在受限空间内搭设双排落地式脚手架的技术应用

2022-11-18皮利学李东涛

中国新技术新产品 2022年16期

张焱皮利学李萌赵庆李东涛

（北京建工一建工程建设有限公司，北京 100000）

0 前言

由于新建工程施工场地受限，在土方工程阶段无法实现放坡开挖，因此越来越多的建筑工程选择了直壁开挖的方式。因为肥槽空间狭小、作业受限、工程地下结构施工阶段双排落地式脚手架搭设困难等涉及施工安全的问题层出不穷，所以为了解决在受限空间内搭设双排落地式脚手架的这些问题，产生了新的搭设技术[2]。

1 工程概况

1.1 工程地理位置、现场条件及设计概况

该工程位于北京市丰台区长辛店镇张郭庄村，西至规划长辛店北路，东至长辛店北九路，北至规划长辛店北三十三路，南至规划长辛店北十八路。勘察报告显示，建筑场地位于永定河断裂带，场地地势平坦，自然地面标高为66.97m～70.62m。据调查，场地地下无管线、溶洞、河道、墓穴等对施工不利的地下埋藏物。水位受永定河历史最高水位和丰水期水位标高的影响，可按61.00m考虑。场地西侧、北侧各设置2台容量为400kVA的变压器，供现场施工使用。现场用水由场地内市政管网接入。该工程由14栋住宅楼、6栋配套楼组成，其中主楼住宅地上15层，地下3层，车库地下2层，最高建筑高度44.6m；该工程占地面积46514.49m2，总建筑面积164105.47㎡。

1.2 落地脚手架工程概况

1.2.1 脚手架性质、用途及荷载限定

该工程地下外墙脚手架采用双排落地式钢管脚手架，连接方式为扣件连接。为方便施工并保障周边行人、车辆通行安全，该工程双排落地式脚手架沿着结构外围全封闭搭设。双排落地式脚手架搭设范围包括车库地下两层、主楼-3～4层及屋顶机房层、附属配套S1～S6地上及地下。其中主楼搭设至地上4层顶，施工荷载值为2kN/m2，同时考虑2层施工。

1.2.2 脚手架部位及相关参数

搭设部位：地下车库、主楼、附属配套楼；搭设高度：21.1m；混凝土强度等级：梁板C35/C30，柱C40；架体基础情况：粉质黏土、砂质粉土、人工填土、型钢梁和混凝土结构（车库顶板）；地基承载力：综合考虑110kPa。

1.2.3 脚手架工程重点、难点、特点

该工程项目体量较大、工序繁多，施工现场用地面积紧张，场内道路回转不便，工程材料进场数量较多，双排落地式脚手架搭设在地下部分的肥槽位置和地上部分的窗井位置存在较大的施工困难。由于该工程土方开挖方式为直壁开挖，因此采取排桩支护的形式进行边坡支护，肥槽宽度最大处仅1m且有碍于支护桩上面的腰梁和锚杆，导致该部分双排落地式脚手架搭设必须断开；窗井位置下方无支撑，需要设置型钢梁；这一系列的因素都在很大程度上制约了工程施工的进展。

2 脚手架设计

2.1 脚手架基础设计

肥槽内脚手架在搭设前须进行地基夯实，地基承载力应满足设计要求，脚手架立杆下设置垫木。铺放垫木和安放底座垫块必须平稳，不得使立杆悬空，当安放底座时，应拉尺定位，先按规定的间距尺寸摆放，然后固定[3]。

2.2 架体设计

该工程双排落地式脚手架采用传统的钢管和扣件进行搭设，根据实际情况并结合该工程特点，具体设计参数如下：1）架体采用ø48.3mm×3.6mm钢管[2]，所有进场钢管应有有效的检测报告，其材质性能应符合现行国家标准《碳素结构钢》的有关规定，对进场的钢管进行壁厚检验，考虑到市场实际情况，综合规范要求，其实际壁厚应≥2.8mm。当钢管有压扁、裂缝、结疤、分层、错位、硬弯、毛刺和深的划道等缺陷时严禁使用，钢管内外壁应涂刷防锈漆。2）地下部分立杆横距0.6米、纵距1.5米、步距1.8米，内侧立杆距墙0.3米，地上部分立杆横距0.8米，纵向距离1.5米，步距1.8米，内侧立杆距墙0.3米。纵向水平杆设置在立杆内侧，其长度不小于3跨。纵向水平杆接长宜采用对接扣件连接。3）当铺设脚手板时，为防止出现探头板，可增加小横杆的布置。4）架体本身及架体与地库墙体的间隙设置安全兜网，除第一层架体外，每步架体底部均设置安全兜网，与墙体之间的安全兜网每两步设置一道，考虑到临边作业，在地下施工阶段架体的两侧每步中间位置设置一道纵向水平杆作为安全防护栏杆[1]。5）主体结构一侧与肥槽相连，将另一侧临地库顶板的架体断开，在架体侧面设置“之”字形斜撑。

3 在受限空间内搭设双排落地式脚手架的技术要点

3.1 在肥槽受限空间内采用“三角体系”搭设落地式双排脚手架的技术要点

由于部分地下室外墙距支护桩距离不足1米，桩外有钢制腰梁，这对外墙双排落地式脚手架搭设存在制约，导致部分架体靠近支护桩的一排立杆延伸到支护桩腰梁位置时被迫断开，综合考虑结构稳定性等相关问题，决定在支护桩顶固定一根立杆，固定方式采用钢管焊接在钢板上，用膨胀螺栓将钢板固定在桩顶。在靠近墙体一排立杆向外偏移800mm的位置设置一排立杆，通过纵向杆和小横杆与靠近墙体的一侧立杆连接。被腰梁中断的立杆在腰梁上方重新搭设且不能与腰梁接触，腰梁上方立杆向上延伸至出支护桩顶后再向上延伸一步架体高度。在固定在桩顶的短立杆上搭设“三角体系”用以稳固架体，“三角体系”按照跨距搭设，具体参数如图1所示。

3.1.1 “三角体系”受力分析

该三角体系受力模型如图2所示，主要对图1中“节点1”“节点2”和“节点3”进行受力分析。由于在该结构中存在较多的杆系，实际工程中各杆系构件均采用钢扣件进行连接，因此该体系中所有节点将按照铰结考虑。对该体系杆件进行力学分析时，需要整体考虑，首先各节点之间的铰结可对荷载进行传递，其次各节点的铰结还可忽略微变形下所产生的弯矩对结构的不利影响，保证其整体刚度维系在同一个水平上。考虑超静定及复杂受力体系和在实际工程中的应用，该体系中伸出短杆部分（外伸长度一般不大于100mm）刚度较小，对这次分析的节点变形影响不大，同时节点2对伸出短杆部分的反向作用力也可忽略不计。

图1 肥槽受限空间脚手架搭设示意图（尺寸单位：mm）

图2 三角体系力学模型简图

根据综合考虑的受力模型，支护桩上的两根立杆与支护桩顶部接触位置节点可视为刚结点，可以忽略水平向刚度和水平向摩擦力的影响。

在三角体系构件中的多杆系结构作用下，由于杆件之间采用金属扣件连接，因此力的传递不受节点连接方式的影响。

对节点1、节点2、节点3的受力分析：

节点1受2个外力作用，分别为F1、F2；节点2受5个外力作用，分别为F5、F6、F3、F4、F11；节点3受4个外力作用，分别为F7、F8、F9、F10；F1=F7，F2=F5=F11；F4=F8，F5=F1=F2，F3=F6；F3=F4COS30°，F6=F5COS30°，即F4=F5=F11。

在该体系中，主要节点的受力处于平衡稳定状态，同时得利于该体系中的双横杆撑拉作用，使该体系能够增强整体刚度、防止平面外失稳。通过对该体系横杆的抗弯及挠曲变形的合格验算，充分说明了该体系足够稳定。

3.1.2 脚手架稳定性验算

该体系的稳定性计算基于该工程概况及其采用的材料特性。该工程采用钢管钢材标号为Q235级，为了增加安全系数，钢管计算壁厚为2.8mm，直径为48mm。该工程架体计算高度为21.1m，立杆步距h=1.8m，立杆跨距La=1.5m，立杆横距Lb=0.8m，横向水平杆计算外伸长度a1=0.1m，内立杆与建筑物距离a=0.3m。脚手板自重标准值Gkjb=0.35kN/m2，结构脚手架荷载标准值Gkjj=3kN/m2密目式安全立网自重标准值Gkmw=0.01kN/m2，栏杆与挡脚板自重标准值Gkdb=0.17kN/m2，每米立杆承受结构自重标准值gk=0.129kN/m，风荷载体形系数us=1，风荷载标准值ωk=0.393。基本风压ω0=0.3，风压高度变化系数uz=1.31。纵向水平杆上横向水平杆根数n=2，横杆抗弯强度设计值[f]=205N/m2，横杆截面惯性矩I=101900mm4，横杆弹性模量E=20600N/mm2，横杆截面抵抗矩W=4250mm3[3]。

该体系承载能力极限状态计算如式（1）所示：

式中：q1为该体系在承载能力极限状态下所承受的线荷载；Gkjb为该体系脚手板的自重标准值；La为立杆跨距；n为纵向水平杆上横向水平杆根数；Gkjj结构脚手架荷载标准值[3]。

该体系正常使用极限状态计算如式（2）所示。

式中：q2为该体系在正常使用极限状态下所承受的线荷载；Gkjb为该体系脚手板的自重标准值；La为立杆跨距；n为纵向水平杆上横向水平杆根数[3]。

抗弯验算如式（3）所示。

式中：Mmax为该体系所承受的最大弯矩；q1为该体系在承载能力极限状态下所承受的线荷载；Lb为该体系立杆横距；a1为横向水平杆计算外伸长度[3]。

式中：δ为该体系横杆抗弯强度实际值；γ0为可变荷载调整系数；Mmax为该体系所承受的最大弯矩；W为该体系横杆截面抵抗矩；[f]为横杆抗弯强度设计值[3]。

该体系抗弯满足要求。

挠曲变形验算如式（5）所示。

式中：υmax为该体系挠度实际值；q2为该体系在正常使用极限状态下所承受的线荷载；Lb为该体系立杆横距；E为该体系横杆弹性模量；I为横杆截面惯性矩；[υ]为横杆挠度设计值[3]。

挠曲变形满足要求。

3.2 在窗井上用“型钢支撑”体系搭设双排落地式脚手架的技术要点

地上部分外墙脚手架搭设受窗井洞口限制导致施工困难。经综合考虑，窗井上方搭设架体，一排架体搭设在地库的墙体上，另一排架体搭设在窗井连梁上设置的18号工字钢上面，采用直径为16的HPB300级钢筋做成弯锚件预埋在窗井连梁上，用来固定窗井上的工字钢。在埋件上部设置10mm厚的钢压板并用双螺母紧固；对接设置连梁上的工字钢，焊牢接缝处并在接缝上、下面设置宽度为40mm的、厚度为6mm的钢板，其四周与工字钢焊接，钢板从接缝处两边延伸出的长度不少于100mm。部分楼体飘窗位置无法在窗井连梁上设置工字钢和立杆，该部分架体内排杆设置在窗井外墙上，外排立杆由肥槽向上升起，如图3所示。