型钢悬挑脚手架在高层建筑框架结构施工中的应用

肖 喆 李素霞 杨化军 谢振民

北京建工四建工程建设有限公司 北京 100075

1 工程概况

首钢科教大厦是首钢篮球中心的配套设施，原批准建筑面积为59 188 m2，是一座集文化、教育、培训、会议、住宿、餐饮及举办大型活动为一体的综合配套建筑。大厦地上15层已于2010年12月主体结构封顶，后由于规划调整，2013年8月开始首钢科教大厦增高改建施工，原地上15层调整为23层，建筑高度由60 m调整为95 m，建筑面积调整为75 846 m2。

首钢科教大厦工程结构形式为框架结构，层高及跨度均不能满足连墙件的设置要求，另外在建筑物转角、楼梯间部位的型钢均无法正常设置。经综合评估，决定采用型钢悬挑双排扣件式钢管脚手架进行施工。

2 悬挑构造设计概况

本工程悬挑结构由18#工字钢（主梁）和1道φ14 mm的6×19＋1钢丝绳（公称抗拉强度1 400 MPa及以上）吊索组成，主梁工字钢间距1.5 m设置1道，局部设置16#工字钢（次梁），主梁和次梁采用焊接连接。型钢主梁每根长度4 m，在楼板上锚固长度为2.5 m，外挑长度为1.5 m。

每根型钢悬挑梁外端设置钢丝绳与上一层建筑结构斜拉结，钢丝绳与建筑结构拉结采用φ20 mm预埋钢筋，预埋钢筋位于16层顶梁，距梁外侧边≥100 mm，且与下层工字钢位置一致，钢丝绳不参与悬挑钢梁受力计算。另外，由于架体搭设高度达36.3 m，为确保架体稳定性，在19层增设钢丝绳卸荷，每2跨卸荷1道，构造要求同首层钢丝绳拉结，且不参与受力计算（图1）。

图1 型钢挑梁安装示意

3 技术难点攻关

3.1 斜杆抛撑的应用

首层型钢悬挑脚手架由于上部结构未施工，无法进行钢丝绳拉结及连墙件的设置，另外，本工程15层顶板高度达60 m，作用在脚手架上的水平风荷载较大，为确保悬挑架的整体稳定性，采用在型钢梁端头焊接长40 cm短钢管，在型钢一侧增加斜杆抛撑的方式对架体进行拉结，斜杆间距不大于4.5 m，与楼板夹角在45°～60°之间，且应拉结至架体高度2/3以上的位置（图2）。

图2 型钢悬挑架首层斜杆抛撑示意

3.2 转角部位构造设计

型钢悬挑脚手架在转角处的处理方法一般采用扇形辐射布置型钢，但大多数框架结构在转角处均有框架柱，此部位建筑结构受力复杂，钢筋较密，悬挑钢梁通过该处必将影响到钢筋位置和结构力学性能，且辐射布置必然存在型钢交叉重叠，致使型钢不能满足锚固长度要求。结合本工程实际情况，在采用扇形布置但型钢不至于交叉的前提下，为确保转角处立杆不悬空，在型钢主梁外侧增设连梁，连梁采用16#工字钢，放置于主梁上部并与主梁焊接。同时脚手架转角部位在22层增设拉结钢丝绳卸荷，构造要求同首层钢丝绳卸荷（图3）。

图3 型钢悬挑架转角部位构造设计

3.3 悬挑三角架的应用

结合本工程实际情况，最终决定采取后加膨胀螺栓固定钢板的方式，增设预埋件，主梁型钢与钢板满焊，下侧增加同型号型钢斜撑，角度为45°，主梁上部加横向次梁，并与两侧主梁焊接。钢板截面为250 mm×450 mm，厚度为15 mm，螺栓型号为M20。其中钢板上部3个固定点为焊接3根φ14 mm钢筋，钢筋锚入16层剪力墙内，待该层混凝土浇筑完成后，与结构进行可靠的拉结。下部4个固定点为M20膨胀螺栓固定（图4）。

图4 三角架安装构造示意

上述悬挑三角架部位，通过对其连梁、带支撑悬挑梁、悬挑梁整体稳定性、支杆、斜撑杆稳定性、焊缝的受力进行计算，均能满足受力要求。

3.4 连墙件构造设计

本工程为框架结构，且楼层梁跨度较大（8 m），仅靠在框架梁、柱、洞口处设置连墙件不能满足“两步三跨”的规范要求，经过多次论证，施工中在跨中位置预埋2道φ16 mm钢筋锚环，间距1.5 m，距结构边0.3 m。2道锚环间穿入1根长2 m的钢管，连墙杆与此钢管采用直角卡扣连接紧固，另一端与架体主节点采用旋转卡扣进行可靠的连接，最终成功地解决该技术问题。

3.5 抗风涡流构造设计

因架体搭设较高，结构高度达93.6 m，架高超过40 m，且受风涡流作用，需要采取抗风涡流措施，防止架体向上倾翻。抗风涡流措施采用加强连墙件的方法进行。结合本工程实际情况，针对首层连墙件及斜杆抛撑与架体进行的拉结，在该部位增设反向斜撑杆连接，斜撑杆与连墙件、斜杆抛撑、架体立杆均采用扣件连接牢固，且下部连接点距外侧立杆不得大于250 mm（图5）。

上述型钢悬挑脚手架的设计节点在安全专项施工方案中进行体现，该方案由施工单位组织专家进行论证，审批完成后由技术、施工、安全会同监理单位共同对架体进行施工检查、验收工作。

4 实施效果

针对框架结构中型钢悬挑脚手架的关键节点设计，解决了在脚手架搭设过程中遇到的一系列技术难点问题，针对上述节点的施工、验收、监测，分别由专人进行负责，重点把控。

图5 抗风涡流构造措施

其中，斜杆抛撑的应用很好地解决了首层挑架无法进行连墙件设置的问题，该节点不仅施工简单，而且斜杆运用与方案设计的抗风涡流构造能有效结合，做到“一杆两用”，较好地节约了项目成本。其次，悬挑三角架、连墙件、转角部位的构造设计确保了架体的整体稳定性，在施工过程中安排测量人员针对架体位移、沉降进行监测，各项数据均能满足规范要求。该架体在二次结构砌筑完成后顺利地被拆除，施工期间很好地为结构、二次结构施工提供操作平台及围护作用[4-5]。

该架体的成功运用，有效地解决了架体搭设的技术难题，为项目节约施工工期、带来经济效益的同时，也得到了业主、监理、主管单位和社会各界的一致好评，取得了较好的社会效益。

5 结语

本工程型钢悬挑扣件式钢管脚手架的顺利应用，成功克服、解决了框架结构施工中悬挑钢梁常见的节点处理难点，以及本工程特有的施工难点技术问题。在本工程外悬挑脚手架实施过程中，项目部派专人负责检查、监测、记录。实践表明，通过项目论证后采取的斜杆抛撑、悬挑三角架、阳角构造、连墙件构造的设计，成功地运用在整个悬挑脚手架支撑体系中，施工期间架体稳定，无任何偏差超出规范允许范围。上述构造的应用在大型框架结构工程中，具有良好的推广意义。