双头螺杆连墙件在超高层工程中的应用研究

曾俊淋

(福建省二建建设集团有限公司 福建福州 350001)

0 引言

现代房屋建筑工程施工中，扣件式钢管外脚手架在外围护中仍被大量使用，而其主要受力构件连墙件，则是用于脚手架架体与建筑主体结构连接，传递拉力和压力的构件，且对于加强脚手架的整体稳定性，提高其稳定承载能力和避免出现倾倒或坍塌等重大事故具有很重要的作用。

1 案例工程概况

某工程拟于有密集建筑群且房屋较高的城市市区中修建1栋39层住宅楼，基本风压ω0=0.2，地面粗糙度为D类[1]，层数与总高度如表1所示，施工阶段外围护采用落地式钢管外脚手架与悬挑式钢管外脚手架结合的形式，搭设形式、坐落楼层及搭设高度如表2所示；外架搭设构造参数如表3所示。

表1 建筑结构参数

表2 外架搭设分布

表3 外架构造参数

依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)的相关公式计算可知，该工程外架连墙件轴向力设计值为Nl=Nlw+N0=4.8+3=7.8kN[2]。

2 连墙件的选择

2.1传统刚性连墙件的不足

通过其他项目的调研，传统的刚性连墙件是由钢管连墙杆、扣件以及预埋于梁面或板面的短钢管组成，在后期的外墙装饰装修阶段时，该传统方式容易对质量、安全与成本产生一定的影响：

(1)当楼层砌筑工程以及外墙面装饰工程开始施工时，这些每隔4.5m就布置一个在楼层边的钢管式连墙件，就会影响施工进度；假若外墙砌筑或外墙面装饰施工时，拆除的连墙件不能及时恢复，尤其是大数量的连墙件缺失时，则会产生外脚手架容易失稳的安全隐患。

(2)由于连墙杆是采用外径为φ48mm的钢管，因此，不管是采用砖墙砌筑的外墙或者是混凝土浇筑的外墙，均会在外墙面上留有>50mm的孔洞，这些孔洞就容易因封堵不密实而成为渗漏点，从而造成质量隐患。

(3)预埋于梁内或板内的用于支点的短钢管，由于其与混凝土形成整体，所以在后期脚手架拆除时，并不能直接取出而只能采用切割去除，不仅浪费了材料而且增加了成本；而留在梁内或板内的钢管也需进行灌浆封堵，假如封堵不密实，尤其是在厨房、卫生间等用水较多的部位容易产生渗水风险，存在质量隐患。

2.2 新型双头螺杆连墙件的构造及受力机理

该项目根据以上的调研分析，并结合项目的实际情况，外脚手架的连墙件拟采用新型的双头螺杆连墙件。

2.2.1新型连墙件的构造

(1)预埋于梁侧边或墙侧边采用115 mm的长塑料件(内含方形螺母)；固定和定位预埋件的安装小螺杆(临时工具)，确保混凝土浇灌时预埋件不偏位，如图1所示。

图1 连墙件构件

(2)采用M14×140mm双头螺杆，连接内含方形螺母的预埋件与拉结钢管的受力构件，如图2所示。

(3)采用内含圆形螺母的Φ48×3mm拉接钢管，与双头螺杆和外脚手架内立杆连接，并且朝主体结构的一端顶紧梁侧面或墙侧面的混凝土上，如图2～图3所示。

图2 拉结钢管与圆形螺母

图3 连墙件与外架的拉结

2.2.2新型连墙件传力途径

(1)外脚手架承受背离主体结构的作用力时，拉结钢管将架体传来的作用力，通过与拉结钢管焊接的圆形螺母传给与圆形螺母连接的双头螺杆，再通过双头螺杆传给与双头螺杆连接内含的方形螺母的预埋件，最后由预埋件与混凝土的粘结力(剪切力)来承受架体的作用力。

(2)外脚手架承受面向主体结构的作用力时，由于拉结钢管朝主体结构的一端已顶紧于梁侧面或墙侧面的混凝土上，因此拉结钢管将架体传来的作用力直接传到混凝土梁或墙上。

3 新型连墙件的受力核算

3.1 直角扣件抗滑承载力验算

由于用扣件将连墙钢管与脚手架的立杆连接在一起，故其扣件的抗滑承载力大于连墙件轴向力设计值。根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)第5.2.15条，一个直角扣件的抗滑承载力设计值取8 kN[2]。所以大于连墙件轴向力设计值7.8 kN，满足要求。

3.2 连墙杆件(钢管)受力核算

连墙件杆件即φ48×3钢管的强度及稳定，根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)第5.2.12条，应满足下列要求：

(1)强度核算：σ=Nl/Ac≤0.85f；

则σ=7.8×103/(3.14×(24×24-22.5×22.5))=35.6N/mm2≤0.85×205=174.3N/mm2，满足要求。

(2)稳定性核算：Nl/φA≤0.85f；

连墙钢管计算长度为1000 mm，Φ48×3钢管的截面回转半径i=15.9mm；

长细比λ=l0/i=1000/15.9=63；

查表A.0.6可知，φ=0.806；

则Nl/φA=7.8×103/0.806×3.14×24×24=5.4N/mm2≤0.85×205=174.3N/mm2，满足要求。

3.3 M14双头螺纹的普通螺栓杆承载力核算

预埋螺栓杆采用M14，C级普通螺栓4.8级，长度为140mm。

M14×140-4.8级(C级)普通螺栓螺杆满足连墙件受拉承载力要求。

3.4 混凝土局部承载力和受冲切强度验算

由于连墙件采用方形钢质螺母的塑料套管预埋于混凝土中，因此需验算局部承载力和受冲切承载力。由于梁、板、墙、柱构件混凝土强度等级最低为C25，因此验算时采用C25强度等级。

根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(2015年版)表4.1.4-1和表4.1.4-2，混凝土轴心抗压强度设计值fc=11.9 N/mm2，混凝土轴心抗拉强度设计值ft=1.27N/mm2[4]。

(1)局部承载力验算

根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(2015年版)第6.6.1条；

Fl=1.35βcβlfcAln；

方形钢质螺母的塑料套管端部尺寸为26 mm，圆孔直径为18 mm，净面积Aln=26×26-3.14×18×18/4=421mm2；

根据第6.3.1条βC=1.0；

Fl=1.35×1.0×3×11.9×421/1000=20.3kN>Nl=7.8kN；满足要求。

(2)受冲切承载力验算

根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(2015年版)第6.5条；

Fl=0.7βhftnμmh0=0.7×1.0×1.27×4×26×100/1000=9.25kN>Nl=7.8kN；满足要求。

3.5 钢管内焊圆形螺母焊缝验算

根据实际测量，圆形螺母直径为40 mm，钢管外径为48 mm，壁厚为3 mm，所以钢管内径为48-3×2=42 mm。圆形螺母与钢管之间采用焊接连接，所以两者之间会形成1mm高的焊缝。

根据《钢结构设计标准》(GB50017-2017)第11.2.1条，焊缝强度设计值σ=N/(lwhe)。

4 质量控制要点

根据新型连墙件的受力核算，其在承载力方面是可以满足需求的，但在施工过程仍须采取以下质量控制要点，以保证新型连墙件实际的受力方式符合理论计算要求。

4.1 拉结钢管内圆形螺母的焊接要求

(1)由于M14×140连墙双头螺杆长度为140 mm，而预埋于混凝土中内置的方形钢质螺母的塑料管预埋件为100 mm(有效长度)，且为保证拉结钢管的端部能顶紧混凝土面，因此应保证焊于拉结钢管内的圆形螺母距钢管端部为40 mm。

(2)为保证后期连墙件水平受力，圆形螺母应垂直于钢管内表面固定焊接，防止后期双头螺杆倾斜受力。

(3)焊缝应饱满、连续，确保焊缝高度符合1mm高度要求，防止焊缝高度不足而形成受力薄弱部位。

(4)在圆形螺母焊接时，应控制焊接电流，避免焊穿钢管从而形成受力薄弱部位。

4.2 预埋塑料件(内含方形螺母)

(1)预埋于梁侧、柱侧或墙侧时，应采用6#铁丝等与梁筋、柱筋或墙筋进行绑扎固定，预埋应根据连墙件的设置部位(即方案要求的2步3跨)进行安装，同时应保证固定好的预埋件表面应与混凝土面平行，确保后期双头螺杆安装时长度符合要求。

(2)在梁、柱、墙模板封模后，应采用临时的小螺杆安装于预埋件(内含方形螺母)内，用来固定和定位预埋件，确保混凝土浇灌时预埋件不偏位。

(3)在有预埋件埋设部位的混凝土浇筑时，应安排专人进行跟踪预埋件在浇捣时是否移位，若有移位则应及时进行恢复。

4.3 混凝土浇捣

(1)在有预埋件埋设部位的混凝土浇筑时，应加强振捣，保证连墙件部位的混凝土密实，符合连墙件抗拔力的要求。

(2)在有预埋件埋设部位的混凝土浇筑时，应小心振捣以及缓慢振捣，防止振捣混凝土时造成预埋件移位。

通过以上措施实施，保证了连墙件的实际抗拔力符合理论计算要求，保证了外脚手架的稳定性和安全性。

5 效果分析

(1) 新型连墙方式除能满足结构承载力和使用要求外，在经济上也比传统的连墙方式省钱不少。

(2)传统钢管预埋连墙件与新兴连墙件的成本比较如表4所示。

表4 新旧连墙方式成本比较

6 结语

该工程在前期通过调研传统刚性连墙件的使用情况，择优选取了新型双头螺杆连墙件，在使用前进行理论验算，分析其适用性，并在施工过程中采取措施保证其安装质量，使连墙件成型质量符合承载能力状态和使用能力状态要求；而且消除了外墙因孔洞产生渗水通道的不利因素，也通过新型双头螺杆连墙件的使用，节省了大量的成本，取得了良好的经济效益。