符合規(guī)范要求。

4.2.5 支座強(qiáng)度驗(yàn)算

1)支座A采用φ25掛架螺栓強(qiáng)度等級為8.8。

Nt=RAH/A=
1 650/490.625=3.37 N/m2<800.000 N/m2。

螺栓的受拉應(yīng)力符合規(guī)范要求。

對掛架螺栓受剪驗(yàn)算:

Nv=RAv/A=1 650/490.625=3.37 N/m2<640.000 N/m2。

螺栓的受剪應(yīng)力符合規(guī)范要求。

對于同時承受桿軸方向拉力和剪力的普通螺栓,將數(shù)據(jù)代入公式計算得到0.062 0<1,螺栓的綜合應(yīng)力滿足要求。

2)支座處混凝土的局部受壓驗(yàn)算。

σ=RAH/A=1 650/10 000.00=0.165 N/m2

混凝土的承載力符合安裝掛架時規(guī)范要求。

5 裝配式超長外掛防護(hù)三角架現(xiàn)場模擬受力試驗(yàn)

5.1 現(xiàn)場模擬超長外掛防護(hù)三角架受力試驗(yàn)方法

現(xiàn)場采用2根工字鋼作為支撐和配重,再逐漸加47 kg 配重進(jìn)行試驗(yàn),模擬外墻掛架上部操作平臺以及外部防護(hù)情形(見圖3)。

本模擬試驗(yàn)采用的配重:6 m 18號工字鋼2根,24.1×6×2=289.2 kg。

7塊47 kg標(biāo)準(zhǔn)配重塊的質(zhì)量:7×47=329 kg。

2個三角架的質(zhì)量:2×2.68×2.38=12.76 kg。

總質(zhì)量為289.2+329+12.76=630.96 kg。

630×10/1 000=6.3 kN,則一個三角架承擔(dān)的重量為P1′=3.15 kN。

因P1′=3.15 kN大于《外墻掛架施工方案》中的計算總荷載P1=1.65 kN,若試驗(yàn)后架體保存完好,功能使用正常,并未出現(xiàn)彎曲斷裂情況,則證明三角架能夠承擔(dān)荷載,符合現(xiàn)場施工要求。

5.2 現(xiàn)場模擬超長外掛防護(hù)三角架試驗(yàn)過程

1)安裝架體;2)增加荷載;3)加載完成后觀察測量架體變形情況;4)加載完成。

5.3 超長外掛防護(hù)三角架模擬試驗(yàn)記錄

模擬試驗(yàn)記錄表見表1。

表1 模擬試驗(yàn)記錄表

5.4 超長外掛防護(hù)三角架模擬試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

1)試驗(yàn)結(jié)果:從試驗(yàn)的記錄過程以及試驗(yàn)的后期情況,可以看出裝配式混凝土超長外掛防護(hù)三角架加載完成后變形符合規(guī)范要求,架體功能正常,并未出現(xiàn)架體的扭曲或斷裂情況。

2)試驗(yàn)結(jié)論:在大于本工程荷載的情況下,架體能夠保持力學(xué)性能未受到破壞。因此在試驗(yàn)的證明下,本方案設(shè)計的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)超長外掛防護(hù)三角架滿足施工要求,能夠保證安全性能。

6 結(jié)語

設(shè)計一種適用于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)外墻圍護(hù)施工的裝配式超長外掛防護(hù)三角架,并進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力驗(yàn)算及現(xiàn)場模擬試驗(yàn),試驗(yàn)及驗(yàn)算結(jié)果符合設(shè)計及施工要求。裝配式超長外掛防護(hù)三角架具有安全性好、質(zhì)量輕、易安裝、周轉(zhuǎn)使用率高等優(yōu)點(diǎn),在和平大院及融匯城·錦繡里三期房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目中成功應(yīng)用,有效提高了施工效率,并可在同類型工程中推廣使用,具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。