浅谈科维大厦工程斜拉式悬挑脚手架设计
2016-11-22王仕国
王 兵, 王仕国
(四川省建筑新技术工程公司， 四川成都 610081)
浅谈科维大厦工程斜拉式悬挑脚手架设计
王 兵, 王仕国
(四川省建筑新技术工程公司， 四川成都 610081)
悬挑式外脚手架是高层建筑施工中常用的脚手架形式之一。斜拉式悬挑脚手架具有自重较轻、搭设简便、节省钢材、提高工效等特点，可满足施工中立体交叉流水作业和多种作业的要求。文章以科维大厦为例进行分析，对悬挑式外脚手架的具体做法、强度验算及施工注意做了详细说明。
斜拉； 悬挑； 承重脚手架； 荷载； 搭设
1 工程概况及特点
1.1 工程概况
科维大厦为地下2层、地上40层的超高层商务楼，总承包单位为四川华西集团有限公司上海公司。其结构形式为框筒结构，标准层层高为3.7 m，建筑总高度为153.6 m。该工程地处上海繁华的闹市区，东临长寿路，南靠西康路，西北面为已建成的住宅小区，施工场地十分狭窄，主体使用整体升降脚手架进行结构施工。
图1 机房结构平面布置
1.2 工程特点
(1)本工程原设计裙房已施工完毕，主楼已施工至9层，且主楼的1～6层局部已投入营业(南华酒楼)，底楼有农业银行；裙房底楼西端为大同证券所，东端有新华书店，裙房1～4层拟作为大商场。
(2)本工程是在已建的9层基础上进行加层施工，因此施工难度较大。要在上部施工的同时不得影响下部各营业场所的正常营业，包括车辆的进出和人员的安全，故必须采取切实可行的施工防护措施，确保施工期间的各项工作顺利进行。
(3)本工程北面为已建成的住宅小区，施工工期紧，现场非常狭窄，在施工中对环境要求较高，因此在施工中做好控制施工噪音和防尘工作十分重要，在工程施工中要采取相应有效的控制措施达到隔音和防尘的目的，做到不扰民。
2 脚手架搭设方案
本工程中，可供选择的脚手架施工方案有以下两种:(1)下撑式悬挑脚手架，在35层框架柱或剪力墙上埋设铁件，焊接角钢以支撑36层悬挑出的型钢挑梁。(2)斜拉式悬挑脚手架，在37层框架梁上预留孔洞，埋设螺栓，以圆钢和花篮螺栓相结合的方式斜拉36层悬挑出的型钢挑梁。
通过对以上两种方案的可行性综合分析，选择了第二种方案，即悬挑脚手架采用斜拉式。就本工程而言，由于斜拉式悬挑脚手架的承载力是由拉杆的受拉强度控制，所以断面较小、自重轻，与下撑式悬挑脚手架相比，装拆简便，因此不仅可以节约成本，而且施工也比较方便[1]。
3 搭设构造与搭设方法
3.1 主梁
在36层XL2、XL3之间共安放4根9.0 m长的[20a槽钢挑梁(图2)。为了缩短外挑长度，在电梯门洞处各安放一根Ⅰ22a工字钢。型钢挑梁一端与Ⅰ22a工字钢焊牢，一端用φ14钢筋卡环与楼板固定。在两根XL2梁外侧1 200 mm范围内各安放一根9.0 m长[20a槽钢，用两道φ14钢筋卡环与楼板固定。所有型钢挑梁外挑长度最大为3.8 m。
图2 观光电梯36层悬挑钢梁与外支架平面布置
3.2 连梁
在36层距观光电梯外墙边300 mm处安放[10号槽钢连梁，连梁间距900 mm。连梁安放在主梁上，且与主挑梁焊牢。在连梁上需安放立模或外脚手钢管处均采用焊接，高度不小于120 mm的φ20短钢筋(图3)，立杆采用φ48×3.5钢管。为了防止物体坠落和满足施工操作要求，在连梁上铺50 mm×100 mm木枋, 木枋间距为350 mm，在木枋上满铺九层板，形成悬挑平台。
3.3 斜拉杆
在距观光电梯外墙边2.7 m处的主悬挑钢梁上用2根φ28的圆钢作为斜拉杆，斜拉杆通过连接耳板(图4)与型钢挑梁和梁上预埋的φ30的螺栓(图5)相连接。斜拉杆的长度和紧固借助于定型加工的花篮螺栓(图6)调节。为了满足长度调节要求，花篮螺栓设计长度为500 mm。本次采用的斜拉式悬挑脚手架立面示意见图7。
图3 节点详图1
图4 节点详图2
图5 节点详图3
图6 节点详图4
图7 悬挑脚手架立面示意
4 结构计算
4.1 基本假定及计算简图
本工程采用的基本假定为：(1)系统与剪力墙之间的焊接接点为固定铰支座；(2)杆件之间的扣件连接均视为铰接；(3)施工荷载通过钢管直接传递到型钢主挑梁上；(4)主梁上斜拉两根圆钢，其中一根为安全储备，因此在计算简图中，只考虑一根的受力。其计算简图见图8。
图8 计算简图
4.2 荷载计算
4.2.1 计算区间和荷载组合
架体横距1 000 mm，纵距900 mm，计算区间为0.9 m2。单根主挑梁在混凝土梁下的最大施工荷载：活荷载=现浇混凝土板+梁重+施工活载；恒载=悬挑架自重+模板及其支架自重。防护架横距900 mm，纵距1 500 mm(900 mm)，步距1 800 mm，同时施工2层，施工活载为3.0 kN/m2。
4.2.2 活载
现浇混凝土悬挑梁平均截面400 mm×1 000 mm,施工活载为2.5 kN/m2，其活荷载见表1。
表1 各活荷载值
4.2.3 恒载
钢管0.038 4 kN/m，扣件0.015 kN/只，模板及其支架0.75 kN/m3，则悬挑架及模板支撑各恒载见表2。
表2 各恒荷载值
表3 各荷载组合值
4.2.4 荷载组合
由于荷载组合为活载+恒载：Pi=1.4P′+1.2Pi″，则各荷载组合见表3。
4.3 钢梁内力计算及截面强度、刚度验算
4.3.1 钢梁内力计算
采用连续梁内力计算软件，算得跨中最大弯矩为14.287 kN·m，最大剪力Vmax为31.424 kN(B点左端)，斜拉杆的竖向分力F为58.8 kN。钢梁材料均采用Q235钢材。
(1)钢梁强度验算。
采用相关规范[2]进行钢梁强度验算，有：
76.44N/mm2 满足规范要求。 (2)钢梁刚度验算。 采用相关规范进行钢梁强度验算，有： 满足规范要求。 4.4 圆钢斜拉杆的强度验算 由于F=58.8 kN ，cosθ=0.77，T作为斜拉杆的轴向拉力，则有： T=58.8÷cosθ=76.36kN 按照1根拉杆承受荷载计算，采用φ28圆钢，Ag=615.4 mm2，有效面积按φ25圆钢计算，Ag=490.6 mm2，则有： 强度满足要求。 5.1 施工准备 按设计长度配齐各种长短规格的钢管，分类堆放，尽量减少对接接头，杜绝现场割据现象。施工过程中，严禁无关的人员进入施工区域，且周边必须进行临时钢管防护[3-4]。 5.2 搭设顺序 预留螺栓孔→安放型钢挑梁→上斜拉杆→安放连梁→搭设外防护架→沿外围安装安全网。总之由下而上、由里而外，当外防护架搭设完毕后，再绑扎钢筋，搭设支模架[3-4]。 5.3 施工要求 钢筋混凝土梁的螺栓孔，其位置、标高必须准确，纵横成行，允许偏差不得大于±25 mm。当剪力墙混凝土强度达到设计强度等级的70 %，且大于20 MPa时，方可进行架体施工。 5.4 悬挑架的拆除 (1)拆除之前，应通知有关分包、协作单位，进行全面检查。保证架体上的建筑装修、幕墙、金属复合铝板的饰面和吊顶等全部施工完毕，验收合格，形成共识后，会签拆除通知书。 (2)再次全面检查架体上的扣件连接点。根据检查结果，对于后拆的松动杆件、扣件等先进行加固,以便保证拆除过程中的安全。 (3)清理架体上的杂物及多余的脚手板、钢管等建筑材料,包括各种拆除材料，均应先集中在相应的楼层，整齐堆放，严禁抛掷。 (4)拆除顺序应与搭设顺序相反，由上向下同步，严禁上下同时作业。每拆除一步架后，都要配合装修队割除凸出墙面的拉结点，完善外装饰的未了事宜。验收合格后，方可进行下道拆除工序[3],[5]。 6.1 提高架体稳定性 调节花篮螺栓[6]，使圆钢斜拉杆松紧适度，受力明确。采用φ12圆钢(一端带丝口)与短钢管进行焊接[7]，一端埋入剪力墙通过钢板用螺帽栓紧，另一端与架体连接(图9)。 图9 节点详图5 6.2 检查验收 悬挑架安装完毕后，要全面进行综合性的检查验收，对所有节点逐一进行复拧复紧，扣件螺栓扭力矩不得小于40 N·m，并不大于65 N·m，及时用彩色粉笔做出标记，确保一个不漏。 6.3 安全防护 悬挑架体底部要用密目安全网作整体封闭，杜绝高空落物伤人[8]。 6.4 施工荷载 由于架体的设计荷载仅考虑到37层一层的全部结构施工荷载，因此要待37层悬挑梁混凝土强度达到设计强度等级的40 %，方可进行第38层的梁板施工。如为了加快工期，可将37层的混凝土强度配合比提高1～2级[8]。 本文以科维大厦为例进行工程分析，得到了以下主要结论：(1)对于部分已经投入使用又对环境要求较高的工程，在进行加层施工时必须采取切实可行的防护措施。(2)与下撑 式悬挑脚手架相比，斜拉式悬挑脚手架具有断面小，自重轻、节约成本以及施工方便的特点。(3)悬挑脚手架搭设必须进行构件的强度验算。(4)在施工过程中必须严格按照相关规范要求进行施工，并积极采用安全、质量保证措施。该工程目前已圆满结束，悬挑架实现了安全、质量、进度的预期目标，为日后的超高层悬挑承重脚手架施工积累了一定的经验。 [1] JGJ 130-2001 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S]. [2] GB 50017-2003 钢结构设计规范[S]. [3] 《建筑施工手册》第4版编写组.建筑施工手册[M].第4版.北京: 中国建筑工业出版社，2003. [4] JGJ 80-91 建筑施工高处作业安全技术规程[S]. [5] 沪建施87第525号 建筑施工普通脚手架安全技术规定[S]. [6] JGJ 59-99 建筑施工安全检查标准[S]. [7] JGJ 18-96 钢筋焊接及验收规程[S]. [8] DGJ 08-903-2003 施工现场安全生产保证体系[S]. TU731.2 B [定稿日期]2016-04-205 施工部署
6 安全、质量保证措施
7 结束语
