整体滑移式脚手架架设高空大跨度钢网架施工技术

张秀玉

(中铁十二局集团有限公司,太原 030024)

1 工程概况

中船龙穴造船基地民船项目涂装风雨棚工程,屋盖为正放四角锥钢网架结构,螺栓球节点连接,采用下弦柱点支承,支撑点为钢筋混凝土柱顶支承,投影面积约为15 587.6 m2,长266 m；宽58.6 m。沿建筑物纵向分为A～F 6个区,其中A区长45 m,网架安装高度(底高程)20.5 m,B～F区长221 m,网架安装高度(底高程)17.5 m。屋面为彩钢板,采用单层蓝色镀铝锌暗扣式360°直立锁缝屋面系统板。网架内设有灯具以及排水系统。

2 施工方案选择

钢网架根据其结构形式和施工条件的不同,可选用高空拼装法、整体提升法、分块吊装法或高空滑移法进行安装。整体提升法和分块吊装法需要大的起重设备,技术较复杂；高空滑移法需在高空安拆滑移轨道和牵引设备,增加了高空作业的危险；高空散装法,脚手架用量大。中船龙穴造船基地民船项目涂装风雨棚工程建筑物平面为矩形,高度高,跨度大,纵向较长,选择整体滑移式脚手架高空散装就位方案,拼装平台小,占用跨内场地少,减少了脚手架的用量及脚手架的反复搭拆；施工设备简单,不需要大的起重设备,施工费用低；网架拼装和脚手架滑移施工可以与土建施工平行流水立体交叉,缩短整个工程的工期。

3 工艺原理

3.1 施工过程

以预先搭设在建筑物纵向一端的可滑移脚手架作为拼装平台,进行网架拼装,待第一个拼装单元(或第一段)拼装完毕,即用牵引设备将脚手架向前滑移一定距离。接下来在可滑移的脚手架上拼装第二个单元(或第二段),并将第一个单元和第二个单元对接,如此不断向前整体滑移,逐段拼装,直至建筑物纵向另一端,整个网架拼装完毕。

3.2 滑移脚手架的组成

(1)单元体

由导轨、轨轮、底座和脚手架以及牵引设备组成一个滑移脚手架单元体。

(2)导轨、轨轮和底座

本工程采用槽钢作为导轨,采用钢管作为导轮,采用槽钢作为底座,脚手架采用钢管及扣件搭设,操作平台采用竹夹板。导轨、轨轮、底座大样见图1。

图1 导轨、轨轮、底座节点大样

(3)构件连接

架体钢管采用扣件连接,立杆钢管与底座槽钢焊接成整体,使底座与上部钢管架形成一个稳定的整体。整体滑移式脚手架底座布置见图2。

图2 整体滑移脚式手架底座布置

(4)牵引方式选择

常用牵引设备用手拉葫芦、环链电动葫芦、电动卷扬机等,本工程滑移脚手架采用手拉葫芦的牵引方式,将牵引头焊接到槽钢底座上,根据滑移脚手架的宽度和质量设置牵引头的数量及位置。

(5)操作平台

网架安装完成后,反向滑移即可兼作网架内机电安装施工操作平台和装饰装修操作平台。

4 施工工艺流程及施工方法

4.1 施工工艺流程

固定导轨槽钢→摆放钢管导轮→底座安装→钢管脚手架搭设→牵引设备安装→脚手架试滑移→脚手架加固→拼装单元网架→单元网架质量检查验收→脚手架滑移→进入下一个单元→整个网架安装完成。

4.2 施工方法

本工程网架长度较长,跨度较大,采用两个滑移脚手架单元体并排平移,整体逐步向前推进。滑移式脚手架布置见图3。

图4 滑移脚手架牵引设备施工布置(单位：mm)

图3 涂装风雨棚整体滑移式脚手架布置(单位：mm)

(1)固定导轨槽钢

根据平面布置图,在已施工好的风雨棚车间地面上,每个脚手架单元体沿跨度方向平行布置6条槽钢导轨(图4),导轨采用[10型钢。为保证脚手架在滑移时,钢管导轮的受力均匀,整体脚手架的变形控制在安全范围内,平行的导轨槽钢应尽量在同一高程水平面上,导轨槽钢顶面高程误差应控制在±20 mm。现场在固定导轨时,应根据滑移脚手架的搭设图纸,首先弹出导轨边线,以便能保证固定导轨的水平度和平行度。

(2)摆放钢管导轮

根据滑移脚手架搭设图纸,本滑移脚手架采用的导轮为φ48 mm×3.5 mm钢管,钢管与导轨垂直,钢管悬挑端不允许有立杆,两边导轮钢管悬挑出导轨槽钢不得小于20 cm。

(3)底座安装

在钢管导轮上铺设[10型钢底座,底座周边必须与纵横向杆和立杆焊接成一个整体,保证底座自身的整体性。

(4)钢管脚手架搭设

①立杆纵横间距均为1.5 m,底部立杆必须采用不同长度的钢管,立杆的连接必须交错布置,相邻立杆的连接不应在同一高度,其错开的垂直距离不得小于500 mm,同步同跨内不应有接头。立杆接头必须采用对接扣件连接,剪刀撑搭接长度不应小于1 m,用不少于3个旋转扣件等间距固定,固定间距不应少于800 mm,对接接头中心距纵向水平杆轴心的距离应小于步距的1/3,扣件中心距杆端距离不应小于150 mm。

竖立第一节立杆时,每6跨应暂设1根斜撑,与地面的夹角宜在45°～60°,直至固定件搭设好后,方可视情况拆除。

立杆的垂直偏差,其垂直偏差应小于等于架高的1/200。立杆必须与底座焊接牢固,每根钢管焊接不少于4个点,且对称焊接；至少有1/2立杆必须满焊,保证整体滑移架与底座的整体性。

②纵横水平横杆的搭设。大小水平横杆的步距为1.8 m,纵向水平杆的钢管长度不应小于3跨(4.5 m)。纵横向水平横杆接头采用对接扣件联接时,内外两根相邻纵向水平横杆的接头不应在同步同跨内,上、下两个相邻接头应错开1跨,其错开的水平距离不应小于500 mm,各接头中心距立杆轴心线距离应小于跨距的1/3(500 mm)；纵横水平杆采用搭接连接时,其搭接长度不应小于1 m,用不少于3个旋转扣件等间距固定,其固定间距不应少于400 mm,相邻扣件中心至杆端的距离不应小于150 mm。所有纵横向水平杆与立杆相交处用直角扣件扣紧固定,横向水平杆搭设于纵向水平杆之上,横向水平杆外端伸出纵向水平杆外的长度应不小于150 mm,同一排纵横水平杆的水平偏差不得大于该片脚手架总长度的1/300。

相邻步架的大横杆应错开布置在立杆的里侧和外侧,以减少立杆偏心受载情况。

③剪刀撑搭设。为控制滑移脚手架的变形,剪刀撑分为纵向剪刀撑、横向剪刀撑以及水平剪刀撑。纵横向剪刀撑均布置在外侧,水平剪刀撑从下往上设置3道。

剪刀撑搭设应由上而下连续设置,每道剪刀撑横跨的立杆为5～7根,剪刀撑与地面夹角为45°～60°。剪刀撑应设置在脚手架立杆外侧,接头采用搭接联接,其搭接长度不应小于1 m,用不小于3个旋转扣件等间距固定,固定间距不应小于800 mm,并用旋转扣件固定在立杆或横向水平杆的伸出端上,其交点距中心节点的距离不应大于150 mm。

④脚手板铺设。脚手板采用竹夹板,每片竹夹板的规格为宽22 cm,长3 m。操作平台应满铺竹夹板,竹夹板的铺设应符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2001)规定。竹夹板四周应与小横杆用18号铁丝绑扎牢固。在操作平台周边搭设1.2 m高的安全栏杆并满挂密目安全网,在平台下方满挂安全兜网。

⑤扣件安装。扣件安装时,须注意开口朝向,用于连接横杆的对接扣件开口应朝架子内侧,螺栓向上,避免开口朝上,以防雨水进入钢管；直角扣件的安装,为保证安全其开口不得朝下。拧扣件螺栓时,应注意将螺栓根部放正和保持适当的拧紧程度,要求扭力矩控制在45～60 N·m,拧螺栓的工具以采用棘轮扳手为宜。

⑥网架拼装前,2个滑移脚手架单元体可以用钢管和木板把各平台串连成一整体,滑移时拆开分单元滑移。

⑦滑移脚手架各构件质量。立杆：5 878.5 kg；纵向水平杆：5 492.8 kg；横向水平杆：4 988.93 kg；水平剪刀撑：384.77 kg；横向剪刀撑：744.96 kg；纵向剪刀撑：288.8 kg；直角扣件：1 009.8 kg；旋转扣件；262.8 kg；对接扣件：1 419.8 kg；竹夹板：974.4 kg；[10型钢：600.42 kg。

(5)牵引设备安装

①牵引力计算

经上计算,滑移脚手架质量为22.046 t。施工时控制牵引速度在1.0 m/min以下,脚手架滑移两端不同步值应小于50 mm,牵引力计算(按滚动摩擦)如下

Ft≥(k/r)GOK

式中Ft——总启动牵引力；

GOK——脚手架质量标准值，取值22.046 t；

k——钢制轮与钢之间滚动摩擦系数,取值0.5；

r——轮轴半径，取值24 m。

经计算,总牵引力不小于4.59 kN即可。

采用2台5 t手拉葫芦即可满足牵引力要求,手拉葫芦固定在结构柱或25 t吊车上。

②在滑移脚手架底座上焊接两个牵引点,在地面上用膨胀螺栓固定钢板作为另一端的受力点,钢丝绳的一端与牵引点连接,一端与5 t手动葫芦连接,5 t手动葫芦用钢丝绳与固定点连接。

③钢丝绳与地面平行,牵引点与固定点的距离控制在20～30 m。2台5 t的手拉葫芦最大拉力为100 kN,再乘以经验系数0.6，为60 kN,足以满足牵引力要求。

(6)脚手架试滑移

①试滑移前的准备 a.检查手拉葫芦及钢丝绳的固定是否牢靠,动作是否灵敏可靠；b.钢丝绳有无破损、断裂、漏油、漏芯或打结现象,检查导轨上的杂物是否清理干净,导轨表面是否已润滑,导轨接长对接处是否平整、严密,导轨是否平直,前后是否平行；c.人员是否已疏散到安全区域；d.各项安全控制措施是否落实到位,责任到人。

②脚手架试滑移 a.试滑移脚手架的距离在500～1 000 mm为宜；b.试滑移主要确定架体刹车后因惯性向前运行的距离,同时观察架体的稳定性,架体本身有无变形,如有变形则需加强；c.观察底座槽钢与导轨槽钢是否重合；d.察看牵引设备运行状况是否良好,手拉葫芦、钢丝绳等有无异常。

(7)脚手架加固

试滑移或滑移后对滑移装置、桁架、脚手架进行全面检查,有松动、偏位和变形的部位进行加固和校正,并重新进行验收。

(8)拼装单元网架及验收

网架杆件运至现场后,在地面上组装成小单元(图5),用25 t吊车将网架小单元吊至安装位置,工人在滑移脚手架平台上将小单元组装成一个整体,沿跨度方向从一端向另一端拼装。拼装过程中在滑移脚手架上做临时支撑点,用方木进行临时支撑,待拼装至另一端时,去掉临时支撑点。滑移脚手架重复上述工序进行网架安装。脚手架的宽度必须大于两个支撑牛腿的柱间距,确保滑移时网架的整体受力。对于滑移脚手架的宽度小于支撑点间距时(网架支撑点间距比较大)，考虑在两个柱间距之间设置钢架作为临时支撑,确保网架整体的受力要求。本工程两个混凝土支撑柱的最大距离为30 m,跨度为58.6 m,在网架施工时,除采用滑移脚手架外,另外增加临时支撑(图6),临时支撑必须经过受力验算,且经过设计确认方可进行施工。

图5 拼装完成的小单元

图6 临时支撑

单元网架拼装好后,严格按设计图、《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)、施工方案进行施工和验收。

(9)脚手架滑移

①滑移前的准备 a.按试滑移前的准备工作到位；b.检查支撑在地面上的各临时支点底座是否都已离开地面；c.检查网架的卸载是否完成,网架安装的质量是否符合要求；d.各滑移脚手架之间的连接是否已经拆除(在跨内有多座滑移脚手架或两跨之间的滑移脚手架相连时)。

②脚手架滑移 专人统一指挥(由经验丰富的起重工担任),统一人员的协调分配,步调一致,确保直线度。专人查看导轨是否走偏,导轨有无破损；安全员和架子工查看架体是否有松动或变形,起重工观察钢丝绳和手动葫芦是否均匀受力,有无障碍物的阻挠,随时注意观察和倾听有无过度变形及异样声响。

(10)装饰装修及机电安装施工

对于网架底部设有装饰装修和机电安装的工程,当网架安装完成并检验合格后,反向滑移网架,进行机电安装和装饰装修施工。

5 主要材料及设备

整体滑移式脚手架使用的主要材料及设备见表1。

表1 滑移式脚手架使用的主要材料及设备

6 结语

(1)采用整体滑移式脚手架作为拼装屋面钢网架结构时支承网架、控制高程和操作平台之用,在高空逐条散装就位,取得了显著的经济效益和社会效益,同时又可兼作网架内机电安装施工操作平台和装饰装修操作平台,提高了工作效率,具有施工安全、快速、经济、可靠的优点。

(2)特有的滑移体系,采用槽钢作导轨,钢管作为轨轮,使用手动葫芦进行牵引,既可以防止卡轨等现象发生,又可以省力地控制滑移脚手架的移动。

(3)施工工艺领先,国内虽有同类施工方法,但是本工程中滑移架体的施工工艺在国内很少见,且滑移架体较高,最高高度为20 m。

(4)涂装风雨棚网架长度比较长,跨度比较大,采用两个滑移架并排平移,逐步向前推进,此技术对同类工程有较好的指导意义和参考价值。

[1] JGJ130—2001，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[2] GB50205—2001，钢结构工程施工质量验收规范[S].

[3] 建筑施工手册编写组.建筑施工手册·第四版[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[4] 湘建科[2008]212号，JSGF17—2008，钢网架结构高空逐条散装滑移脚手架施工工法[S].

[5] 朱晓锋，任红利.高空大跨度钢网架结构滑移脚手架搭设施工技术[C]∥中国建筑学会施工学术委员会模板与脚手架专业委员会2007年年会论文汇编.北京：2007.

[6] 陈远香.建筑钢结构工程设计施工实例与图集[M].北京：金版电子出版社，2003.