龔偉東

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

目前，在超高層建筑的外框柱施工過(guò)程中，當(dāng)組合樓板結(jié)構(gòu)邊界距離外框柱較近時(shí)，采用懸挑腳手架施工，當(dāng)距離逐步增寬時(shí)采用落地腳手架施工。高空臨邊作業(yè)多，腳手架需重復(fù)搭拆，施工風(fēng)險(xiǎn)大、工作效率低[1-5]。為解決上述問(wèn)題，提出了新型工具式外掛操作防護(hù)架體系。為進(jìn)一步驗(yàn)證新型工具式外掛操作防護(hù)架體系安全性，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)工具式外掛操作防護(hù)架進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以期為超高層建筑工具式腳手架的安全合理設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

吳江太湖新城核心區(qū)B1地塊超高層建筑項(xiàng)目位于蘇州吳江太湖新城核心區(qū)，北側(cè)為主干道開(kāi)平路，東側(cè)為映山街，西側(cè)毗鄰太湖，南側(cè)為規(guī)劃擬建中央綠軸。項(xiàng)目總建筑面積32萬(wàn) m2，包括1棟高358 m的綜合體塔樓和4層商業(yè)裙房，地下室共3層，擁有辦公、酒店、酒店式公寓等多種業(yè)態(tài)。塔樓地上78層，結(jié)構(gòu)類(lèi)型為框架＋核心筒結(jié)構(gòu)。

塔樓30層以上為鋼框架＋核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒外圍共有22根勁性圓柱。其中，南、北向的18根勁性圓柱采用附著式整體提升腳手架施工，東、西向的4根勁性圓柱由于結(jié)構(gòu)輪廓變化較大，采用工具式外掛防護(hù)架施工（圖1）。

圖1 工具式外掛防護(hù)架平面布置示意

項(xiàng)目自主設(shè)計(jì)的工具式外掛操作防護(hù)架包括主架體、掛臂梁、上部操作平臺(tái)、夾具、底部橫撐等部件，解決了外框柱施工過(guò)程中作業(yè)空間不夠，四周安全圍擋不足的問(wèn)題。工具式外掛操作防護(hù)架在標(biāo)準(zhǔn)層覆蓋3個(gè)樓層，每施工完成1層，利用塔吊提升至上一層使用。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

試驗(yàn)的目的是測(cè)量外掛操作防護(hù)架及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)位置在吊裝提升過(guò)程中的變形和受力變化情況，通過(guò)設(shè)置在受力桿件上的傳感器測(cè)試其受力性能，和理論計(jì)算值對(duì)比，以驗(yàn)證理論計(jì)算值的準(zhǔn)確性，確保施工安全。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量試驗(yàn)采用了數(shù)顯高精度測(cè)量平臺(tái)，主要器材包括：全橋、1/4橋電阻應(yīng)變片100個(gè)、JTM-MY20型應(yīng)變測(cè)試儀采集系統(tǒng)（20通道）1個(gè)、金土木智能型采集單元系統(tǒng)軟件1套、智能終端1臺(tái)、數(shù)據(jù)傳輸電纜若干。

2.3 測(cè)點(diǎn)布置方案

試驗(yàn)將電阻應(yīng)變片布置于掛臂梁關(guān)鍵位置的上翼緣下方，布置情況如圖2所示。選用BX120-55A電阻應(yīng)變片，靈敏度為1με，靈敏度滿(mǎn)足試驗(yàn)需求。傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸電纜連接于JTM-MY20型應(yīng)變測(cè)試儀采集系統(tǒng)，待數(shù)據(jù)采集后連接到智能終端，智能終端安裝有金土木智能型采集單元系統(tǒng)軟件，可直接讀取采集數(shù)據(jù)。

圖2 防護(hù)架測(cè)點(diǎn)布置示意

外掛操作防護(hù)架頂部鋼梁為主要承重鋼梁，需對(duì)其受力性能進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)變片布置在架體頂部鋼梁上翼緣上，應(yīng)變片沿鋼梁軸向布置。由于結(jié)構(gòu)鋼梁受力較大，對(duì)其受力性能進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)變片布置在結(jié)構(gòu)鋼梁上翼緣腹板兩側(cè)，應(yīng)變片沿鋼梁縱向布置。夾具為架體與結(jié)構(gòu)鋼梁的重要連接節(jié)點(diǎn)，需對(duì)其受力性能進(jìn)行檢測(cè)，在夾具U形口處布置1個(gè)應(yīng)變片，4個(gè)夾具，一共布置4個(gè)應(yīng)變片。

夾具為架體與結(jié)構(gòu)鋼梁的重要連接節(jié)點(diǎn)，需對(duì)其受力性能進(jìn)行檢測(cè)。在夾具U形口處布置1個(gè)應(yīng)變片，4個(gè)夾具，一共布置4個(gè)應(yīng)變片。測(cè)點(diǎn)布置如圖3、圖4所示。

圖3 夾具測(cè)點(diǎn)立面布置示意

圖4 夾具測(cè)點(diǎn)平面布置示意

2.4 試驗(yàn)過(guò)程

2.4.1 應(yīng)變片布貼

試驗(yàn)的應(yīng)變片布置主要步驟如下：先用打磨機(jī)將腹板打磨光滑，用棉紗或脫脂棉花蘸丙酮清潔金屬表面，擦洗2～3遍后，表面不可再用手接觸，然后用膠水將電阻應(yīng)變計(jì)固定，最后用專(zhuān)用覆層材料進(jìn)行密封。

圖5為夾具側(cè)面布貼應(yīng)變片的情況，試驗(yàn)采用了全橋和1/4橋這2種應(yīng)變片布貼方式，圖5（a）為采用4片1/4橋搭建全橋應(yīng)變片的情況，圖5（b）為完成全橋應(yīng)變片布貼后的情況。

圖5 全橋應(yīng)變片布貼情況

2.4.2 儀器安裝

試驗(yàn)采用JTM-MY20型應(yīng)變測(cè)試儀采集系統(tǒng)為20通道，滿(mǎn)足測(cè)試需求。傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸電纜連接于JTM-MY20型應(yīng)變測(cè)試儀采集系統(tǒng)，待數(shù)據(jù)采集后連接到智能終端，智能終端安裝有金土木智能型采集單元系統(tǒng)軟件，可直接讀取采集數(shù)據(jù)。出于防風(fēng)防水和安全考慮，應(yīng)變測(cè)試儀采集系統(tǒng)等儀器安裝于電工箱中，圖6（a）為采集系統(tǒng)安裝于現(xiàn)場(chǎng)的情況，圖6（b）為系統(tǒng)顯示界面的情況。

圖6 采集系統(tǒng)示意

2.4.3 數(shù)據(jù)采集

待應(yīng)變片布貼與測(cè)試數(shù)控平臺(tái)搭建工作完成后，開(kāi)始測(cè)量試驗(yàn)工作，現(xiàn)場(chǎng)完成外掛架提升、吊裝和錨固等一系列工作。為了測(cè)量外掛架關(guān)鍵位置的工后變形，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)持續(xù)一段時(shí)間后結(jié)束現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試共布設(shè)了20處應(yīng)變片，由于外掛架整體提升工況的復(fù)雜性以及測(cè)量期間的降雨和大風(fēng)，導(dǎo)致部分測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)失效或無(wú)法準(zhǔn)確采集。但由于事前準(zhǔn)備充足，測(cè)點(diǎn)布置數(shù)量遠(yuǎn)超試驗(yàn)需要，且主要測(cè)點(diǎn)保存完好，故能夠滿(mǎn)足此次測(cè)量及分析的需要，共計(jì)獲得有效測(cè)點(diǎn)及其數(shù)據(jù)12組。此處僅選取其中代表性測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)1、3、4、6、7）進(jìn)行分析，測(cè)點(diǎn)位移如表1所示。

表1 代表性測(cè)點(diǎn)情況

測(cè)點(diǎn)1的應(yīng)變?cè)诘跹b時(shí)出現(xiàn)擾動(dòng)，隨后逐漸增大并維持在2 610 με左右，前后應(yīng)變變化值較小，僅為50 με（圖7）?？梢?jiàn)非懸挑處的結(jié)構(gòu)主梁由于截面較大且固定情況較好，其整體應(yīng)力應(yīng)變?cè)诘跫芎奢d作用下變化不大，處于絕對(duì)安全狀態(tài)。

圖7 測(cè)點(diǎn)1的應(yīng)變變化

測(cè)點(diǎn)3在吊裝后，懸挑主梁的應(yīng)變曲線(xiàn)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，在吊裝過(guò)程中懸挑主梁的應(yīng)變曲線(xiàn)發(fā)生了抖動(dòng)，吊裝后懸挑主梁開(kāi)始逐漸承擔(dān)整個(gè)外掛架傳遞的荷載，其應(yīng)變也逐漸趨于穩(wěn)定，最終穩(wěn)定于3 450 με左右，前后應(yīng)變變化為100 με左右（圖8）。其應(yīng)力應(yīng)變變化較非懸挑處主梁增大不少，與其截面較小且位于懸挑區(qū)域有關(guān)，但與其限值相比仍處于相當(dāng)安全的范圍內(nèi)。

圖8 測(cè)點(diǎn)3（懸挑主梁）的應(yīng)變變化

測(cè)點(diǎn)4從提升開(kāi)始至架體固定完成，應(yīng)變逐漸增加，并最終穩(wěn)定在300 με左右（圖9）。相對(duì)結(jié)構(gòu)主梁，掛臂梁變形較大，但仍處于安全范圍內(nèi)，且安全儲(chǔ)備較大，架體結(jié)構(gòu)安全可靠（最后時(shí)段的應(yīng)變升高與結(jié)束測(cè)試時(shí)所造成的擾動(dòng)有關(guān)，非掛臂梁受力引起）。

圖9 測(cè)點(diǎn)4（掛臂梁）的應(yīng)變變化

測(cè)點(diǎn)6的應(yīng)變隨夾具固定逐漸增大，并最終穩(wěn)定在200 με左右，處于安全范圍內(nèi)，夾具承載力滿(mǎn)足要求（圖10）。

圖10 測(cè)點(diǎn)6（夾具）的應(yīng)變變化

圖9和圖10的應(yīng)變總體變化趨勢(shì)較為一致，考慮到掛臂梁和夾具是緊密連接在一起的，故二者具有相近的應(yīng)變發(fā)展規(guī)律是合理的。

測(cè)點(diǎn)7與測(cè)點(diǎn)4同為掛臂梁測(cè)點(diǎn)，但由于在測(cè)量開(kāi)始階段，傳感器受到施工因素的嚴(yán)重干擾（極有可能是拆卸夾具時(shí)，工人用力較大，不慎破壞了應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)線(xiàn)頭），導(dǎo)致初始信號(hào)異常，雖然采用補(bǔ)救措施進(jìn)行重新接線(xiàn)，且重新接線(xiàn)后應(yīng)變結(jié)果較為穩(wěn)定（應(yīng)變變化較小且處于安全范圍內(nèi)），但出于嚴(yán)謹(jǐn)考慮，此處測(cè)點(diǎn)不計(jì)入最終結(jié)果。其余部分失效點(diǎn)搶救后仍可讀數(shù)，且較為穩(wěn)定，可顯示測(cè)量部位處于安全狀態(tài)，但考慮到完好監(jiān)測(cè)點(diǎn)已滿(mǎn)足此次測(cè)量需要，故其數(shù)據(jù)不再取用。

3.2 外掛架及結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

將提升后測(cè)試應(yīng)變減去提起前測(cè)試應(yīng)變乘以鋼材彈性模量即為結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，如式（1）所示。

通過(guò)對(duì)外掛架及結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，結(jié)構(gòu)主梁最大微應(yīng)變?yōu)?0.42 με，其應(yīng)力結(jié)果經(jīng)過(guò)計(jì)算為10.084 MPa，小于其限值265 MPa，故其承載力滿(mǎn)足要求；懸挑主梁最大微應(yīng)變?yōu)?03.415 με，其應(yīng)力結(jié)果經(jīng)過(guò)計(jì)算為20.683 MPa，小于其限值310 MPa，故其承載力滿(mǎn)足要求；掛臂梁最大微應(yīng)變?yōu)?94.874 με，其應(yīng)力結(jié)果經(jīng)過(guò)計(jì)算為58.975 MPa，小于其限值215 MPa，故其承載力滿(mǎn)足要求；夾具最大微應(yīng)變?yōu)?93.319 1 με，其應(yīng)力結(jié)果經(jīng)過(guò)計(jì)算為38.664 MPa，小于其限值215 MPa，故其承載力滿(mǎn)足要求；底部橫撐部位經(jīng)過(guò)測(cè)量，其應(yīng)變結(jié)果變化不大，受力很小，采用鋼管橫撐即可滿(mǎn)足需要。

4 結(jié)語(yǔ)

1）新型工具式外掛操作防護(hù)架體系整體性能表現(xiàn)良好，主要結(jié)構(gòu)部件承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，安全可靠。

2）結(jié)構(gòu)主梁及懸挑主梁承載力滿(mǎn)足要求，外掛操作防護(hù)架體系的使用未對(duì)主體結(jié)構(gòu)造成不良影響。

3）通過(guò)試驗(yàn)可知，新型工具式外掛操作防護(hù)架體系應(yīng)力最大的部位為掛臂梁，架體采用頂部夾具、底部橫撐的設(shè)計(jì)可改善掛臂梁的受力狀態(tài)，因此外掛操作防護(hù)架提升就位后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行夾具和橫撐的固結(jié)。