钢结构通用安全外防护架体施工技术

□文/孔缓运

钢结构通用安全外防护架体施工技术

□文/孔缓运

在超高层建筑主体结构施工中，外檐脚手架的选型一直是重点，特别是当建筑物的外檐造型发生变化，标准尺寸的外脚手架体将无法满足建筑外檐全封闭的要求时。泰安道五号院工程主体结构施工中外檐脚手架采用了电动式整体提升脚手架，当主体结构进行顶部结构向内收缩时，对架体进行了改装，由电动提升改变为分片塔吊提升了，实现了对建筑物外檐的全封闭，取得了较好的效果。

超高层；外檐；脚手架

随着超高层建筑的不断发展，钢筋混凝土核心筒-外框钢结构形式非常普遍，由于钢结构的特点，无法采用传统的高层混凝土结构外防护系统，其安全防护是超高层建筑施工中必须解决的问题。

1　工程概况

天津泰安道五号院工程地下3层，地上47层，高度253.4 m，结构形式为钢筋混凝土核心筒-外框钢管混凝土，6层裙房已开业纳客。为保证钢结构施工过程及地面行人、顾客的安全，必须设计出满足不同平面尺寸的外防护措施，攻克钢结构施工外防护技术。

天津建工工程总承包有限公司通过自行设计，自主研发了高层外框钢结构外防护技术。

2　工艺原理

2.1总体原理

整体防护架体采用钢结构外框连接双层防风网片的结构形式，对施工标准层进行完全防护。施工标准层上移时，外防护架体由最下部防护架体单元直接倒运到上部安装后进行防护，实现架体循环使用。

2.2防风网选用原理

防风网片采用双层结构，一个大网眼一个小网眼，根据可坠落物最小直径进行选用。

2.3架体设计原理

外防护主结构主要受力形式见图1。竖向力：结构整体重力、施工人员临时上人重力。水平力：600 m高空百年一遇风荷载。如将整个体系的倒转90°，可看做风力为竖向力，重力为水平力的结构，因为相对跨度（柱距）较大，故采用桁架结构形式。

图1　结构选型

根据选定的结构形式进行外防护初步布置，所有现场拼装节点均设计为铰接节点，然后采用MIDAS/GEN进行结构设计，选择最优截面。

2.4细部设计原理

架体设计为模数制组合架体，满足各种柱距、平面形状的防护要求，便于应用于其他工程；采用普通螺栓节点简化高空安装难度；采用承插式节点方便下部防护架向上倒运、连接。

3　施工工艺流程及操作要点

3.1施工工艺流程

结构防护层参数确认、防护网片确认→初步设计单元框体、标准层框体→MIDAS/GEN建模、计算、优化截面→设计节点→制作加工→现场拼装、吊装、标准层防护倒运安装→检修、维护。

3.2操作要点

本工程层高4.2 m，从6层裙房顶开始连续设置40层。

3.2.1同时防护层数和防护网片规格确认

结构防护的层数应根据最大同时作业层数确定，设最大同时作业层为n，为保证流水施工不发生间断，那么防护层数为n+1。

本工程最大同时作业层数为3层，防护层数为4层。

防风网片采用双层结构，一个大网眼一个小网眼，要求大网眼直径不得超过可坠落物的最小直径的2倍，小网眼要小于可坠落物的最小直径的0.5倍。从而起到防止坠落的作用。

本工程最小可坠落物直径为30 mm，选择大网眼规格为间距50 mm的φ2.5 mm钢丝网，小网眼规格为间距为5 mm的φ0.8 mm钢丝网。

3.2.2初步设计外防护单元架体

1）防护结构平面布置

每一层根据防护平面尺寸，进行防护架体平面布置，布置时充分考虑建筑模数，制作5、4、3、2、1 m不同跨度的单元，其中5 m跨度单元以满足柱距进行布置，其余尺寸配合布置，最后根据封口尺寸部署少数非模数单元，采用模数单元这样保证了外防护最大的再利用率。

首先根据最外侧结构（可能为梁或板）的位置规划防护范围。本工程布置情况见图2，每层平面5 m跨度单元14个，4 m跨度单元4个，3 m跨度单元10个，2 m跨度单元8个，1 m跨度单元8个，最后布置两个非模数单元1.7 m跨度单元4个，0.7 m跨度单元4个。

图2　防护单元平面布置

2）单元防护结构设计

（1）单元架体结构设计。根据多年设计经验，外防护架体宽度通常取最大柱距的1/25，本实例宽度取400 mm。

架体按照平面布置的不同跨度单元分别设计，见图3。

图3　不同跨度单位设计

（2）附着杆设计。附着形式有与钢柱附着、钢梁附着两种，见图4和图5。杆长度L根据需避让的最外部结构而定，为了保证安装便捷的要求，L不低于300 mm，H根据最上节柱断口位置而定。

图4　架体与柱附着

图5　架体与梁附着

3.2.3MIDAS/GEN建模、计算、优化截面

建立最不利情况的结构模型，在MIDAS/GEN软件中进行设计优化。设计时荷载：每个单元可上2个70 kg施工人员，最大风压高度系数2.91，基本风压选择全国最大值0.75 kN/m2。

连续设置至最高防护高度（4层）并对结构进行优化，最后验算结构竖向变形、总变形、应力比，要求竖向变形不大于跨度1/250，总变形不超过层高的1/250，应力比不超过0.8。

最终竖向变形为7.7 mm，总变形为20.5 mm，最大应力比为0.788，均满足要求。

3.2.4设计节点

1）架体连接节点设计。单元框架采用焊接制作，需要进行设计的节点部位为1、2，左右单元连接，上下单元连接，见图5。

图5　架体连接节点部位

图6　单元左右连接节点

节点采用4颗螺栓，布置在法兰的四分点位置。

上下单元连接节点采用承插式连接，节点形式见图7，立面上布置三排节点，第一排节点仅为承插节点，后两排节点采用承插与螺栓结合节点，见图8。

图7　上下单元连接节点

图8　承插螺栓复合节点

2）附着杆节点设计。附着杆设计主要说明构造，计算过程与上述两种节点相似，弯矩、扭矩均转换为剪力，拉力，求得剪力合力、拉力合力，在计算、选取螺栓和节点材料。

附着杆节点形式见图9和图10，左端与架体采用方钢承插与螺栓复合节点，螺栓采用双螺栓，其余连接为焊接。

图9　与钢柱连接附着杆节点

图1O　与钢梁连接附着杆节点

3）防护网与架体连接。防护网采用压条的形式与架体连接，压条与架体采用螺栓相连，压条厚度6 mm，见图11。

图11　与钢梁连接附着杆节点

3.2.5外防护现场安装

以防护3层为例，外防护现场安装及倒运过程见图12-图19。

图12　首层柱安装

图13　连接两段防护架体

图14　二层柱安装

图15　安装第三段防护架体

图16　三层柱安装

图17　安装第四段防护架体

图18　施工第四层钢柱前将第一段防护架倒运到最上部

图19　防护架体提升帛点及钢丝绳选用

4　防护架体的特点

1）外防护采用钢材制作，立面美观，绿色环保，为循环利用创造了条件，符合国家环保战略要求。

2）技术可靠、制作简单、安装便捷，施工工期短。

3）采用双层钢丝网片形成两层防护，有效保证了内部施工零件不会散落至地面。

4）外防护采用装配式螺栓连接作为节点连接方式，现场拼接安装方便、施工效率高，节点连接质量只要满足普通螺栓安装质量要求即可保证整体外防护的安装质量要求，后期维护、检查按照普通螺栓检查要求执行即可，从而使得后期维护、检查流程简便、费用低廉。

5）防护可自行自由组合，满足各种平面形状的外防护要求，不必重新设计制作，一次投入再次利用率高，节约施工造价，缩短施工工期。

6）首次使用的工程造价同比市场上的租赁外防护架体成本节约近50%，经济效益显著。

TU731.2

C

1OO8-3197（2O16）O1-22-O4

2O15-11-O5

孔缓运/女，1983年出生，工程师，天津市建工工程总承包有限公司，从事工程技术营理工作。

□DOI编码：1O.3969/j.issn.1OO8-3197.2O16.O1.OO8