王慶鑫，陳一喬

（廣東省建筑工程集團有限公司 廣州510600）

1 工程概況

某賓館更新改造工程建筑面積87 064 m2，項目地下1層，裙樓改造后4層，部分2層，塔樓29層，共34層，層高2.8 m，建筑總高度102.75 m。塔樓外型近似菱狀，南北面長度約81.7 m，正對客房陽臺；東西面長度約18 m，正對建筑物兩側(cè)混凝土剪力墻。因賓館建筑結(jié)構(gòu)及機電設(shè)備陳舊，無論耐久性還是使用功能都不能滿足現(xiàn)今的需求，需實行更新改造；賓館更新改造包含土建、機電、市政、環(huán)保等各專業(yè)工程，其中建筑外墻立面改造工程的外墻腳手架采用懸挑式腳手架分段搭設(shè)。

2 外腳手架搭設(shè)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場條件及建筑物的外型，塔樓的外腳手架，東面支承在群樓2 層樓面，南、北兩面采用從樓面伸出工字鋼懸挑支承，西面采用外墻設(shè)置型鋼三角架支承。第1次懸挑5～12層，搭設(shè)高度19.6 m；第2次懸挑13～20層，搭設(shè)高度19.6 m；第3次懸挑21～28層，搭設(shè)高度19.6 m。拉結(jié)吊環(huán)分別設(shè)在6層、14層、22層。

外腳手架采用雙排扣件式鋼管腳手架搭設(shè)，φ 48×3.0鋼管，腳手架搭設(shè)橫距為0.8 m，縱距為1.5 m，步距為1.8 m；連墻件采用鋼管雙扣連接，每層三跨布置；內(nèi)立桿距結(jié)構(gòu)邊0.3 m，每樓層鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片作為腳手板，設(shè)扶手欄桿和擋腳板；腳手架外立桿內(nèi)側(cè)掛密目式安全網(wǎng)封閉施工；剪刀撐在外側(cè)立面上沿高度和長度連續(xù)布置。

3 工程難點與技術(shù)特點

3.1 工程難點

本項目為更新改造項目，與常規(guī)的外墻懸挑腳手架施工做法相比，在既有高層建筑外立面搭設(shè)外墻腳手架存在以下難題：

⑴既有建筑物無法預(yù)埋連墻桿、吊環(huán)等腳手架聯(lián)結(jié)件；

⑵懸挑腳手架的型鋼基礎(chǔ)無法按常規(guī)做法采用預(yù)埋在樓板內(nèi)的鋼筋環(huán)固定。

針對上述施工難題，某賓館更新改造工程外墻腳手架搭設(shè)采用后置式可復(fù)用聯(lián)結(jié)件懸挑腳手架施工技術(shù)。

3.2 技術(shù)特點

⑴非剪力墻處的外懸挑腳手架，通過回頂架固定懸挑工字鋼梁，與外腳手架形成受力平衡，實現(xiàn)精準搭設(shè)；同時回頂架對既有樓板結(jié)構(gòu)起到加固作用。

⑵剪力墻處的外懸挑腳手架，采用穿墻螺栓固定預(yù)制定型的三角型鋼支撐架作為外腳手架基座，對既有建筑物直接破壞少，適用于既有建筑或舊建筑施工。

⑶卸荷吊環(huán)采用可復(fù)用的預(yù)制定型吊環(huán)，以穿墻螺栓對拉方式固定；連墻件采用可復(fù)用的預(yù)制定型連墻桿件，通過膨脹螺栓后錨固方式與既有結(jié)構(gòu)固定，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、連接穩(wěn)固和便于拆卸的特點。

4 關(guān)鍵節(jié)點設(shè)計與驗算

4.1 既有結(jié)構(gòu)為非剪力墻部位

4.1.1 節(jié)點做法

懸挑梁懸挑長度應(yīng)按設(shè)計計算確定，固定段長度不應(yīng)小于懸挑段長度的1.25倍［1］。采用3 m長的16#懸挑工字鋼，伸出外墻1.2 m。懸挑梁端部焊有定位樁，采用長度不低于100 mm 的直徑20 mm 鋼筋，立桿底端安裝在定位樁上，防止跑偏［2］。懸挑梁外端設(shè)置φ 16鋼絲繩與上一層混凝土結(jié)構(gòu)斜拉結(jié)。懸挑梁室內(nèi)固定段用3 排φ 48×3.0 鋼管搭設(shè)成回頂架體系，利用樓層頂板將懸挑工字鋼梁頂牢作錨固。回頂架體系的縱距為1.5 m，與懸挑工字鋼梁的間距一致，中間可增加立桿，增加整體穩(wěn)定性；橫距靠工字梁梁端一側(cè)為0.6 m，靠梁板邊緣一側(cè)為0.9 m；步距為0.9～1.0 m；掃地桿離懸挑梁面200 mm，回頂架體系的水平鋼管兩端與與房間既有墻體結(jié)構(gòu)頂牢，每隔1.5 m設(shè)置1道垂直剪刀撐，從而形成一個“回頂架+懸挑梁+斜拉鋼絲繩+外腳手架”的受力平衡支撐體系，如圖1、圖2所示。

圖1 回頂架+懸挑梁+斜拉鋼絲繩體系模型Fig.1 Model of Steel Pipe Back-propping and Cantilever Beam and Oblique Tensile Steel Cable System

圖2 既有結(jié)構(gòu)為非剪力墻部位的受力平衡支撐體系做法Fig.2 Practice of the Force Balance Support System for the Existing Structure as Non-shear Wall Parts

為確保懸挑工字鋼梁水平方向的穩(wěn)定性，在基本風(fēng)壓較大和臺風(fēng)地區(qū)，除設(shè)置剪刀撐、縱向和橫向掃地桿外，還應(yīng)考慮在型鋼梁之間設(shè)置保證水平方向穩(wěn)定的構(gòu)造措施；可在型鋼梁之間設(shè)置橫桿或斜桿，有效防止側(cè)向失穩(wěn)，限制腳手架的側(cè)向變形，保證腳手架的側(cè)向穩(wěn)定［3］。橫桿或斜桿采用10#工字鋼，安放在16#懸挑工字鋼上，與16#懸挑工字鋼焊接連接。

4.1.2 節(jié)點驗算

外腳手架計算高度按最高19.6 m 取值，懸挑梁末端距離內(nèi)錨固點的距離取200 mm，懸挑梁的外懸挑長度L1=1 300 mm，外錨固點到建筑物邊緣的距離為100 mm，內(nèi)錨固長度Lc=1 500 mm，整條懸挑梁長度為3 000 mm，外立桿距懸挑梁外錨固點水平距離L2=1 300 mm，內(nèi)立桿距外錨固點水平距離L3=400 mm。采用“品茗建筑安全計算軟件”［4］進行計算，得出組合風(fēng)荷載作用下單立桿軸向力設(shè)計值N1=13.997 kN（按最大值取值），錨固點反力設(shè)計值R1=14.89 kN。

利用鋼管支撐在鋼梁與頂板底之間作為錨固端，驗算懸挑梁錨固端：回頂架體系的步距h=1 000 mm，φ 48×3.0鋼管，i=15.8 mm，A=424 mm2，f=205 N/mm2。

⑴立桿長細比驗算

立桿計算長度l0=kuh=1.155×2×1 000=2 310 mm；長細比λ=l0/i=2 310/15.8=146.20≤210，滿足要求。

查《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范：JGJ 130—2011》表A得，軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.323。

⑵立桿穩(wěn)定性驗算

σ=R1/（φ A）=14 890/（0.323×424）=108.72 N/mm2≤［f］=205 N/mm2，滿足要求。

4.2 既有結(jié)構(gòu)為剪力墻部位

4.2.1 節(jié)點做法

由于東、西兩面外墻均為鋼筋混凝土剪力墻，為不較大范圍破壞結(jié)構(gòu)，不采用鑿洞穿懸挑梁方式支承外腳手架，采用4 根直徑20 mm 的HPB300 圓鋼穿墻螺栓固定三角型鋼支撐架方式支撐；三角架由1.2 m長的16#水平工字鋼，10#槽鋼作為斜撐，斜撐的傾斜角度45°，300 mm×300 mm×16 mm的Q235鋼板作為基座焊接而成，焊縫等級不低于3級；鋼板基座開設(shè)4個直徑22 mm的螺栓孔。三角架每1.5 m設(shè)1個，與外腳手架立柱縱距對應(yīng)，三角架外端用φ 16的鋼絲繩與上一層混凝土結(jié)構(gòu)斜拉結(jié)，形成“三角型鋼支撐架+斜拉鋼絲繩+外腳手架”的受力平衡體系，如圖3、圖4所示。

圖3 三角型鋼支撐架+斜拉鋼絲繩排架體系模型Fig.3 Model of Triangle Steel Frame and Oblique Tensile Steel Cable System

圖4 既有結(jié)構(gòu)為剪力墻部位的受力平衡支撐體系做法Fig.4 Practice of the Force Balance Support System for the Existing Structure as Shear Wall Parts

4.2.2 節(jié)點驗算

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準：GB 50017—2017》，對懸挑三角架進行驗算。

⑴下支撐斜桿驗算

支撐斜桿的軸壓力N=N1/sinα =13.997/sin45°=16.50 kN。支撐斜桿采用10#槽鋼，其容許應(yīng)力按照下式進行計算：

式中：N 為支撐斜桿的軸壓力設(shè)計值，N=16.50 kN；A 為受壓桿的凈截面面積，A=12.74 cm2；［f］為鋼材的抗壓強度設(shè)計值，［f］=205 N/mm2；φ 為軸心受壓斜桿的穩(wěn)定系數(shù)。

由長細比λ =l/i=1.414/0.0141=100，λ/ξk=λ/（fy/235）1/2=100/（345/235）1/2=82.5≤250，查表得φ =671；支撐斜桿的正應(yīng)力σ=16.50×1 000/（0.671×12.74×100）=19.30 N/mm2＜［f］=205 N/mm2，滿足要求。

⑵斜撐桿的焊縫計算

斜撐桿采用焊接方式與墻體鋼板連接，接焊縫強度計算如下：

其中，N 為斜撐桿的軸向力，N=16.50 kN；lwt為焊接面積，取12.74 cm2；ft或fc為對接焊縫的抗拉或抗壓強度，取185.0 N/mm2；焊縫抗拉強度σ=16.50×1 000/（12.74×100）=12.95 N/mm2＜185.0 N/mm2，滿足要求。

⑶穿墻螺桿驗算

每塊鋼板埋件采用4根直徑20 mm的穿墻螺桿固定，φ 20 的穿墻螺桿容許剪切應(yīng)力fτ=0.8×0.9×170=122.4 N/mm2；荷載作用在每根螺桿上的剪應(yīng)力τ =16.50×1 000×sin45/（3.14×10×10×4）=11.17 N/mm2；安全系數(shù)取10，則每根螺桿上的剪應(yīng)力τ1=11.17×10=111.7 N/mm2＜fτ=122.4 N/mm2，滿足要求。

4.3 后置式連墻件

連墻桿件有2 種方式，對陽臺、樓梯的樓板部位，連墻桿用φ 48×3.0 鋼管與200 mm×200 mm×10 mm 的Q235 鋼板水平焊接，鋼板開2 個φ 14 螺栓孔，用M12×100膨脹螺栓與樓層陽臺飄板錨固，錨固點要伸入飄板15 cm。對剪力墻部位，采用φ 48×3.0鋼管與200 mm×200 mm×10 mm 鋼板垂直焊接，焊縫等級不低于3 級，鋼板開4 個φ 14 螺栓孔，用M12×100 膨脹螺栓與外剪力墻錨固；如圖5～圖7所示。

圖5 連墻件與樓板錨固做法Fig.5 Anchor Practice of Tie Member and Floor

圖6 連墻件與剪力墻錨固模型Fig.6 Anchor Model of Tie Member and Shear Wall

圖7 連墻件與梁或剪力墻錨固做法Fig.7 Anchor Practice of Tie Member and Beam or Shear Wall

4.4 后置式吊環(huán)

吊環(huán)同樣有2 種方式，對樓板部位，用φ 20 圓鋼彎成雙排L 型，卷口端從樓板伸出外墻，開口端在樓板開孔位置穿入樓板下層用鋼板及螺母固定。對剪力墻部位，用φ 20 圓鋼加工成吊環(huán)，吊環(huán)錨固端穿墻伸入剪力墻內(nèi)用鋼板及螺母固定，如圖8所示。

5 主要施工方法

5.1 施工流程

5.1.1 既有結(jié)構(gòu)為非剪力墻部位

后置吊環(huán)批量制作?定位、鉆孔、后置吊環(huán)安裝?懸挑梁安放?鋼管回頂架搭設(shè)?立桿定位?擺放掃地桿?安裝掃地橫向水平桿?安裝第一步橫向水平桿?安裝第一步縱向水平桿?安裝第二步橫向水平桿?安裝第二步縱向水平桿?加設(shè)臨時拋撐?安裝第三步橫向水平桿和縱向水平桿?安裝連墻桿、拉結(jié)?安裝拉結(jié)鋼絲繩?加設(shè)剪力撐?鋪設(shè)腳手板、擋腳板、立掛安全網(wǎng)?分段交驗。

5.1.2 既有結(jié)構(gòu)為剪力墻部位

圖8 吊環(huán)做法Fig.8 Practice of Lifting Ring

后置三角型鋼支撐架批量制作?定位、結(jié)構(gòu)鉆孔、后置三角架安裝、后置吊環(huán)安裝?立桿定位?擺放掃地桿?安裝掃地橫向水平桿?安裝第一步橫向水平桿?安裝第一步縱向水平桿?安裝第二步橫向水平桿?安裝第二步縱向水平桿?加設(shè)臨時拋撐?安裝第三步橫向水平桿和縱向水平桿?安裝連墻桿、拉結(jié)?安裝拉結(jié)鋼絲繩?加設(shè)剪力撐?鋪設(shè)腳手板、擋腳板、立掛安全網(wǎng)?分段交驗。

5.2 施工要點

5.2.1 施工準備

⑴嚴格按照做法大樣圖，進行三角型鋼支撐架、吊環(huán)、連墻裝置等加工制作。

⑵懸挑架的工字鋼、鋼絲繩、鋼板及零星構(gòu)件等均要進場驗收；進場鋼材要求全數(shù)檢查，其品種、規(guī)格、性能等應(yīng)滿足國家標(biāo)準及設(shè)計要求；全數(shù)檢查焊接材料，檢查焊接材料的質(zhì)量合格證、檢測報告等文件，現(xiàn)場焊接施工中的焊條、焊劑等焊接材料，與母材匹配應(yīng)符合設(shè)計要求及國家相關(guān)規(guī)范的規(guī)定；抽查檢驗螺栓等構(gòu)件，各項參數(shù)均需滿足現(xiàn)行國家規(guī)范，對每一批次的扭矩系數(shù)和緊固力進行嚴格檢查［5］。構(gòu)件進場后，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的種類，結(jié)合場地現(xiàn)狀和運輸條件分類堆放；堆放場地應(yīng)保持干燥。

5.2.2 回頂架搭設(shè)

回頂架體系搭設(shè)時，立桿上端安裝底座頂在上層樓板，立桿下端安裝可調(diào)托撐，反扣在懸挑工字鋼梁上，并通過可調(diào)托撐的調(diào)節(jié)將懸挑工字鋼梁頂緊?；仨敿荏w系每隔1.5 m設(shè)置1道垂直剪刀撐，水平桿與既有建筑結(jié)構(gòu)頂緊，從而確保樓板、回頂架、懸挑工字鋼梁形成共同受力的穩(wěn)定體系。懸挑工字梁安放時，應(yīng)將樓板面清理干凈，使工字鋼梁水平平放，與既有樓板結(jié)構(gòu)充分接觸，受力均勻；立桿垂直度偏差不得大于架高的1/200。

5.2.3 三角型鋼支撐架安裝

⑴操作平臺：剪力墻位置的第1步懸挑腳手架需要利用下面的落地架作為臨時支撐節(jié)點，同時作為懸挑層樓面施工的腳手架和安全圍護，也作懸挑架的搭設(shè)平臺，注意落地架的立桿位置要與懸挑架的立桿位置相互錯開［6］。

⑵既有結(jié)構(gòu)開孔：在三角型鋼支撐架安裝前，根據(jù)方案平面布置圖對安裝位置進行放線定位、標(biāo)識、既有結(jié)構(gòu)進行開孔，開孔機具采用水鉆，開孔直徑比螺栓直徑略大2 mm 為宜，即開孔直徑為22 mm。開孔后，孔洞清潔干凈。

⑶三角型鋼支撐架安裝：孔洞清潔干凈，既有墻體結(jié)構(gòu)面修補平整后，即可進行安裝；采用4 根直徑20 mm 的高強螺栓穿墻、雙螺母固定，螺桿露出螺母應(yīng)不少于3扣和10 mm。

5.2.4 吊環(huán)安裝、鋼絲繩拉結(jié)

⑴既有結(jié)構(gòu)同樣開孔，孔洞直徑22 mm，穿墻或穿樓板后采用雙螺母固定；施工當(dāng)中通過扳手將雙螺帽擰緊，螺桿露出螺母應(yīng)不少于3扣和10 mm［7］。

⑵采用φ 16鋼絲繩斜拉拉結(jié)。鋼絲繩連接時用手動葫蘆將鋼絲繩預(yù)緊達到相應(yīng)的拉力，再將接頭用鋼絲繩夾連接起來。工字鋼下固定鋼絲繩卡環(huán)，應(yīng)避免鋼絲繩與型鋼鋒利的翼緣接觸而產(chǎn)生斷絲，可采用鋼絲繩在型鋼接觸處外套膠質(zhì)網(wǎng)管，嚴禁不用卡環(huán)固定，直接繞著挑梁和腳手架立桿，易產(chǎn)生滑移［8］。安裝時，提前適當(dāng)拉緊，使懸挑型鋼的外端上翹2 cm，減少上部架體安裝后懸挑型鋼梁頭下垂現(xiàn)象。

⑶對于飄窗、陽臺、轉(zhuǎn)角等特殊部位，根據(jù)相關(guān)計算要求，對于懸挑長度≤1 800 mm 的鋼梁，設(shè)置1 道鋼絲繩。對于懸挑長度＞1 800 mm且≤3 000 mm的鋼梁，設(shè)置2道鋼絲繩［9］。

5.2.5 連墻件安裝

連墻桿件的鋼板錨固時，必須緊貼混凝土，安裝前要將飾面馬賽克和泥底鑿除后再行安裝；每個螺栓的抗拔力不小于3.75 kN。連墻桿與架體連接采用雙直角扣件固定。

5.2.6 外腳手架搭設(shè)

上部外腳手架搭設(shè)與常規(guī)外腳手架搭設(shè)類似。

5.2.7 檢查、驗收

⑴重點檢查部位：外腳手架搭設(shè)前、搭設(shè)過程、使用中，應(yīng)重點對回頂架體系穩(wěn)定情況、三角型鋼支撐架螺栓連接副擰緊情況、吊環(huán)固定情況、鋼絲繩拉結(jié)情況、連墻件膨脹螺栓錨固情況等關(guān)鍵部位進行檢查、復(fù)查。

⑵架體驗收：①懸挑架安裝位置是否符合工字鋼布置圖；②懸挑材料是否符合要求；③連墻件設(shè)置是否符合要求；④剪刀撐是否連續(xù)搭設(shè)，與水平夾角是否在45°～60°；⑤施工過程中是否有超載現(xiàn)象；⑥水平和立面安全防護是否符合規(guī)范要求；⑦架體與桿件是否有變形現(xiàn)象；⑧螺帽是否緊固且螺栓穿過螺帽是否“外露三絲”［10］。

6 結(jié)語

對更新改造工程既有建筑進行外墻施工，特別是市區(qū)中心的高層建筑，通常會遇到外墻腳手架施工時與原建筑結(jié)構(gòu)如何固定聯(lián)結(jié)的難題，本施工技術(shù)使用大量的預(yù)制定型鋼構(gòu)件，通過形成“回頂架+懸挑梁+斜拉鋼絲繩+外腳手架”、“三角型鋼支撐架+斜拉鋼絲繩+外腳手架”的受力平衡支撐體系，實現(xiàn)外墻懸挑腳手架精準搭設(shè)；具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、搭拆方便、便于回收、連接穩(wěn)固等特點，安全、質(zhì)量均有保證，取得良好的經(jīng)濟效益。