70米高空8米悬挑装饰铝板可伸缩操作平台的设计

朱云峰 黄建国

一、工程概况及施工难点

苏州大学附属第二人民医院门急诊大楼工程 (本工程获国优工程和省优工程)，在69.4m高屋面部位有一悬挑装饰钢构需进行铝板全封闭外装饰施工。由于该钢结构从建筑外边线挑出8m，整个结构下方无建筑结构。钢结构安装时利用原塔吊进行组装，而当装饰进场时，塔吊已经拆除，因此给该部位的装饰施工带来困难。如何解决该部位的施工操作平台成为该部分装饰工程的施工难点。铝板装饰部位详见图1，部分完成的铝板装饰见图2。

图1 铝板装饰平面布置图 图2已完成装饰的钢架部位

二、方案选择

要满足施工需求，在装饰钢构下方必须有一个12m×9m的安装平台。经过对土建设计图纸的分析，初步拟订了两个设计方案，第一方案：借鉴悬挑脚手架，在十四层上采用悬挑钢梁，上设钢管脚手架钢丝绳拉结，再通过钢管脚手架体的两次悬挑形成操作平台；第二方案：借鉴卸料钢平台，在67.7m屋面结构上采用钢丝绳悬挑钢梁形成操作平台。在对现场实地的踏勘后发现选择第一方案存在若干缺陷，首先建筑主体结构13轴内侧为楼梯间，该部分墙体为混凝土结构，外侧为仅1.5m宽的混凝土平台，且平台上砖墙已全部砌筑封闭，作为16m高的脚手架支点的悬挑钢梁布置安装有困难，悬挑脚手架采用钢丝绳软拉结整体稳定性较差，搭设脚手架时施工操作人员风险较大，因此否定了该方案。第二方案主要通过工字钢作为主梁，通过初步估算，在钢平台搭设过程中可纯悬臂受力；当施工架体荷载附加后，悬臂钢梁挠度过大，因此在形成平台后，必须采用钢丝绳吊索斜拉，工字钢钢梁以简支受力，形成悬吊钢平台。然后在平台上进行施工脚手架搭设，四周利用槽钢联系梁悬挑出操作平台，悬挑端采用钢丝绳与装饰悬臂钢梁拉结。该方案虽然施工钢平台时较烦琐，但安装风险小，铝板安装时施工方便，安全可靠。主要难点在于钢平台已高于屋面，吊索后部拉节点无处可拉。

三、设计方案

受启发于斜拉索桥，我们通过设置桅杆来改变拉索受力方向，采用了第二方案。斜拉索悬吊钢平台主要由5根12m长25号工字钢作为主钢梁、14号槽钢作为次梁和联系梁，局部联系梁悬挑区域采用Φ48×3.5钢管作为区间支撑、直径140×5圆钢管作为桅杆，其所用钢材均为Q235-B；钢丝绳主拉索采用规格为直径26mm （6×19），钢丝强度极限为1850N/mm2的索材、联系梁悬挑处次拉索采用规格为直径14mm（6×19），钢丝强度极限为1550N/mm2的索材共同组成悬吊平台。为尽可能降低平台用钢量，同时又要满足施工操作要求，我们拟定了分阶段在钢平台上按设计要求进行脚手架搭设的方案，以降低恒载值。脚手架使用活荷载控制在1.5KN/m2，脚手架采用Φ48×3.5钢管扣件搭设，上满铺竹片，钢平台与脚手间采用平网进行防护。钢平台与脚手架剖面和平面图详见图3、图4。

图4 钢平台脚手架平面示意图

四、斜拉索悬吊钢平台主要构件组成

1、主钢梁：采用5根12m长25号工字钢，间距2m；从13轴向西外挑8m，每榀钢梁在离悬挑端处2.3m处设置吊点，采用钢丝绳、葫芦悬吊；在屋面 （13轴后侧）部分的4m钢梁以楼梯间两侧的混凝土墙板作为拉结、支撑点。

2、次梁 （联系梁）：采用12m长14号槽钢，间距约2m，以主钢梁作为支座，两侧各挑出边跨主钢梁北2.5m、南1.5m，考虑到上部安装脚手后挠度偏大，因此在次梁悬挑端采用直径14mm （6×19），钢丝强度极限为1550N/mm2的钢丝绳与已完成的土建装饰钢架拉接，形成拉杆并增加钢平台的整体稳定性。

3、桅杆和钢丝绳：桅杆采用5根2.2m高、直径140×5圆钢管，立于13轴67.7m屋面上方土建已完成的H600×300×10×16钢梁上，并焊接连接，桅杆作为改变钢丝绳受力方向的主要构件同时分解部分钢丝绳拉力，因此作为桅杆支承的钢梁视为悬挑钢平台构件通过计算复核满足结构受力要求。而悬吊力还是依靠钢丝绳来承受，杆前布置6根，杆后布置6根，受力分布详见图5钢平台三维结构布置图。杆后钢丝绳拉结点将布置在楼梯东侧靠近混凝土墙板的屋面板底。完成的斜拉索悬吊钢平台见图6所示。

图5 钢平台三维结构布置示意图

图6 安装完成的斜拉索悬吊钢平台及部分节点

4、脚手架：在钢平台上搭设脚手架分为三个步骤，首先搭设14号悬挑槽钢两侧部位的脚手及部分通道，满足两侧铝板施工，见图7；其次施工完南北两侧悬挑部分后先拆除南北两侧脚手架，最后在8m×8m的钢平台范围内搭设满堂脚手，先施工完成外边缘4m范围内的全部铝板，见图8；最后拆除平台上内侧4m范围内的脚手，将钢平台向内移进4米，拆除钢丝绳和桅杆，将钢平台受力改成纯悬臂形式，在此过程中陆续将因受钢丝绳限制而无法安装的铝板组装完成；见图9。脚手立杆全部设置在工字钢上翼缘，纵向间距1.2m，横向间距2.00m；立杆与工字钢采用焊接钢套管插入连接，立杆下端加纵横牵杆保证架子的稳定和安全，脚手底部平网围护，四周扶手安全网围护。脚手架搭设形式见图10。

5、拉撑节点及桅杆：钢平台钢梁安装时，需将做支座部位的屋面保温层、整浇层及女儿墙部分凿除；进行支座安装，主钢梁支座设在混凝土墙体部位，后支座采用拉结形式，前支座采用承压形式；将13轴上方的土建装饰钢梁作为桅杆支座，支座做法见图11；在混凝土墙板上、桅杆上设置好钢丝绳连接支座，在主钢梁底、女儿墙处设置钢限位，以抵抗因钢丝绳产生的对主钢梁的水平推力，采用葫芦固定、收紧钢丝绳，使其受力均匀并与已完成的拉接点扣紧。

6、结构计算：钢平台悬索状态下的结构计算，在初步确定材料规格、型号后，采用上海同济大学3D3S软件进行复核验算，强度、稳定性、挠度满足设计规范要求；钢平台纯悬臂状态下的计算，采用手工进行，同样满足要求。

五、安全技术要求

1、脚手是仅供施工人员行走和操作的安全平台，严禁在脚手上堆放施工材料、工具等。

2、由于平台面悬索在70m左右高度，风力大，脚手上必须每天派专人进行杂物清理。

3、每天使用前必须应有专人检查吊索及保险钢丝绳的外表及其连接情况，不得遗漏。

4、对因使用功能设置的补强、拉结、封闭设施，应有专人负责检查，如操作中有妨碍严禁擅自拆除，如需改变必须由专业安全工程师批准。

5、平台在转换受力状态 （即在由拉结简支受力到纯悬臂受力）时，应有专人检查钢梁钢丝绳和各支点情况，不得遗漏，严禁带病操作。

图7 第一次脚手架平台搭设示意图

六、结语

通过现场实施，成功地解决了70m高空8m外挑装饰钢梁外包铝板施工时的操作平台搭设难题。增加了吊挂式钢平台的结构形式，拓展了钢平台施工工艺的应用范围。为今后遇到同类型工程的施工提供了经验，唯一的不足在于一次性成本投入较高。

图8 第二次脚手架平台搭设示意图

图9 第三次脚手架平台搭设示意图

图11 主要构件节点示意图

图12 安装完成的操作平台