新型施工荷載超限工況下結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)、制造、施工技術(shù)分析

郭遠(yuǎn)遠(yuǎn)，孫振標(biāo)，馬廣生，劉永杰，夏文之

（中建八局第一建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

0 前言

在建筑施工中，施工荷載超限工況下結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系大多通過(guò)扣件式鋼管腳手架支撐體系、直插盤(pán)銷(xiāo)式鋼管支撐體系、碗扣式鋼管支撐體系、承插型盤(pán)扣式腳手架支撐體系和鋼結(jié)構(gòu)支撐體系用于高大支模支撐體系、鋼結(jié)構(gòu)安裝臨時(shí)支架支撐體系、施工荷載超限的結(jié)構(gòu)支撐體系和道路橋涵施工臨時(shí)支撐體系。而扣件式鋼管腳手架支撐體系、直插盤(pán)銷(xiāo)式鋼管支撐體系、碗扣式鋼管支撐體系、承插型盤(pán)扣式腳手架支撐體系的弊端是其承載能力、穩(wěn)定性、系統(tǒng)性、安全性、工效等方面均存在不足，尤其是對(duì)超大荷載和集中荷載滿足不了工況需要，即當(dāng)某一扣件或桿件失穩(wěn)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)體系坍塌，造成安全事故。現(xiàn)介紹本新型施工荷載超限工況下結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系的設(shè)計(jì)、制造、施工技術(shù)在經(jīng)過(guò)系列研究、試驗(yàn)和應(yīng)用后所總結(jié)的技術(shù)，以便應(yīng)用參考。

1 概述

施工荷載超限工況下結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系，是指在已經(jīng)完成的建筑結(jié)構(gòu)樓層梁板上作為承載面，而建筑結(jié)構(gòu)樓層梁板允許荷載不能滿足施工荷載需要而須施加的臨時(shí)支撐體系。其主要支撐形式有兩種，一種是梁下支撐體系，另一種是板下支撐體系。它適用于高度在4～12m、施工平均荷載為1.5 ～270.0kN/m2的施工荷載超限工況下結(jié)構(gòu)的臨時(shí)支撐體系施工，主要構(gòu)配件有輪轂式鋼管束柱、約束總成、異形金屬三弧卡子、承載頂盤(pán)總成、盤(pán)型底座和腳手架鋼管及扣件等。

2 新型施工荷載超限工況下結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)梁支撐式體系設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)梁水平支撐部分應(yīng)經(jīng)過(guò)復(fù)核驗(yàn)算滿足要求方可實(shí)施，結(jié)構(gòu)梁支撐式體系三維示意圖如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)梁支撐式體系三維示意圖

2.2 板底支撐體系構(gòu)造設(shè)計(jì)

板底支撐式體系是指當(dāng)結(jié)構(gòu)板的承載力不足時(shí)，須在結(jié)構(gòu)板底適當(dāng)部位所設(shè)置的臨時(shí)桁架梁或型鋼梁。選用桁架梁或型鋼時(shí)應(yīng)經(jīng)過(guò)復(fù)核驗(yàn)算滿足要求方可實(shí)施，其構(gòu)造見(jiàn)板底支撐式體系三維示意圖（圖2）。

圖2 板底支撐式體系三維示意圖

2.3 主要構(gòu)配件制造

2.3.1 異形金屬三弧卡子制造①開(kāi)模

開(kāi)模應(yīng)雙分型面注塑模，外形長(zhǎng)、寬、厚尺寸允許誤差0.05mm，表面光潔度Ra30～Ra25。其具體尺寸詳見(jiàn)圖3-圖5。

圖3 三弧卡子正視圖

圖4 三弧卡子側(cè)視圖

②制芯

制芯應(yīng)采用熱芯盒，原料應(yīng)采用黏土砂。其濕強(qiáng)度、干強(qiáng)度、熱濕拉強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、殘留強(qiáng)度和潰散性、表面強(qiáng)度、透氣性、發(fā)氣性、流動(dòng)性、可塑性等應(yīng)符合《鑄造用砂及混合料試驗(yàn)方法》（GB 2684-2009）的相應(yīng)規(guī)定。

③造型

造型應(yīng)采用環(huán)保無(wú)塵全自動(dòng)造型機(jī)，其用砂和混合料應(yīng)符合《鑄造用砂及混合料試驗(yàn)方法》（GB 2684-2009）的相應(yīng)規(guī)定。

④熔煉

熔煉所用鋼材的原材料和添加劑和配合比須按照《一般工程用鑄造碳鋼件》（GB/T 11352-2009）和《球墨鑄鐵件》（GB/T 1348-2019）中等級(jí)為Q410-10的球墨鋼鑄件的相應(yīng)規(guī)定，各種其它添加成分應(yīng)控制在含碳量3.0～4.0%、含硅量1.8～2.8%、含錳量0.5～0.8%、含磷量0.4～0.6%、含硫量0.3～0.5%、含稀量0.01%、含鎂量0.03%。

⑤澆注、脫模、清砂、拋丸

應(yīng)控制澆注的溫度高于熔點(diǎn)80℃，脫模、清砂、拋丸應(yīng)采用全自動(dòng)封閉式無(wú)塵環(huán)保脫模機(jī)、清砂機(jī)和拋丸機(jī)處理工藝。

⑥打磨和精加工

打磨一般采用半自動(dòng)機(jī)械打磨鑄件表面的凸出部分。精加工包括銑孔、套絲。銑孔、套絲的精確度應(yīng)滿足《六角頭螺栓全螺紋C 級(jí)》（GB/T 5781-2016）的標(biāo)準(zhǔn)要求。

⑦存儲(chǔ)

存儲(chǔ)前應(yīng)將套絲完成的異形三弧卡子用潤(rùn)滑油涂刷絲口并放置在干燥處。

2.3.2 約束總成制造

①鋼輪轂選擇及總成加工圖

鋼輪轂選擇應(yīng)選擇符合《乘用車(chē)車(chē)輪彎曲和徑向疲勞性能要求及試驗(yàn)方法》（GB/T 5334-2021）標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)合格的材料，等級(jí)為B500CL 的當(dāng)汽車(chē)達(dá)到使用年限而該配件完好的鋼輪轂，鋼輪轂外徑尺寸一般為410mm。

根據(jù)市場(chǎng)資源可供性、經(jīng)濟(jì)性、可操作性、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和構(gòu)造合理性設(shè)計(jì)加工圖，詳見(jiàn)圖6-圖9。

圖6 約束總成正視圖

圖7 約束總成側(cè)視圖

圖8 約束總成水平投影圖

圖9 約束總成三維示意圖

②加工場(chǎng)所

應(yīng)設(shè)在室內(nèi)車(chē)間，并具有通風(fēng)良好、溫控適宜、用電安全的條件，須設(shè)有固定工作臺(tái)、施焊胎架等設(shè)施。工作臺(tái)應(yīng)具有足夠的支撐力，臺(tái)面須用不低于8mm的鋼板鋪平，不得有凹凸起伏，平整度控制在0.5mm以內(nèi)滿足操作及安全為宜。

③異形金屬三弧卡子焊接

焊接須用在鋼輪轂上焊接異形金屬三弧卡子，并且必須置于施焊胎架上，先逐一點(diǎn)焊牢固，然后逐一圍焊，焊腳控制在4mm左右。

2.3.3 承載頂盤(pán)總成、盤(pán)型底座總成制造

①加工圖

承載頂盤(pán)總成加工圖如圖10-圖13 所示，盤(pán)型底座總成加工圖如圖14-圖17所示。

圖10 盤(pán)型底座總成正視圖

圖11 盤(pán)型底座總成側(cè)視圖

圖13 盤(pán)型底座總成三維示意圖

圖14 盤(pán)型底座總成正視圖

圖15 盤(pán)型底座總成側(cè)視圖

圖16 盤(pán)型底座總成水平投影圖

圖17 盤(pán)型底座總成三維示意圖

盤(pán)型底座總成和承載頂盤(pán)總成制造應(yīng)采取工廠化。制造時(shí)應(yīng)設(shè)有工作臺(tái)，工作臺(tái)上應(yīng)設(shè)置有施焊定位模具，確保位置準(zhǔn)確。

②下料

為確保承載鋼板下料尺寸精確，宜采用激光切割下料，同時(shí)按照設(shè)計(jì)圖將吊裝孔、約束套管定位孔切割完畢。盤(pán)型底座總成的約束套管用DN40 鋼管切割而成，承載頂盤(pán)總成束套管用DN48鋼管切割而成，約束套管定位孔的直徑應(yīng)大于約束套管2mm。

③施焊

焊條采用E500焊條，焊接時(shí)將約束套管插入承載鋼板的約束套管定位孔位內(nèi)并將一端保持與鋼板平齊，垂直狀態(tài)進(jìn)行圍焊，焊腳4mm。

④防腐和儲(chǔ)運(yùn)

盤(pán)型底座總成和承載頂盤(pán)總成應(yīng)做防腐并分類碼放運(yùn)輸。

⑤高度調(diào)節(jié)桿制造

高度調(diào)節(jié)桿由實(shí)芯螺桿和特制螺母組成。特制螺母的材質(zhì)應(yīng)采用等級(jí)為Q410-10 的球墨鋼。實(shí)芯螺桿的材質(zhì)為Q235，制造精度為C 級(jí)，直徑40mm，螺距6mm，螺槽寬2.5mm，螺槽深2.5mm，螺牙角60°，螺旋角5°，螺桿與螺母之間配合間隙0.5mm，壓縮比0，長(zhǎng)徑比1/10。

3 施工荷載超限工況下結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系施工

3.1 工況分析與方案確定

3.1.1 工況分析

施工前應(yīng)根據(jù)施工荷載和支撐體系自重驗(yàn)算結(jié)構(gòu)安全。在計(jì)算施工荷載時(shí)移動(dòng)荷載安全系數(shù)應(yīng)選擇1.25～1.35，其它活荷載安全系數(shù)應(yīng)選擇1.25，移動(dòng)荷載加其它活荷載安全系數(shù)應(yīng)選擇1.5。對(duì)承受施工荷載的鋼筋混凝土構(gòu)件還應(yīng)建立模型對(duì)梁（板）的撓度和裂縫進(jìn)行有限元分析，梁（板）的下?lián)峡偭坎坏么笥跇?gòu)件跨度的1/400，裂縫寬度不得大于0.2mm，對(duì)持力層屬于樓層結(jié)構(gòu)的也應(yīng)進(jìn)行有限元分析。

還應(yīng)針對(duì)建筑構(gòu)件的標(biāo)高、軸線、幾何尺寸、周邊環(huán)境、水平與垂直運(yùn)輸機(jī)械選用、擬劃分施工流水段等進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)工況的分析確定支撐體系的平面布置、體系搭設(shè)高度、施工流水段、工期計(jì)劃、需用材料數(shù)量、鋼管束柱組裝場(chǎng)地、水平運(yùn)輸機(jī)械配備、垂直運(yùn)輸機(jī)械配備、人力資源配備等。

3.1.2 方案確定

根據(jù)3.1 的分析在2.1 中選擇形式并嚴(yán)格按照荷載選用表（表1）確定相應(yīng)的支撐體系。

表1 荷載選用表

3.2 鋼管束柱組裝、吊裝安裝、支撐體系搭設(shè)和支撐體系拆除

鋼管束柱組裝應(yīng)根據(jù)確定的平面布置、體系搭設(shè)高度、施工流水段、工期計(jì)劃、需用材料數(shù)量、鋼管束柱組裝場(chǎng)地進(jìn)行，其組裝方法步驟如下。

3.2.1 場(chǎng)地

場(chǎng)地應(yīng)平整、堅(jiān)實(shí)、雨季無(wú)積水，須充分考慮原材料的堆放用地、組裝用地、碼放用地和水平運(yùn)輸?shù)缆贰?/p>

堆放用地的面積應(yīng)滿足不同長(zhǎng)度的鋼管分類堆放和配件分類堆放的條件，鋼管束柱組裝用地應(yīng)滿足勞動(dòng)力配備分組操作和組裝長(zhǎng)度的需求（應(yīng)大于組合柱長(zhǎng)度的2m），碼放用地面積應(yīng)根據(jù)組裝進(jìn)度和吊裝進(jìn)度的需求設(shè)定（碼放高度不得大于三層），水平運(yùn)輸?shù)缆返膶挾炔坏眯∮?m。

3.2.2 彈線

按照鋼管束柱柱身長(zhǎng)度測(cè)量出兩端點(diǎn)并在場(chǎng)地上標(biāo)注，將兩端點(diǎn)連線并彈出柱身中心線，按照柱身總長(zhǎng)度每1m（±0.05m）彈出與柱身中心線垂直的線段（線段長(zhǎng)度約為1m）。

3.2.3 放置約束總成

將鋼管束柱所需約束總成全部按照線段豎向放置并對(duì)準(zhǔn)中心位置放置穩(wěn)固。

3.2.4 固定鋼管

按照約束總成上的異形金屬三弧卡子的位置將每?jī)筛摴転橐唤M用螺栓擰緊，力矩控制在130N/m 左右，將柱身邊滾動(dòng)邊安裝鋼管，依次安裝完畢。

3.2.5 安放盤(pán)型底座總成

當(dāng)柱身安裝完畢，先將盤(pán)型底座總成安裝在柱身一端作為下端并臨時(shí)固定。

3.2.6 鋼管束柱吊裝及體系搭設(shè)

鋼管束柱吊裝及體系搭設(shè)應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。長(zhǎng)度小于8m 的束柱可用不低于10kN 升力的旋轉(zhuǎn)臂叉車(chē)插運(yùn)和豎向放置，長(zhǎng)度大于等于8m 的束柱應(yīng)用大型垂直運(yùn)輸機(jī)械吊裝。體系的搭設(shè)應(yīng)按照下列順序進(jìn)行。

①豎向支撐體系吊裝搭設(shè)一：當(dāng)束柱高≤8m 時(shí)，每吊裝就位一根束柱應(yīng)將斜撐、水平拉桿安裝完畢再脫鉤。相鄰束柱吊裝就位后應(yīng)與第一根束柱連接水平拉桿并安裝完斜撐再脫鉤，以此類推。在安裝斜撐、水平拉桿的同時(shí)應(yīng)吊垂直。

②豎向支撐體系吊裝搭設(shè)二：當(dāng)8m＜束柱高≤12m 時(shí)，每吊裝就位一根束柱子應(yīng)將斜撐、水平拉桿與已完成結(jié)構(gòu)柱連接牢固后再脫鉤。相鄰束柱吊裝就位后待與第一根束柱連接水平拉桿、安裝斜撐與已完成結(jié)構(gòu)柱連接牢固后再脫鉤，以此類推。在安裝斜撐、水平拉桿和與已完成結(jié)構(gòu)柱連接的同時(shí)應(yīng)吊垂直。束柱間距≥5m 時(shí)，束柱與束柱之間可設(shè)置一根立管，用于防止水平拉桿下?lián)稀Ｋ嚼瓧U和與已完成結(jié)構(gòu)柱連接桿可先連接上、中、下三點(diǎn)后再補(bǔ)裝其它連接桿，補(bǔ)連接桿應(yīng)遵循先自下而上的原則。

③豎向支撐體系吊裝搭設(shè)完畢再安裝承載頂盤(pán)總成并按設(shè)計(jì)標(biāo)高微調(diào)準(zhǔn)確。

3.2.7 支撐體系拆除步驟

①先向下微調(diào)承載頂盤(pán)總成將模板拆除。

②拆除承載頂盤(pán)總成。

③拆除單元束柱。從一端將即將拆除的束柱用繩子先固定在相鄰束柱上，然后將水平拉接桿與已完成結(jié)構(gòu)柱連接桿、剪刀撐、斜撐拆除，用滑輪或倒鏈緩緩將束柱向無(wú)障礙方放平，水平運(yùn)出。當(dāng)空間不足時(shí)，可將較長(zhǎng)的束柱解成若干段放平或直接將束柱解體，以此類推，直至全部完成。

④運(yùn)儲(chǔ)。當(dāng)拆除的束柱需要再次周轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)用機(jī)械運(yùn)至指定地點(diǎn)，重復(fù)使用；當(dāng)無(wú)需周轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)將束柱全部解體，并將鋼管、約束總成、承載頂盤(pán)總成、盤(pán)型底座、異形金屬三弧卡子、鋼管扣件、螺栓分類運(yùn)儲(chǔ)。入庫(kù)前應(yīng)將約束總成上所焊接的異形金屬三弧卡子絲牙部分、扣件螺桿等做防腐潤(rùn)滑保護(hù)。

⑤束柱吊裝時(shí)，吊點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在上端1/4 處，鋼絲繩應(yīng)采用捆綁式，嚴(yán)禁從束柱橫向穿過(guò)鋼絲繩起吊。

4 結(jié)語(yǔ)

新型施工荷載超限工況下結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)、制造、施工技術(shù)一定程度上解決了傳統(tǒng)的支撐力不足、穩(wěn)定性差、成本高昂、高空作業(yè)多、周轉(zhuǎn)性不強(qiáng)的弊端，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，應(yīng)用前景十分廣闊。