肖 喆 李素霞 楊化軍 謝振民
北京建工四建工程建設(shè)有限公司 北京 100075
首鋼科教大廈是首鋼籃球中心的配套設(shè)施,原批準(zhǔn)建筑面積為59 188 m2,是一座集文化、教育、培訓(xùn)、會(huì)議、住宿、餐飲及舉辦大型活動(dòng)為一體的綜合配套建筑。大廈地上15層已于2010年12月主體結(jié)構(gòu)封頂,后由于規(guī)劃調(diào)整,2013年8月開(kāi)始首鋼科教大廈增高改建施工,原地上15層調(diào)整為23層,建筑高度由60 m調(diào)整為95 m,建筑面積調(diào)整為75 846 m2。
首鋼科教大廈工程結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu),層高及跨度均不能滿(mǎn)足連墻件的設(shè)置要求,另外在建筑物轉(zhuǎn)角、樓梯間部位的型鋼均無(wú)法正常設(shè)置。經(jīng)綜合評(píng)估,決定采用型鋼懸挑雙排扣件式鋼管腳手架進(jìn)行施工。
本工程懸挑結(jié)構(gòu)由18#工字鋼(主梁)和1道φ14 mm的6×19+1鋼絲繩(公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1 400 MPa及以上)吊索組成,主梁工字鋼間距1.5 m設(shè)置1道,局部設(shè)置16#工字鋼(次梁),主梁和次梁采用焊接連接。型鋼主梁每根長(zhǎng)度4 m,在樓板上錨固長(zhǎng)度為2.5 m,外挑長(zhǎng)度為1.5 m。
每根型鋼懸挑梁外端設(shè)置鋼絲繩與上一層建筑結(jié)構(gòu)斜拉結(jié),鋼絲繩與建筑結(jié)構(gòu)拉結(jié)采用φ20 mm預(yù)埋鋼筋,預(yù)埋鋼筋位于16層頂梁,距梁外側(cè)邊≥100 mm,且與下層工字鋼位置一致,鋼絲繩不參與懸挑鋼梁受力計(jì)算。另外,由于架體搭設(shè)高度達(dá)36.3 m,為確保架體穩(wěn)定性,在19層增設(shè)鋼絲繩卸荷,每2跨卸荷1道,構(gòu)造要求同首層鋼絲繩拉結(jié),且不參與受力計(jì)算(圖1)。
圖1 型鋼挑梁安裝示意
首層型鋼懸挑腳手架由于上部結(jié)構(gòu)未施工,無(wú)法進(jìn)行鋼絲繩拉結(jié)及連墻件的設(shè)置,另外,本工程15層頂板高度達(dá)60 m,作用在腳手架上的水平風(fēng)荷載較大,為確保懸挑架的整體穩(wěn)定性,采用在型鋼梁端頭焊接長(zhǎng)40 cm短鋼管,在型鋼一側(cè)增加斜桿拋撐的方式對(duì)架體進(jìn)行拉結(jié),斜桿間距不大于4.5 m,與樓板夾角在45°~60°之間,且應(yīng)拉結(jié)至架體高度2/3以上的位置(圖2)。
圖2 型鋼懸挑架首層斜桿拋撐示意
型鋼懸挑腳手架在轉(zhuǎn)角處的處理方法一般采用扇形輻射布置型鋼,但大多數(shù)框架結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)角處均有框架柱,此部位建筑結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜,鋼筋較密,懸挑鋼梁通過(guò)該處必將影響到鋼筋位置和結(jié)構(gòu)力學(xué)性能,且輻射布置必然存在型鋼交叉重疊,致使型鋼不能滿(mǎn)足錨固長(zhǎng)度要求。結(jié)合本工程實(shí)際情況,在采用扇形布置但型鋼不至于交叉的前提下,為確保轉(zhuǎn)角處立桿不懸空,在型鋼主梁外側(cè)增設(shè)連梁,連梁采用16#工字鋼,放置于主梁上部并與主梁焊接。同時(shí)腳手架轉(zhuǎn)角部位在22層增設(shè)拉結(jié)鋼絲繩卸荷,構(gòu)造要求同首層鋼絲繩卸荷(圖3)。
圖3 型鋼懸挑架轉(zhuǎn)角部位構(gòu)造設(shè)計(jì)
結(jié)合本工程實(shí)際情況,最終決定采取后加膨脹螺栓固定鋼板的方式,增設(shè)預(yù)埋件,主梁型鋼與鋼板滿(mǎn)焊,下側(cè)增加同型號(hào)型鋼斜撐,角度為45°,主梁上部加橫向次梁,并與兩側(cè)主梁焊接。鋼板截面為250 mm×450 mm,厚度為15 mm,螺栓型號(hào)為M20。其中鋼板上部3個(gè)固定點(diǎn)為焊接3根φ14 mm鋼筋,鋼筋錨入16層剪力墻內(nèi),待該層混凝土澆筑完成后,與結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠的拉結(jié)。下部4個(gè)固定點(diǎn)為M20膨脹螺栓固定(圖4)。
圖4 三角架安裝構(gòu)造示意
上述懸挑三角架部位,通過(guò)對(duì)其連梁、帶支撐懸挑梁、懸挑梁整體穩(wěn)定性、支桿、斜撐桿穩(wěn)定性、焊縫的受力進(jìn)行計(jì)算,均能滿(mǎn)足受力要求。
本工程為框架結(jié)構(gòu),且樓層梁跨度較大(8 m),僅靠在框架梁、柱、洞口處設(shè)置連墻件不能滿(mǎn)足“兩步三跨”的規(guī)范要求,經(jīng)過(guò)多次論證,施工中在跨中位置預(yù)埋2道φ16 mm鋼筋錨環(huán),間距1.5 m,距結(jié)構(gòu)邊0.3 m。2道錨環(huán)間穿入1根長(zhǎng)2 m的鋼管,連墻桿與此鋼管采用直角卡扣連接緊固,另一端與架體主節(jié)點(diǎn)采用旋轉(zhuǎn)卡扣進(jìn)行可靠的連接,最終成功地解決該技術(shù)問(wèn)題。
因架體搭設(shè)較高,結(jié)構(gòu)高度達(dá)93.6 m,架高超過(guò)40 m,且受風(fēng)渦流作用,需要采取抗風(fēng)渦流措施,防止架體向上傾翻??癸L(fēng)渦流措施采用加強(qiáng)連墻件的方法進(jìn)行。結(jié)合本工程實(shí)際情況,針對(duì)首層連墻件及斜桿拋撐與架體進(jìn)行的拉結(jié),在該部位增設(shè)反向斜撐桿連接,斜撐桿與連墻件、斜桿拋撐、架體立桿均采用扣件連接牢固,且下部連接點(diǎn)距外側(cè)立桿不得大于250 mm(圖5)。
上述型鋼懸挑腳手架的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)在安全專(zhuān)項(xiàng)施工方案中進(jìn)行體現(xiàn),該方案由施工單位組織專(zhuān)家進(jìn)行論證,審批完成后由技術(shù)、施工、安全會(huì)同監(jiān)理單位共同對(duì)架體進(jìn)行施工檢查、驗(yàn)收工作。
針對(duì)框架結(jié)構(gòu)中型鋼懸挑腳手架的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),解決了在腳手架搭設(shè)過(guò)程中遇到的一系列技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題,針對(duì)上述節(jié)點(diǎn)的施工、驗(yàn)收、監(jiān)測(cè),分別由專(zhuān)人進(jìn)行負(fù)責(zé),重點(diǎn)把控。
圖5 抗風(fēng)渦流構(gòu)造措施
其中,斜桿拋撐的應(yīng)用很好地解決了首層挑架無(wú)法進(jìn)行連墻件設(shè)置的問(wèn)題,該節(jié)點(diǎn)不僅施工簡(jiǎn)單,而且斜桿運(yùn)用與方案設(shè)計(jì)的抗風(fēng)渦流構(gòu)造能有效結(jié)合,做到“一桿兩用”,較好地節(jié)約了項(xiàng)目成本。其次,懸挑三角架、連墻件、轉(zhuǎn)角部位的構(gòu)造設(shè)計(jì)確保了架體的整體穩(wěn)定性,在施工過(guò)程中安排測(cè)量人員針對(duì)架體位移、沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè),各項(xiàng)數(shù)據(jù)均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。該架體在二次結(jié)構(gòu)砌筑完成后順利地被拆除,施工期間很好地為結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)施工提供操作平臺(tái)及圍護(hù)作用[4-5]。
該架體的成功運(yùn)用,有效地解決了架體搭設(shè)的技術(shù)難題,為項(xiàng)目節(jié)約施工工期、帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),也得到了業(yè)主、監(jiān)理、主管單位和社會(huì)各界的一致好評(píng),取得了較好的社會(huì)效益。
本工程型鋼懸挑扣件式鋼管腳手架的順利應(yīng)用,成功克服、解決了框架結(jié)構(gòu)施工中懸挑鋼梁常見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)處理難點(diǎn),以及本工程特有的施工難點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題。在本工程外懸挑腳手架實(shí)施過(guò)程中,項(xiàng)目部派專(zhuān)人負(fù)責(zé)檢查、監(jiān)測(cè)、記錄。實(shí)踐表明,通過(guò)項(xiàng)目論證后采取的斜桿拋撐、懸挑三角架、陽(yáng)角構(gòu)造、連墻件構(gòu)造的設(shè)計(jì),成功地運(yùn)用在整個(gè)懸挑腳手架支撐體系中,施工期間架體穩(wěn)定,無(wú)任何偏差超出規(guī)范允許范圍。上述構(gòu)造的應(yīng)用在大型框架結(jié)構(gòu)工程中,具有良好的推廣意義。