超高楼层外爬架支座加固与应用

杜洪利，高泉，张东，张忠成

（中建八局第一建设有限公司，山东 济南 250100）

1 工程概况

交通银行金融服务中心(合肥)项目位于安徽省合肥市，主楼A楼地下2层，地上29层，建筑面积4.1万m2，主体高度144.4m，该工程主体结构为框架-核心筒结构，标准层高为4.4m，其中L轴到G轴之间的楼板在9、11、13层，19、21、23层内缩约6.55m；G轴到D轴12到14轴之间的圆弧形楼板在8、10、12、14层，18、20、22、24层内缩约为4.5m，层高达到8.8m为超高楼层部位，见图1。

图1

综合考虑主楼结构形式、施工工期、安全性和防火性等主体施工外防护采用整体式智能升降防护操作平台，即整体集成外爬架。根据该工程情况及规范要求，外爬架布置情况如表1。

表1

整体集成外爬架主要由5部分组成：智能荷载控制系统、提升系统、架体系统、附着支撑系统（含导向、防倾系统）、防坠系统。其中附着支撑系统中常规支座根据该工程具体情况（该工程主要为框架结构)，主要采用板式支座，支座内有2个预埋点，预埋到主体结构板上，支座悬挑尺寸为400mm，即架体距建筑外跳板为400mm，板式支座架体剖面如图2所示。

在该工程圆弧拐角剪力墙位置，采用剪力墙支座，架体距墙尺寸为500mm，墙式支座架体剖面如图3所示。

图2 板式支座架体剖面图

2 超高楼层爬架支座选型设计

图3 墙式支座架体剖面图

图4 (a) 左视图

超高楼层部位以上两种普通支座形式无法满足结构施工外防护（整体式智能升降操作平台）的附着、提升，因此我们提供一种整体集成外爬架支座成套装置，该装置由型钢立柱、水平拉杆、斜向拉杆、剪刀撑杆件、水平杆、预埋螺栓、拉杆支座、成品墙式爬架支座及成品板式爬架支座等组成，呈门框状，如图4～图7所示。

图4 (b) 正视图

图4 (c) 俯视图

图4(d) 轴测图

图4 中：①H型钢立柱；②H型钢立柱预埋螺栓；③水平拉杆；④水平拉杆法兰；⑤调节丝杆；⑥拉结支座；⑦拉结支座预埋螺栓；⑧斜向拉杆；⑨成品墙式爬架支座；⑩成品板式爬架支座；11○水平杆件；12○剪刀撑杆件。

型钢立柱的特征是：宽翼缘H型钢（宽翼350×350）厚度19mm及板材（钢板10mm厚）焊接而成，型钢立柱根部设置柱脚板，采用370mmT30高强螺栓与结构楼板连接。其作用是作为墙式支座支撑固定点。

水平拉杆的特征是：Φ89×7的圆钢，采用成品圆钢滚压套丝支座而成。与型钢柱采用法兰连接，杆件中间设置伸缩调节丝杆。其作用是连接立柱与内缩楼板结构，调节H型钢立柱前后位置。

斜向拉杆其特征是：Φ89×7的圆钢，采用成品圆钢滚压套丝支座而成。杆件中间设置伸缩调节丝杆，采用T76X6螺栓与结构楼板连接。其作用是连接H型钢立柱与底层楼板结构，调节H型钢立柱垂直度。

剪刀撑杆件及水平杆件其特征是：Φ89×7的圆钢，采用成品圆钢滚压套丝支座而成。与型钢柱采用法兰连接，杆件中间设置调节丝杆。其作用是将两侧H型钢立柱连接成静定结构，阻止发生平面变形。

成品墙式爬架支座其特征是：采用轻型热轧12#工字钢及【8、【14等材料组焊而成，采用2道T32高强螺栓与型钢柱连接。其作用是作为无爬架附着点处的爬架支座。

锚固螺栓为370mmT30高强螺栓，锚固端焊接100mm×100mm×10mm钢板，共设6道，锚固深度为220mm。

图5 钢结构立柱样图

图6 钢结构立柱预埋大样

3 成套装置计算

3.1 构件强度设计值（见表2～表5）

图7 钢结构框架纵向连接示意

钢材的强度设计值 表2

焊缝的强度设计值 表3

C 级普通螺栓连接的强度设计值 表4

B 级普通螺栓连接的强度设计值 表5

3.2 荷载取值（见表6）

荷载取值 表6

3.3 计算简图及内力计算

根据爬架的安装图纸，结构计算简图如图8。

图8 结构计算简图

立杆承担的弯矩M=65.66kN/m

3.4 构件验算

3.4.1 φ89×7.0拉杆验算

3.4.2 立柱工字钢HW250×250验算

②强度验算

③弯矩作用平面内稳定验算

④弯矩作用平面外稳定验算

3.4.3 结构焊口强度计算

本工程采用的钢结构焊接部分为H型钢上端部焊接的700mm×350mm×10mm钢板，为平焊，主要受压；H型钢下端部焊接的700mm×500mm×15mm钢板，为角焊；所有焊口均满焊，主要受弯。

根据受压公式,经计算可得σ=19.24N/mm2≤[σ]=164MPa，满足要求。

根据受弯构件公式，经计算可得σ=17.18N/mm2≤[σ]=164MPa，满足要求。

3.4.4 刚性斜拉杆焊口强度计算

根据受拉公式,经计算可得σ=48.2N/mm2≤[σ]=164MPa，满足要求。

3.4.5 连接螺栓强度计算

与钢结构连接所采用的螺栓为M20，材质为Q235，连接采用的螺栓为4个。

σ=86.01N/mm2≤[σ]=170N/mm2，满足要求。

通过以上计算，选用的拉杆、立柱能满足均能满足规范要求。

3.5 混凝土强度受力验算

图9

取最大跨度计算单跨钢结构自重1710kg，一根钢结构柱自重约16.75kN，单榀操作平台传递到钢构柱约47kN，总和受力约63.75kN。

3.5.1 混凝土抗拔验算

按锚固锥体破坏进行计算，当锚板为矩形形锚板时，F=πh×(h×cosα+2r/sinα)×σF=135.35kN

按冲切强度进行计算，F=uh×[τ]=116.4kN

取上面两种计算方法的较小值F=116.4。

该钢构柱共设6道预埋螺栓见图9。

则混凝土的抗拔力为F=116.4kN×6=698.4kN>N=63.75kN,满足要求。

3.5.2 混凝土的局部承压验算

①锚板处混凝土的局部承压验算。根据《混凝土结构设计规范》，混凝土的局部承压承载力计算如下：

Fl=1.35βcβlfc Aln=89.8kN>N=63.75kN,满足要求。

②锥形接头处混凝土的局部承压验算。锥形接头（L=140mm）受到受力螺栓传来的剪切力V，其受力分布见图10。

图10

P=3.32kN<9.1kN（C15混凝土抗压设计值），满足要求。

4 安装与拆除

4.1 实施步骤

楼板及框架柱预埋件随结构预埋→安装H型钢立柱→安装斜向拉杆→安装水平拉杆→安装剪刀撑杆件→调节杆件丝杆以调整立柱垂直度→安装成品墙式爬架支座。

4.2 安装

①随结构预埋H型钢立柱、斜向拉杆及水平拉杆的预埋螺栓，螺栓控制垂直度偏差不超过2mm。

②H型钢立柱安装于已成型的结构楼板，采用预埋螺栓与结构楼板固定，立柱安装后安装立柱螺丝，临时固定。

③斜向拉杆一端连接H型钢立柱，一端连接已成型楼板上的拉杆支座，拉杆支座采用预埋螺栓与结构楼板固定。

④水平拉杆一端连接H型钢立柱，一端连接已成型的缩进结构楼板，拉杆支座采用预埋螺栓与结构楼板固定。

⑤剪刀撑杆件和水平杆分别连接与两侧H型钢立柱，连接方式采用螺栓连接。

⑥调节水平拉杆及斜向拉杆调节丝杆长度，以矫正立柱垂直度。立柱垂直度矫正完毕后，立柱根部采用双螺帽拧紧。

⑦H型钢立柱底部设置预留孔，由成品板式爬架支座穿过，并固定。

⑧H型钢立柱顶部设置钢板，钢板与H型钢外侧平齐，成品墙式爬架支座固定于立柱钢板。

4.3 拆除

待最上层楼板内缩层混凝土浇筑完成且达到C15后方可拆除钢结构，首先拆除楼板内缩结构中的最下层钢结构；拆除时按照“后装先拆、先装后拆”的原则，先逐一拆除横向拉杆与钢结构柱之间的螺栓，拆除横向拉结杆后，再拆除纵向拉杆和斜拉杆，然后在塔吊预紧的情况下拆除钢结构立柱与立柱连接板之间的螺栓，最终将整体的钢结构立柱起吊到待施工楼层。

4.4 周转使用

因爬架覆盖4个楼层，按3层顶板支撑施工设计，超高楼层部位会连续3层出现，因此配备3套此成套装置满足周转使用。

5 结 语

主体结构施工整体集成外爬架，作为一种新型附着升降脚手架，与普通悬挑架相比操作简单，施工效率高，增强了安全性和防火性。随着建筑业的发展，追求建筑美观、建筑功能多样化、外形设计复杂、高大空间的建筑逐渐增多，这对整体集成外爬架设计提出进一步要求。特别是跃层的高大空间，常造成外爬架无附着点位的问题。该方案提供一种整体集成外爬架支座成套装置，可有效解决跨层高大空间部位的外爬架附着固定的问题。操作简单，安拆速度快，安全可靠，可周转使用。

[1]GB50017-2003,钢结构设计规范[S].

[2]GB50009-2012,建筑结构荷载规范[S].

[3]JGJ-202-2010,建筑施工工具式脚手架安全技术规范[S].

[4]GB50010-2010,混凝土结构设计规范[S].