拉桿式型鋼懸挑腳手架在工程施工中的應(yīng)用

王 熙

（中鐵十八局集團(tuán) 第四工程有限公司，天津 300350）

隨著城市化進(jìn)程的加快，建筑施工規(guī)模不斷擴(kuò)大，高空作業(yè)的要求越來(lái)越高，各種類型的腳手架應(yīng)運(yùn)而生。拉桿式型鋼懸挑腳手架是目前高層建筑施工中常使用的腳手架形式。該類型腳手架由拉桿、型鋼、懸挑梁等組成，其中，拉桿是懸挑梁的支撐結(jié)構(gòu)，型鋼是懸挑梁與底座的連接結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)腳手架，拉桿式型鋼懸挑腳手架具有承載力強(qiáng)、耗材量少，安裝、拆除方便靈活，周轉(zhuǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，且可實(shí)現(xiàn)輕量化操作，搭設(shè)安裝時(shí)無(wú)需穿透結(jié)構(gòu)樓板，室內(nèi)滲漏隱患少，非常契合現(xiàn)代化高層建筑施工的要求。本文以蘇州吳韻青秀項(xiàng)目施工為例，探析拉桿式型鋼懸挑腳手架在高層建筑工程中的應(yīng)用，以期為實(shí)際工程施工提供參考和借鑒。

1 工程概述

蘇州吳韻春秀項(xiàng)目占地面積為13 876 m2，容積率3～4，建筑密度20 %，綠化率30 %，地上建筑面積55 504.00 m2，地下建筑面積22 610.98 m2，共計(jì)78 114.98 m2。建筑面積約79 000 m2，住宅約40 000 m2，寫字樓約15 500 m2。工程結(jié)構(gòu)類型包括剪力墻、框架剪力墻、框架等結(jié)構(gòu)體系。具體如下：1#辦公樓為框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系；2#和4#樓為剪力墻結(jié)構(gòu)體系；3#樓為26 層地上剪力墻結(jié)構(gòu)體系；5#配套用房（辦公樓）為2 層框架結(jié)構(gòu)體系；6#開(kāi)閉所為1 層框架結(jié)構(gòu)體系；地庫(kù)分為人防和非人防地庫(kù)，均為框架結(jié)構(gòu)體系。

2#、3#、4#樓為住宅，涉及PC 構(gòu)件，采用拉桿式型鋼懸挑腳手架。2#樓（除東側(cè)）、3#樓（除西側(cè)及南側(cè)）、4#樓（除東側(cè)及南側(cè)）以及5#、6#樓采用雙排腳手架落在地下室頂板上；2#樓東側(cè)、3#樓西側(cè)及南側(cè)、4#樓東側(cè)及南側(cè)采用雙排腳手架落在擋土墻外側(cè)筏板基礎(chǔ)上，待回填土完成后再落在硬化地面上；2#、4#樓完成五層頂板后開(kāi)始搭設(shè)懸挑架，由六層底板起挑；3#樓完成三層頂板后開(kāi)始搭設(shè)懸挑架，由四層底板起挑。具體樓棟平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 樓棟平面布置

2 拉桿式型鋼懸挑腳手架的施工要點(diǎn)

案例工程工期緊，施工質(zhì)量和安全性要求高，拉桿式型鋼懸挑腳手架的設(shè)置要求結(jié)構(gòu)安全可靠、造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理，并在規(guī)定條件下及使用期限內(nèi)，充分保障預(yù)期安全性和耐久性[1]。因此，拉桿式型鋼懸挑腳手架的搭設(shè)材料需滿足可多次周轉(zhuǎn)利用及便于保養(yǎng)維修等施工要求；結(jié)構(gòu)選型要保證受力明確、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、構(gòu)造措施全面、升降搭設(shè)拆除方便。

2.1 主桿搭設(shè)

結(jié)合落地腳手架基層涉及范圍和場(chǎng)地條件，采用土質(zhì)較好的回填土回填至周邊，并將場(chǎng)地充分夯實(shí)，密實(shí)度須達(dá)0.93。墊層采用C15 混凝土澆筑，墊層厚度不低于10 cm。由架體內(nèi)側(cè)向外側(cè)帶1.5 %坡度，以利排水，墊層由最外邊的結(jié)構(gòu)向外側(cè)拓寬1.5 m。立桿基礎(chǔ)需鋪設(shè)腳手板或采取其他支墊措施，操作示意如圖2 所示。

圖2 立桿基礎(chǔ)鋪設(shè)（單位：mm）

為確保拉桿式型鋼懸挑腳手架的穩(wěn)定性，要牢牢擰緊型鋼螺栓，保證懸挑架具有良好的承載力。合理控制立桿間距，縱向間距1.5 m，橫向間距0.9 m，步距1.8 m，立桿與建筑外邊緣的間距約控制為0.3 m[2]。拉桿式型鋼懸挑腳手架底部立桿需采用不同長(zhǎng)度的鋼管進(jìn)行參差布置，保證鋼管立桿的對(duì)接接頭能交錯(cuò)布置，錯(cuò)距在高度方向需大于50 cm，且相鄰接頭嚴(yán)禁布置在同步和同跨中[3]。懸挑梁的工字鋼端頭130 mm 處需焊接定位筋，立桿插入此定位筋以防偏移。立桿安裝中最大的垂直度偏差不能超過(guò)拉桿式型鋼懸挑腳手架高度的1/400。工程結(jié)構(gòu)層高3 m，外立面較規(guī)整，無(wú)線條構(gòu)造，拉桿式懸挑腳手架立面如圖3 所示。

圖3 懸挑腳手架立面

2.2 橫桿設(shè)置

本工程拉桿式型鋼懸挑腳手架的橫桿分為大橫桿和小橫桿。其中，大橫桿在腳手架高度方向的間距要控制在1.8 m 左右，以便掛設(shè)立網(wǎng)，大橫桿需布置在立桿里側(cè)，每側(cè)外伸長(zhǎng)度不超過(guò)100 mm。外架需在立桿和大橫桿交叉點(diǎn)處設(shè)置小橫桿，兩端須固定在立桿上，以形成一個(gè)穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)受力體系[4]。

2.3 剪刀撐

當(dāng)拉桿式型鋼懸挑腳手架的高度超過(guò)24 m時(shí)，在外側(cè)全立面上布設(shè)連續(xù)剪刀撐；低于24 m時(shí)，在外側(cè)兩端、轉(zhuǎn)角位置及中間位置，每隔15 m在立面上各設(shè)置一道剪刀撐，從底部開(kāi)始，逐步向上布設(shè)連續(xù)剪刀撐。案例工程每挑搭設(shè)高度均未超過(guò)20 m，采用剪刀撐連續(xù)布置方式，布置示意圖如圖4 所示。

圖4 剪刀撐布設(shè)施工示意

為確保拉桿式型鋼懸挑腳手架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，每道剪刀撐之間的寬度應(yīng)不少于4 跨，不小于6 m，斜桿與地面間的傾角應(yīng)為45°～60°[5]。剪刀撐斜桿的連接有搭接和對(duì)接兩種方式。本工程采用搭接方式，搭接長(zhǎng)度不小于1 m，使用至少3 個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的扣件進(jìn)行緊固，端部扣件蓋的邊沿與桿端的間距不小于100 mm。一字型、開(kāi)口型雙排架的兩個(gè)斷口處均要設(shè)水平對(duì)角支撐；架身超過(guò)24 m時(shí)，須在架身的轉(zhuǎn)角和中部，每六跨段設(shè)一個(gè)交叉對(duì)角支撐。橫向斜撐應(yīng)在同一節(jié)段上，從下往上按“之”字形排列，并將斜撐與內(nèi)、外兩根較大的橫桿連接在一起。

2.4 鋼笆網(wǎng)和腳手板鋪設(shè)

為保證拉桿式型鋼懸挑腳手架上施工人員的人身安全，避免因施工工具和材料掉落而引發(fā)高空傷人事件，在拉桿式型鋼懸挑腳手架上每步均須鋪滿鋼笆網(wǎng)，腳手片通過(guò)12～14#鉛絲雙股并聯(lián)綁扎，且不能少于4 個(gè)點(diǎn)，綁扎及交接須平整牢固[6]。鋼笆網(wǎng)安裝時(shí)要垂直墻面橫向鋪設(shè)，滿鋪到位，無(wú)法滿鋪的位置必須采取有效的防護(hù)措施，如鋪設(shè)跳板。鋪設(shè)時(shí)要選擇完好無(wú)損的腳手片進(jìn)行安裝，發(fā)現(xiàn)破損及時(shí)更換。

2.5 連墻桿安裝

本工程拉桿式型鋼懸挑腳手架和建筑物按照兩步兩跨進(jìn)行設(shè)置，拉結(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)及頂部位置需進(jìn)行加密處理，在轉(zhuǎn)角1 m 范圍內(nèi)，可沿水平方向每隔30 cm 布設(shè)一個(gè)拉結(jié)點(diǎn)。每個(gè)拉結(jié)點(diǎn)必須保證牢固有效，以免發(fā)生移動(dòng)變形，且拉結(jié)點(diǎn)需布置在外架大小橫桿連接位置[7]。外墻裝置階段的拉結(jié)點(diǎn)布設(shè)要求相同。若因施工需要，原拉結(jié)點(diǎn)被去除，則要重新補(bǔ)設(shè)，以提升拉桿式型鋼懸挑腳手架拉結(jié)的有效性。因工程部分外立面為剪力墻，需預(yù)埋PVC 管，待混凝土澆筑符合強(qiáng)度要求后再進(jìn)行拉結(jié)，墻體拉結(jié)平面圖見(jiàn)圖5。

圖5 墻體拉結(jié)平面示意（單位：mm）

2.6 架體內(nèi)部封閉施工

拉桿式型鋼懸挑腳手架與建筑物的間距控制在300 mm 左右。當(dāng)間隙不足300 mm 時(shí)，可采用安全兜網(wǎng)進(jìn)行處理[8]，不得留有縫隙；當(dāng)間隙超過(guò)300 mm 時(shí)，采用鋼笆網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)處理；若間隙過(guò)大，需要通過(guò)靠近墻體一側(cè)的橫向水平桿外伸的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)處理。間隙最大不能超過(guò)拉桿式型鋼懸挑腳手架總寬度的40 %。本工程局部轉(zhuǎn)角處的間隙超過(guò)400 mm，要通過(guò)增設(shè)芯桿的方法進(jìn)行填充，每層均需通過(guò)鋪設(shè)鋼笆網(wǎng)、掛設(shè)安全兜網(wǎng)等方法，調(diào)節(jié)拉桿式型鋼懸挑腳手架與建筑物間的間隙，保證間隙滿足要求。拉桿式型鋼懸挑腳手架上每隔6 步距設(shè)置一道剛性封閉防護(hù)腳手板，宜選擇厚度不小于10 mm 的膠合板，安全兜網(wǎng)要層層布設(shè)。施工示意如圖6 所示。

圖6 架體內(nèi)部封閉施工示意

2.7 架體拆除

考慮成本及工期因素，本工程每棟樓僅配置兩套懸挑架材料，第二次懸挑腳手架需要隨著施工進(jìn)度搭設(shè)完成四步架，并經(jīng)驗(yàn)收檢查合格后，拆除第一次搭設(shè)的拉桿式型鋼懸挑腳手架，再依次上翻。拆架遵循先搭后拆，先上再下的順序。

3 拉桿式型鋼懸挑腳手架強(qiáng)度驗(yàn)算

為確保施工安全和質(zhì)量，需對(duì)工程搭設(shè)的拉桿式型鋼懸挑腳手架進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。由于工程案例中2#和4#樓的拉桿式型鋼懸挑腳手架搭設(shè)高度、標(biāo)高均最高，自重荷載、風(fēng)荷載均最大[9]，若2#和4#樓拉桿式型鋼懸挑腳手架搭設(shè)方法可保障施工的安全性、穩(wěn)定性，則必然滿足其他樓施工要求。因此，選取2#、4#樓進(jìn)行單元計(jì)算驗(yàn)證。2#樓和4#樓懸挑立面如圖7 所示，拉桿式型鋼懸挑腳手上拉桿參數(shù)見(jiàn)表1，螺栓參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 拉桿式型鋼懸挑腳手上拉桿參數(shù)

表2 螺栓參數(shù)

圖7 2# 樓和4# 樓懸挑立面示意（單位：m）

3.1 受拉強(qiáng)度驗(yàn)算

1）計(jì)算上拉桿件角度α1

其中，L1為支撐件上下固定點(diǎn)的垂直距離，L1=3 000 mm；L2為支撐件上下固定點(diǎn)的水平距離，L2=1 050 mm。代入式（1）可得上拉桿角度α1=70.71°。

2）計(jì)算上拉桿件支座力RS1

其中，nZ為上拉連接板與建筑物連接螺栓個(gè)數(shù)，nZ=1；R 為支座反力，設(shè)計(jì)R=13.778 kN。代入式（2）可得上拉桿件支座力RS1=13.778 kN。

3）計(jì)算主梁軸向力NSZ1

將R=13.778 kN，α1=70.71°代入式（3），可得主梁軸向力NSZ1=4.822 kN。

4）計(jì)算上拉桿件軸向力NS1

其中，γ0為結(jié)構(gòu)重要系數(shù)，γ0=1.1。將R=13.778 kN，α1=70.71°，γ0=1.1 代入式（4），可得上拉桿件軸向力NS1=16.057 kN。

5）求取上拉桿件的最大軸向拉力NS

（6）計(jì)算軸心受拉應(yīng)力σ

其中，A 為上拉桿截面積，A=314.2 mm2。將NS=16.057 kN，A=314.2 mm2代入式（5）可得軸心受拉應(yīng)力σ=51.104 N/mm2。

由表1 可知，上拉桿材料抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=205 N/mm2。

經(jīng)計(jì)算，軸心受拉應(yīng)力σ 小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f，符合要求。

3.2 角焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算

1）計(jì)算垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力σf

其中，σf為垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力，按焊縫有效截面（helw）計(jì)算；he為焊縫厚度，he=8 mm；lw為焊縫長(zhǎng)度，lw=120 mm。將NS=16.057 kN，he=8 mm，lw=120 mm 代入式（6）可得σf=16.726 N/mm2。

2）計(jì)算垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的許用應(yīng)力σV

其中，βf為正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)，βf=1.22為角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,=160 N/mm2，代入式（7）可得垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的許用應(yīng)力σV=195.2 N/mm2。

經(jīng)計(jì)算，垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力σf小于其許用應(yīng)力σV，符合要求。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，拉桿式型鋼懸挑腳手架是高層建筑施工中常用的一種腳手架，本文結(jié)合實(shí)際案例，探討拉桿式型鋼懸挑腳手架在工程施工中的施工要點(diǎn)，并對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。案例實(shí)踐表明，施工中采用拉桿式型鋼懸挑腳手架，為鋼筋綁扎、混凝土澆筑、模板施工等提供了安全有效的外立面操作平臺(tái)，同時(shí)節(jié)省了型鋼材料，節(jié)約了工期。經(jīng)驗(yàn)算，搭設(shè)的拉桿式型鋼懸挑腳手架，承載力、穩(wěn)定性均滿足施工要求。案例項(xiàng)目的成功應(yīng)用，表明拉桿式型鋼懸挑腳手架能為高層建筑工程搭建良好施工平臺(tái)，可推廣應(yīng)用于現(xiàn)代化高層建筑施工。