藍 媚，張保志，葉 茂

（1、清遠市建設工程綜合服務站清遠市人才儲備中心 廣東清遠511500；2、廣州大學 廣州510500）

0 引言

高層建筑外腳手架是建筑施工中不可或缺的操作平臺及安全防護措施之一。一般情況下懸挑外腳手架底部支撐采用鋼梁一端通過鋼筋固定在混凝土梁板上形式，形成杠桿系統(tǒng)［1］。若陽臺和轉角部位懸挑外腳手架直接采用該形式，陽臺部位鋼梁懸挑長度較長、受力及撓度較大、整體穩(wěn)定性較差，轉角部位鋼梁分布較密集、錨固段相互干擾、錨固段長度達不到1.25 倍懸挑段長度的要求、甚至部分鋼梁從邊緣構件和結構柱中穿過導致縱向鋼筋打斷［2］。針對上述難點，本文結合工程實例，對陽臺及轉角剪力墻部位外腳手架底部支撐作了優(yōu)化設計。

1 工程概況

某高層住宅位于廣東省清遠市，安全等級二級，丙類，抗震設防6度，地震分組第一組，Ⅱ類，剪力墻結構，抗震等級四級，基本風壓0.35 kN/m2，地面粗糙度B類。地上27層，地下1層，建筑面積約32 835.26 m2，建筑高度78.6 m，女兒墻頂標高79.8 m，首層～27 層層高均為2.9 m，陽臺寬1.8 m，飄板寬0.6 m，梁板混凝土強度等級C30，樓板厚度100～120 mm。根據(jù)項目施工要求，本工程外腳手架采用落地式腳手架與懸挑式腳手架相結合的形式，其中首層板至18層板為落地式腳手架，18層及以上為懸挑式扣件鋼管雙排腳手架。

2 懸挑腳手架的設計

本工程將第18 層設為懸挑層，共懸挑1 次，腳手架最大標高81.3 m，從第18 層處開始懸挑，即49.3～81.3 m，懸挑高度32 m，步距1.8 m，立桿的縱橫間距分別為1.5 m 和0.8 m，擬采用“一洲施工安全設施計算軟 件”［3，4］、“理 正 結 構 設 計 工 具 箱 軟 件”［5，6］和“SAP2000 有限元軟件”［7］對懸挑腳手架一般部位、陽臺部位和轉角部位關鍵構件內力進行驗算。

2.1 一般部位設計驗算

采用“一洲施工安全設施計算軟件”進行計算，計算過程從略，立桿軸向力9.97 kN，懸挑鋼梁采用16 號工字鋼，懸挑段長度1.1 m，總長3 m，H=160 mm，b=88 mm，tw=6 mm，t=9.9 mm，q=0.21 kN/m，Wx=140 900 mm3，Ix=11 270 000 mm4，S=80 800 mm3，E=206 000 N/mm2，f=215 N/mm2，fv=125 N/mm2，fy=235 N/mm2，φb=0.99，φb′=0.79，懸挑鋼梁計算簡圖如圖1所示。

圖1 一般部位懸挑鋼梁計算簡圖Fig.1 Calculation Diagram of Cantilever Steel Beam in General Position

抗 彎 強 度：Mmax=-12.09 kN·m，σ =Mmax/γxWx=81.73 N/mm2＜215 N/mm2，滿足要求。

抗剪強度：Vmax=20.17 kN，τ=VS/Ixtw=24.1 N/mm2＜125 N/mm2，滿足要求。

整 體 穩(wěn) 定：L1=1.1 m，λy=L1/iy=58.2，Mmax/φb′Wx=108.62 N/mm2＜215 N/mm2，滿足要求。

撓度驗算：υmax=1.76 mm＜［υ］=4.4 mm，滿足要求。

2.2 陽臺部位設計驗算

陽臺部位不能作為懸挑鋼梁支承段，因此懸挑鋼梁支承點設置在結構梁上，鋼梁懸挑段較長。若直接采用“懸挑端+1.25 倍錨固段的鋼梁”形式，鋼梁受力及截面較大且不易吊裝，故該部位腳手架下部支撐采用“懸挑端+1.25倍錨固段的鋼梁+斜撐”形式。

2.2.1 懸挑鋼梁設計驗算

采用“一洲施工安全設施計算軟件”進行計算，計算過程從略，立桿軸向力9.97 kN，懸挑鋼梁采用18 號工字鋼，懸挑段長度2.9 m，總長7 m，H=180 mm，b=94 mm，tw=6.05 mm，t=10.7 mm，q=0.24 kN/m，Wx=185 400 mm3，Ix=16 990 000 mm4，S=106 500 mm3，E=206 000 N/mm2，f=215 N/mm2，fv=125 N/mm2，fy=235 N/mm2，φb=0.59，懸挑鋼梁計算簡圖如圖2所示。

圖2 陽臺部位懸挑鋼梁計算簡圖Fig.2 Calculation Diagram of Cantilever SteelBeam on Balcony

抗彎強度：Mmax=8.4 kN·m，σ=Mmax/γxWx=43.15 N/mm2＜215 N/mm2，滿足要求。

抗剪強度：Vmax=21.2 kN，τ=VS/Ixtw=20.44 N/mm2＜125 N/mm2，滿足要求。

整體穩(wěn)定：L1=2.90 m，λy=L1/iy=145，Mmax/φbWx=76.79 N/mm2＜215 N/mm2，滿足要求。

撓度驗算：υmax=1.11 mm＜［υ］=11.6 mm，滿足要求。

2.2.2 斜撐設計驗算

斜撐采用Q235 的熱軋普通工字鋼I10，根據(jù)《鋼結構設計標準：GB 50017-2017》［8］，該斜撐按軸心壓桿計算，軸力N=30.07 kN，桿件截面最大厚度7.6 mm，計算長度2.1 m，A=1 435 mm2，f=215 N/mm2，ix=4.14 cm，iy=1.52 cm，γx=1.05，γy=1.20。

長細比：λx=50.72＜150，λy=138.16＜150，滿足要求。

穩(wěn)定性：φx=0.913，φy=0.352，φ =0.352，N/φ Af=0.28＜1，滿足要求。

強度：N/A=20.95 N/mm2＜215.00 N/mm2，滿足要求。

局部穩(wěn)定：b/tf=3.32＜（10+0.1λ）εka，h0/tw=16＜（25+0.5λ）εka，滿足要求。

2.3 轉角部位設計驗算

傳統(tǒng)的懸挑腳手架下部主要支撐一般采用“懸挑端+1.25倍錨固段的鋼梁”形式［9］。懸挑鋼梁直接穿過后砌的外隔墻，將留下大量的孔洞，在外架拆除后需對孔洞進行專業(yè)封堵，一旦施工工藝監(jiān)管不到位，就極易造成外墻滲漏和孔洞周邊抹灰空鼓。同時由于轉角部位受力較復雜，鋼梁安裝較集中，多條鋼梁交叉排布造成末端錨固長度達不到規(guī)范要求，甚至部分鋼梁從邊緣構件和結構柱中穿過導致縱向鋼筋打斷，對主體結構質量安全產生一定影響［9，10］。為避免這種現(xiàn)象，本工程擬在轉角部位18 層剪力墻處及18 層以下1.1 m 處分別預埋鋼板，懸挑鋼梁一端與18 層處預埋鋼板焊接，斜撐兩端分別與懸挑鋼梁前端及18層以下1.1 m 處預埋鋼板焊接，形成穩(wěn)定的三角形外支撐受力體系。

利用SAP2000 有限元分析軟件對懸挑支撐體系進行數(shù)值模擬分析，分析結果表明：斜撐計算長度1.56 m，長細比102.63＜150，滿足要求；懸挑鋼梁及斜撐最大應力分別為193.22 MPa 及37.99 MPa。轉角部位最大應力及位置如表1及圖3所示。

表1 轉角部位最大應力Tab.1 Maximum Stress at Corner

圖3 轉角部位應力最大位置Fig.3 Maximum Stress Location of Corner

3 懸挑腳手架的施工

3.1 施工技術參數(shù)

懸挑外架采用φ 48×3.0 mm 的Q235 扣件鋼管雙排腳手架，一般位置內立桿離墻間距0.2 m，陽臺位置內立桿離墻間距2 m（陽臺寬1.8 m）；立桿步距1.80 m，立桿縱距1.5 m。本工程共懸挑1 次，鋼梁設置在第18 層，從第18層開始懸挑，即49.3～81.3 m，懸挑高度32 m。

一般部位懸挑鋼梁采用16#工字鋼，間距1.5 m，鋼梁懸挑段長度1.1 m，內錨固段長1.9 m，總長3 m。懸挑鋼梁內、外立桿分別在18層和23層加設卸荷措施，采用直徑16 mm 鋼絲繩卸荷，卸荷點按立桿間距設置，上吊點與下吊點垂直距離2.9 m，吊環(huán)的直徑20 mm，吊環(huán)預埋于19 層和24 層結構邊梁上，吊環(huán)錨固長度最小為30d。一般部位懸挑外架大樣如圖4a所示。

陽臺部位懸挑長度1.8 m，懸挑鋼梁采用18#工字鋼，間距1.5 m，鋼梁懸挑段長度為陽臺長+1.1 m，懸挑段長2.9 m，錨固段長4.1 m，工字鋼總長7 m，滿足錨固長度大于懸挑長度的1.25倍要求［11］。懸挑鋼梁內、外立桿分別在18 層和23 層加設卸荷措施，采用直徑16 mm 鋼絲繩卸荷，卸荷點按立桿間距設置，上吊點與下吊點垂直距離5.8 m，吊環(huán)的直徑20 mm，吊環(huán)預埋于20 層和25 層的結構邊梁上，吊環(huán)錨固長度最小為30d。由于陽臺處外挑長度較大，在陽臺部位鋼梁的下層框架梁處預埋200 mm×200 mm×8 mm 鋼板，采用10#工字鋼作為懸挑鋼梁斜撐，斜撐上下支點分別與懸挑鋼梁前端及預埋鋼板焊接。為減小斜撐長細比，提高外架整體穩(wěn)定性，懸挑鋼梁下層陽臺范圍內支撐體系不拆除，支撐體系立桿與斜撐采用水平桿拉結貫通形成整體。陽臺部位懸挑外架大樣如圖4b所示。

轉角部位懸挑鋼梁及斜撐分別采用16#工字鋼和10#工字鋼，間距1.5 m。剪力墻處懸挑長1.1 m，在懸挑層及懸挑層以下1.1 m 處分別預埋鋼板，懸挑鋼梁一端與懸挑層預埋鋼板焊接，斜撐兩端分別與懸挑鋼梁前端及懸挑層以下1.1 m 處預埋鋼板焊接，形成穩(wěn)定的三角形外支撐受力體系。懸挑鋼梁內、外立桿分別在18層和23層加設卸荷措施，采用直徑16 mm的鋼絲繩卸荷，卸荷點按立桿間距設置，上吊點與下吊點垂直距離2.9 m，吊環(huán)直徑20 mm，吊環(huán)預埋于19層和24層結構邊梁上，吊環(huán)錨固長度最小為30d。轉角部位懸挑外架大樣如圖4c所示。

3.2 施工方法與工藝

懸挑鋼梁、斜撐、預埋件制作→陽臺位置及轉角處安裝預埋件→混凝土澆筑→安裝懸挑鋼梁→安裝斜撐、立兩頭立桿扣掃地桿、小橫桿、大橫桿（或臨時大、小橫桿）→立拋撐→樹中間立桿→小橫桿、大橫桿、防護欄桿→以此類推、形成一步閉合架體→鋪腳手板（隔離防墜）→搭第二步架→拉連墻件→轉角處設置“之”字形剪刀撐、立桿外側剪刀撐→張掛密目安全網(wǎng)、鋪腳手板→接立桿→搭第三步架→…→拉鋼絲繩。

圖4 懸挑外架大樣Fig.4 Detail of Cantilevered External Scaffold

3.3 安全保障措施

當架高超過40 m且有風渦流作用時，應采取抗上升翻流作用的連墻措施［11］。本工程擬在最后一道卸荷吊環(huán)反向拉設直徑16 mm 的鋼絲繩，鋼絲繩下端與樓層內預埋連墻桿扣件連接，上端與外立桿、連墻桿節(jié)點處扣件連接，該部位樓層鋼絲繩每道連墻桿設置一道。為避免腳手架立桿變形，該部位外架應進行回頂?？股仙鞔胧┦┕な疽馊鐖D5所示。

圖5 抗上升翻流措施施工示意圖Fig.5 Construction Diagram of Anti Rising and Overturning Measures

懸挑架底部用模板、木方硬質封閉，并設置180 mm高紅白擋腳板，側邊用18 mm 厚模板進行硬質封閉，施工層腳手板采用鋼筋網(wǎng)片腳手板滿鋪。懸挑外架底部封閉大樣如圖6所示。

圖6 懸挑外架底部封閉大樣Fig.6 Detail of Bottom Closure of Cantilevered External Scaffold

懸挑工字鋼梁端部應焊有定位樁，采用長度不低于100 mm、直徑25 mm 的鋼筋，立桿底端安裝在定位樁上［12］。立桿接長除頂層外采用對接扣件連接，且相鄰立桿接頭應相互錯開至少500 mm，不得出現(xiàn)在同步同跨內［11］。

4 結語

本工程通過利用多種通用軟件對一般部位、陽臺部位及轉角部位的懸挑腳手架搭設形式進行設計驗算，結合施工經驗，得到以下結論：

⑴一般部位腳手架下部支撐采用“懸挑端+1.25倍錨固段的鋼梁”形式。該形式簡單，安拆方便，且滿足強度、穩(wěn)定性及撓度要求。

⑵陽臺部位腳手架下部支撐采用“懸挑端+1.25倍錨固段的鋼梁+斜撐”形式。該形式受力更加合理，撓度降低，架體整體穩(wěn)定性提高，且有效減小了懸挑鋼梁截面及重量，實現(xiàn)現(xiàn)場固定塔吊安全吊運。

⑶轉角部位在懸挑層及懸挑層以下1.1 m 處分別預埋鋼板，懸挑鋼梁一端與懸挑層處預埋鋼板焊接，斜撐兩端分別與懸挑鋼梁前端及懸挑層以下1.1 m處預埋鋼板焊接，形成穩(wěn)定的三角形外支撐受力體系。該體系解決了轉角部位多條鋼梁交叉排布造成的末端錨固段不足的問題，節(jié)省了鋼材用量、降低成本、安拆便捷、保證了剪力墻完整性、降低外墻滲漏和孔洞周邊抹灰空鼓概率。