曹 靖

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都 610091)

0 引言

隨著人們對(duì)建筑效果、造型、使用空間以及施工成本提出不同的需求，使得建筑結(jié)構(gòu)形式及平面布置更加多樣復(fù)雜，特別是懸挑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用更加廣泛，需要搭設(shè)高度很高或支撐結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)的腳手架。對(duì)于超長(zhǎng)懸挑陽(yáng)臺(tái)結(jié)構(gòu)外墻腳手架施工，目前施工技術(shù)及研究較少，大多還是采用傳統(tǒng)懸挑工字鋼結(jié)構(gòu)，為此需要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)行創(chuàng)新，選用一種安全可靠，經(jīng)濟(jì)可行的外架結(jié)構(gòu)形式，確保施工安全。本文結(jié)合工程實(shí)例，綜合考慮施工工期及成本，通過(guò)方案比較和結(jié)構(gòu)計(jì)算，設(shè)計(jì)懸挑腳手架結(jié)合鋼絲繩卸荷的結(jié)構(gòu)體系，保證超長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)外墻腳手架施工，為類似工程提供實(shí)例參考。

1 工程概況

洋浦國(guó)際航運(yùn)大廈項(xiàng)目位于海南省洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，規(guī)劃建設(shè)2棟綜合性大廈，總建筑面積104 285.96 m2，2棟樓建筑高度為97.2 m及97.3 m，框架核心筒結(jié)構(gòu)。商務(wù)辦公樓及酒店辦公樓除局部樓板為現(xiàn)澆混凝土外，其余為預(yù)制裝配式疊合板+現(xiàn)澆混凝土樓板結(jié)構(gòu)，板厚主要為130 mm和160 mm，預(yù)制裝配式疊合板厚度為60 mm，樓層層高4.2～5.4 m，商務(wù)辦公樓懸挑陽(yáng)臺(tái)最大懸挑長(zhǎng)度為2.1 m，在第9層及15層收腰，酒店辦公樓陽(yáng)臺(tái)最大懸挑長(zhǎng)度3.8 m，在第9層及14層收腰。因本工程陽(yáng)臺(tái)懸挑長(zhǎng)度較大，最大懸挑長(zhǎng)度達(dá)到3.8 m，且陽(yáng)臺(tái)逐層收縮，外墻腳手架施工難度及風(fēng)險(xiǎn)高，須對(duì)腳手架結(jié)構(gòu)形式創(chuàng)新設(shè)計(jì)。建筑效果圖如圖1所示。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 方案選擇

方案1：采用整體落地式鋼管腳手架。由于該工程主樓周邊為地下室車庫(kù)，主樓施工階段，地庫(kù)尚未施工，根據(jù)施工規(guī)范，架體高寬比不大于3，該工程搭設(shè)高度最高為102.8 m，地面寬度至少為34.3 m，周邊地庫(kù)無(wú)法施工，且鋼管用量巨大，綜合施工成本及安全因素，此方案不適用于該工程。

圖1 整體效果圖

方案2：采用懸挑式鋼管腳手架。此方案能有效減少對(duì)鋼管用量及對(duì)架體基礎(chǔ)限制，但考慮雙排0.8 m腳手架長(zhǎng)度及腳手架與外墻間距0.25 m，根據(jù)施工規(guī)范，錨固段長(zhǎng)度不低于懸挑段1.25倍，工字鋼總長(zhǎng)度將不低于懸挑長(zhǎng)度+錨固段長(zhǎng)度=(0.8+0.25+3.8)+(0.8+0.25+3.8)×1.25=10.9 m，工字鋼不易安裝且占地面積大嚴(yán)重影響后續(xù)樓內(nèi)施工，此方案不適用于本工程。

方案3：采用懸挑式鋼管腳手架結(jié)合底部工字鋼支撐形式?？紤]懸挑陽(yáng)臺(tái)配筋較少，設(shè)計(jì)承受荷載較低，且懸挑工字鋼鋼管腳手架搭設(shè)高度較高，架體重量大，懸挑結(jié)構(gòu)加荷較大，對(duì)主體結(jié)構(gòu)有嚴(yán)重隱患，此方案不適用于本工程。

方案4：采用懸挑腳手架結(jié)合鋼絲繩卸荷的結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)受力分析，在收腰層采用鋼絲繩對(duì)懸挑工字鋼卸荷，將懸挑結(jié)構(gòu)受力改為鋼絲繩卸荷受力，同時(shí)根據(jù)受力計(jì)算，跟隨架體搭設(shè)高度，在相應(yīng)樓層增加鋼絲繩與鋼管架連接卸荷，將整體架體荷載較為均勻地傳遞給結(jié)構(gòu)樓層。采用此方案安全系數(shù)高，施工難度及成本較低，且能縮短外架搭設(shè)工期。最終經(jīng)專家論證，確定采用此方案。

2.2 方案總體思路

根據(jù)樓層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工字鋼懸挑扣件式鋼管腳手架搭設(shè)高度介于26.15～37.50 m。每段架體分1～3次進(jìn)行卸荷，卸荷所采用的鋼絲繩均為6×19(a)型。商務(wù)辦公樓懸挑腳手架局部自第3層樓層開始搭設(shè)(標(biāo)高8.65 m)，其他自第10層樓層開始搭設(shè)(標(biāo)高40.15 m)的方案，主要為2次懸挑，局部為3次懸挑。

第一次從第3層(標(biāo)高8.65 m)至第10層(標(biāo)高39.90 m)，共7層，懸挑高度31.25 m；第二次從第10層(標(biāo)高40.15 m)至第16層(標(biāo)高66.30 m)，共6層，懸挑高度26.15 m；第三次從第16層(標(biāo)高66.55 m)至腳手架頂(標(biāo)高102.70 m)，共8層，懸挑高度36.15 m。

酒店辦公樓懸挑腳手架局部自第3層樓層開始搭設(shè)(標(biāo)高10.70 m)，其他自第10層樓層開始搭設(shè)(標(biāo)高48.55 m)的方案，主要為2次懸挑，局部為3次懸挑。第一次從第3層(標(biāo)高10.80 m)至第10層(標(biāo)高48.30 m)，共7層，懸挑高度37.60 m；第二次從第10層(標(biāo)高48.55 m)至第15層(標(biāo)高75.30 m)，共5層，懸挑高度26.75 m；第二次從第15層(標(biāo)高40.15 m)至腳手架頂(標(biāo)高102.80 m)，共6層，懸挑高度27.25 m。

3 結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算

卸荷采用的鋼絲繩選用6×19(a)型，鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度不得小于1 570 N/mm2(纖維芯)，直徑為16 mm，懸挑工字鋼應(yīng)采用16號(hào)工字鋼，外墻腳手架的計(jì)算依據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ130-2011)、《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ162-2008)、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2012)、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017-2017)、《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB51210-2016)等規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。考慮到舊鋼管及市場(chǎng)鋼管的供貨情況，所有鋼管均按A48×2.8 mm鋼管進(jìn)行驗(yàn)算，以確保安全。以酒店辦公樓最大懸挑3.8 m，第三挑搭設(shè)高度27.25 m為例。

3.1 鋼絲繩卸荷計(jì)算

卸荷鋼絲繩驗(yàn)算參數(shù)見表1。

第1次卸荷驗(yàn)算：

α1=arctan(HS/LS1)=arctan(4 740/2 550)=61.721°

α2=arctan(HS/LS2)=arctan(4 740/3 350)=54.749°

鋼絲繩豎向分力標(biāo)準(zhǔn)值，不均勻系數(shù)KX取1.5。

由于腳手架所使用的鋼絲繩應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值按容許應(yīng)力法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算鋼絲繩豎向分力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，立桿所受力按上面計(jì)算取標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 卸荷鋼絲繩驗(yàn)算參數(shù)表

P1=Kf×KX×N×hj(n+1)/H×HL/1a=0.45×1.5×6.326×16.25/27.25×2.4/1.2=5.093 kN

P2=Kf×KX×N×hj(n+1)/H×HL/1a=0.45×1.5×7.312×16.25/27.25×2.4/1.2=5.886 kN

鋼絲繩軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值：

T1=P1/sinα1=5.093/sin61.721°=5.783 kN

T2=P2/sinα2=5.886/sin54.749°=7.208 kN

卸荷鋼絲繩的最大軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值[Fg]=max[T1，T2]=7.208 kN

繩夾數(shù)量：n=1.667[Fg]/(2T)=1.667×7.208/(2×15.19)=1個(gè)≤[n]=4個(gè)

花籃螺栓驗(yàn)算：

σ=[Fg]×103/(π×de2/4)=7.208×103/(π×122/4)=63.733 N/mm2≤[ft]=170 N/mm2

鋼絲繩：查表得，鋼絲繩破斷拉力總和：Fg=161.462 kN

[Fg]’=α×Fg/k=0.85×161.462/9=15.249 kN≥[Fg]=7.208 kN

吊環(huán)最小直徑dmin=(4A/π)1/2=(4×[Fg]/([f]π))1/2=(4×7.208×103/(65π))1/2=12 mm

d=20≥dmin

3.2 懸挑梁驗(yàn)算

主梁離地高度為75.55 m，間距1 200 mm，采用U型錨固螺栓固定再樓板上，錨固螺栓直徑d為18 mm，主梁為16號(hào)工字鋼，主梁建筑物外懸挑長(zhǎng)度Lx為5 100 mm，主梁建筑物內(nèi)錨固長(zhǎng)度Lm為600 mm，主梁外錨固點(diǎn)到建筑物邊緣的距離a為100 mm，主梁合并根數(shù)nz為1。懸挑梁基本參數(shù)見表2，懸挑梁支撐點(diǎn)參數(shù)見表3，懸挑梁驗(yàn)算參數(shù)見表4。

表2 懸挑粱基本參數(shù)表

表3 懸挑粱支撐點(diǎn)參數(shù)表

表4 懸挑粱驗(yàn)算參數(shù)表

1)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

q′=gk=0.205=0.205 kN/m

第1排：F′1=F1′/nz=3.682/1=3.682 kN

第2排：F′2=F2′/nz=3.682/1=3.682 kN

荷載設(shè)計(jì)值：

q=1.3×gk=1.3×0.205=0.267 kN/m

第1排：F1=F1/nz=7.038/1=7.038 kN

第2排：F2=F2/nz=7.038/1=7.038 kN

σmax=γ0Mmax/W=1×0.357×106/141 000=2.533 N/mm2≤[f]=215 N/mm2

2)抗剪驗(yàn)算：

τmax=γ0Qmax/(8Izδ)[bh02-(b-δ)h2]=1×0.675×1 000×[88×1602-(88-6)×140.22]/(8×11 300 000×6)=0.798 N/mm2

τmax=0.798 N/mm2≤[τ]=125 N/mm2

3)撓度驗(yàn)算：

νmax=0.094 mm≤[ν]=2×lx/250=2×5 100/250=40.8 mm

由于案例編制需多部門合作，成立案例編審委員會(huì)。確定案例編寫人員（主要是基礎(chǔ)護(hù)理學(xué)任課教師，且均來(lái)自臨床，具有豐富的臨床實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)），入庫(kù)案例項(xiàng)目（基礎(chǔ)護(hù)理實(shí)驗(yàn)課所開設(shè)的操作項(xiàng)目），決定案例的入選和更新，安排案例的校對(duì)與修訂。組織人員參加學(xué)習(xí)、培訓(xùn)，明確工作目標(biāo)和要求，轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，適應(yīng)護(hù)理教學(xué)改革。

4)支座反力計(jì)算：

設(shè)計(jì)值：R1=-0.515 kN，R2=1.235 kN，R3=8.109 kN，R4=6.77 kN

標(biāo)準(zhǔn)值：R′1=-0.396 kN，R′2=0.948 kN，R′3=4.504 kN，R′4=3.476 kN

根據(jù)受力計(jì)算，卸荷采用6×19(a)型鋼絲繩，鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度不得小于1 570 N/mm2(纖維芯)，直徑為16 mm，工字鋼采用16號(hào)工字鋼，滿足要求。

4 具體施工方法

懸挑架立桿縱距為1.20 m，排距(橫距)為0.80 m，步距為1.80 m，每段架體分1～3次進(jìn)行卸荷，卸荷所采用的鋼絲繩均為6×19(a)型，鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度不得小于1 570 N/mm2(纖維芯)，直徑為16 mm，卸荷系數(shù)均為0.45。因建筑外形變化的原因，距外墻間距(梁邊)不等，最小處采用0.25 m，水平桿外伸長(zhǎng)度為0.15 m。外排兩縱向水平桿之間設(shè)置2根扣件式鋼管水平防身欄桿，上下間距為0.60 m，外排架內(nèi)側(cè)設(shè)全封閉密目安全網(wǎng)，不大于10 m鋪設(shè)腳手板、擋腳板和水平兜網(wǎng)，實(shí)際施工時(shí)所有鋼管的規(guī)格不得小于A48×2.8 mm，所有懸挑梁均采用16#工字鋼，如圖2及圖3所示。

圖2 商務(wù)辦公樓單體外墻腳手架立面情況及懸挑陽(yáng)臺(tái)懸挑工字鋼節(jié)點(diǎn)效果圖

圖3 酒店辦公樓陽(yáng)臺(tái)懸挑3.8 m工字鋼立面圖

5 施工工藝流程及技術(shù)要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程

工字鋼懸挑鋼管腳手架搭設(shè)工藝流程：水平懸挑—縱向掃地桿—立桿—橫向掃地桿—小橫桿—大橫桿—剪刀撐—連墻件—鋪腳手板—扎防護(hù)欄桿—扎安全網(wǎng)。

鋼絲繩卸載工藝流程：固定鋼絲繩的預(yù)埋件在懸挑層以上第二層樓面開始設(shè)置，鋼絲繩牢固連接在內(nèi)外主節(jié)點(diǎn)上，用花籃螺栓統(tǒng)一拉緊，各鋼絲繩松緊一致，受力一致。

5.2 施工工藝要點(diǎn)

根據(jù)搭設(shè)高度，分3次懸挑，在樓板鋼筋綁扎同時(shí)，需要開始預(yù)埋錨固件安裝，根據(jù)構(gòu)造要求及結(jié)構(gòu)受力分析，每條工字鋼上采用3個(gè)φ18 mm的U型圓鋼作為懸挑工字鋼的連接件。其中1根直接埋設(shè)在結(jié)構(gòu)梁內(nèi)，其他2根采用在預(yù)制疊合板上鉆孔，預(yù)埋2組φ25 mm PVC塑料套管，待安裝懸挑梁時(shí)從板底穿過(guò)U型錨固螺栓。3根U型錨固螺栓的中心點(diǎn)連成一條線并必須與外墻面垂直。U型錨固螺栓閉合端高出結(jié)構(gòu)混凝土面一定高度(應(yīng)滿足工字鋼插入U(xiǎn)型錨固螺栓后，鋼梁鋼壓板及螺母、螺母墊片能夠安裝)。在上一層澆筑梁板混凝土?xí)r，在上一層相應(yīng)部位預(yù)埋φ20 mm吊環(huán)，便于后續(xù)安裝卸荷鋼絲繩。

5.2.2 懸挑工字鋼安裝

懸挑工字鋼安裝前，由專業(yè)焊工配合架子工在工字鋼上表面設(shè)置立桿部位焊接定位筋，高度不小于200 mm。同時(shí)，在懸挑工字鋼下焊接定位筋，高度不小于150 mm，便于卸荷鋼絲繩定位并防止卸荷鋼絲繩位移。待混凝土澆筑完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后，才能開始安裝工字鋼。

首先將工字鋼固定，再多人配合將工字鋼緩慢插入U(xiǎn)型錨固螺栓之中，并及時(shí)安放鋼壓板，待上一層預(yù)埋吊環(huán)混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，立即安裝卸荷斜拉鋼絲繩。懸挑梁穿過(guò)柱或剪力墻時(shí)，采用在柱或墻上預(yù)埋鋼板后焊接形式，如圖4所示。

圖4 柱或剪力墻工字鋼焊接圖

5.2.3 立桿固定

懸挑工字鋼安裝牢固后，組織報(bào)驗(yàn)，驗(yàn)收通過(guò)后開始立桿安裝，由專業(yè)架子工將合格鋼管逐個(gè)安裝在定位筋上，安裝時(shí)需要2人配合，在距工字鋼上表面不高于200 mm處安裝掃地桿，將立桿底部連成一體。

6 結(jié)語(yǔ)

施工中對(duì)懸挑梁的撓度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，撓度監(jiān)測(cè)值均在允許范圍之內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)異常。并在2021年經(jīng)歷海南“盧碧”“獅子山”“圓規(guī)”等多次臺(tái)風(fēng)(最大為12級(jí)臺(tái)風(fēng))影響，架體均未發(fā)生安全問(wèn)題。采用懸挑腳手架結(jié)合鋼絲繩卸荷的組合體系對(duì)超長(zhǎng)懸挑陽(yáng)臺(tái)外墻腳手架精心設(shè)計(jì)，不僅有效節(jié)約工字鋼用量，降低了工程成本，保障了施工安全及施工工期，此外也可依據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，經(jīng)受力計(jì)算后選擇合適鋼絲繩和工字鋼進(jìn)行靈活布置，滿足各種復(fù)雜形式的懸挑結(jié)構(gòu)外墻腳手架搭設(shè)要求，可在類似工程中推廣應(yīng)用。