花篮拉杆式悬挑架在高层建筑施工中的应用分析

2022-11-19于晓阳安哲远徐向飞张文宝

建筑施工 2022年8期

于晓阳安哲远李辉徐向飞张文宝

中建三局集团有限公司北京 102629

1 工程概况

1.1 总体概况

津北辰北（挂）2017-188地块项目（依湾花园）位于天津北辰区辰永路与北辰道交口，总建筑面积114 816.61 m2，由10栋7层洋房、3栋高层及整体地下1层车库组成，高层分别为18、24、26层，最大建筑高度77.2 m。结构形式为剪力墙结构。

1.2 花篮拉杆式悬挑架施工概况

该项目高层5#、10#、11#楼主要采用普通型钢悬挑式钢管脚手架，横距0.8 m、纵距1.5 m、步距1.5 m，落地架及悬挑层分布如表1所示。

表1 落地架及悬挑层分布

该项目的高层电梯井、楼梯间部位采用外凸式设计，因楼梯间部位不利于工字钢钢梁锚固，而布设长工字钢会造成工字钢质量较大，安装不便，且布设工字钢会妨碍楼层施工，阻塞楼内安全疏散通道。此外，电梯井部位穿工字钢也会影响电梯井操作平台的提升，从而不利于物料的转运。

有鉴于此，经过充分的论证后，楼梯间及电梯井部位拟采用花篮拉杆式型钢悬挑架。

该项目3栋楼悬挑钢梁的布置如图1～图3所示（云线部位为花篮拉杆式悬挑架），该项目花篮拉杆式悬挑架体系大样如图4所示。

图1 5#楼悬挑钢梁平面布置示意

图2 10#楼悬挑钢梁平面布置示意

图3 11#楼悬挑钢梁平面布置示意

图4 花篮拉杆式悬挑架体系大样

2 花篮拉杆式悬挑架项目应用情况

2.1 悬挑架配置及周转方法

根据3栋楼的楼层高度选择首次悬挑的楼层，每次悬挑架体搭设高度不超过6层。下层悬挑架体拆除时间为上层悬挑架搭设完成且主体结构施工3层后。主要考虑下层悬挑架防护楼层内周转材料拆除并全部周转至上层悬挑防护楼层范围内，因此悬挑型钢梁及相应配套构件配置2层，钢管扣件架体配置9层，以保证楼栋外架周转需求。

花篮拉杆式悬挑脚手架组合工字钢安装时，梁侧混凝土强度不得低于10 MPa。悬挑楼层墙柱、梁板浇筑完成后，优先拆除周圈梁侧及外墙模板，为组合悬挑工字钢安装创造条件，花篮拉杆在悬挑层以上第2层结构开始施工时安装。

2.2 花篮拉杆式悬挑架安装及拆除要点

花篮拉杆上部拉结点位置应预埋精准，防止出现拉杆过长或过短，导致拉杆无法安装的情况。

角部工字钢采用双拉杆，角部架体立杆排布应考虑避开拉杆位置，防止拉杆与立杆位置冲突。

在应用花篮拉杆式悬挑架过程中，每栋楼普遍采用2套组合工字钢进行周转，第N－1次悬挑工字钢拆除时，底部架体均已拆除周转至第N次悬挑架使用，第N－1次悬挑工字钢穿墙螺栓拆除时无人员操作面，如何保证穿墙螺栓安全便利拆除是重点。

为解决工字钢拆除困难的问题，在该工程的花篮拉杆式悬挑架中，将穿墙螺栓螺母朝室内方向，室外是螺栓头和垫片。拆除时，室外操作人员系好安全带后，先通过铺设跳板将拆除的工字钢与塔吊吊绳绑扎牢固，室内操作人员在室内卸掉螺母后，即可将工字钢吊运到地面或者拉至室内，大大降低了拆除难度。

因室外操作人员需通过在工字钢梁上铺设跳板作为工作面绑扎吊绳，为保证跳板具备铺设条件，组合型钢梁拆除必须从阳角开始拆除工字钢，依次向后退拆，保证操作人员作业面，最后拆除至窗洞口位置工字钢。

拆除本层窗洞口位置工字钢时，工人站在本层窗洞口进行拆除，设置一钢管斜撑在室内，工人安全带绑扎在该钢管上，保证工人作业安全。

3 花篮拉杆式悬挑架应用优势

3.1 成本优势

3.1.1 花篮拉杆式悬挑架与传统悬挑架一次投入对比分析

该工程投入106套花篮拉杆式工字钢，所使用的材料均为现场制作，以下将2种形式的悬挑架一次性投入进行对比，如表2、表3所示。

表2 106套花篮拉杆式组合工字钢一次性投入分析

表3 106套传统悬挑工字钢（按标准4 m长度计算）一次性投入分析

按一次性投入进行对比，花篮拉杆式悬挑架较常规型钢悬挑架成本投入可降低15%左右。在全公司推广应用后，可在各项目间周转使用，其成本可在各项目间进行摊销，大大降低了钢材投入和租赁成本。

3.1.2 花篮拉杆式悬挑架与传统悬挑架损耗对比分析

花篮拉杆式悬挑架在正常使用过程中，组合工字钢及花篮拉杆几乎为零损耗，预埋的钢套管为100%损耗；高强螺栓及垫片在周转使用过程中仅有少量丢失，损耗可忽略不计。

传统悬挑工字钢悬挑架在正常使用过程中，悬挑工字钢几乎为零损耗；U形锚环采用塑料套管方式预埋时，室内无水房间部位U形锚环无损耗，可周转使用，但厨卫等有水房间不得采用塑料套管，必须采用一次预埋方式，因此有水房间的U形锚环全部损耗。

全部采用一次预埋方式时，U形锚环需全部切割，因此全部损耗。螺母及配套垫片使用数量较多，操作人员拆卸后往往不会及时回收，实际施工过程中，螺母及垫片丢失严重。

传统悬挑架卸荷钢丝绳在正常使用过程中基本为零损耗；钢丝绳锚环一般在山墙位置采用蜗牛环，窗洞口等其余部位采用预埋几字形锚环；实际使用过程中，会发生少量蜗牛环及螺母丢失，预埋的几字形锚环全部需切割，100%损耗。

由以上分析可知，花篮拉杆式组合工字钢所采用的各个构件在周转过程中除考虑到高强螺栓丢失小部分外，其余部分几乎无损耗，基本可100%周转，与传统做法的悬挑型钢梁对比，不仅减少了型钢投入量，且斜拉构配件及预埋件均可二次利用，成本优势明显。

3.2 花篮拉杆式悬挑架对工程精益建造施工优势分析

3.2.1 花篮拉杆式悬挑架与传统悬挑架对结构质量的影响对比分析

在对外墙结构的影响方面：花篮拉杆式悬挑架不需要穿墙安装，无需对工字钢洞口进行封堵，减少了多余工序，有效杜绝外墙渗水漏水现象，能有效保证主体结构的施工质量，提高了一次成优率。传统悬挑架必须穿过建筑物的外墙，伸入室内铺设在主体结构楼面上，再用U形预埋件锚固在楼面板和楼面梁上。工字钢穿过建筑外墙，破坏原有建筑结构，且容易造成外墙渗水漏水。

在对楼面结构的影响方面：花篮拉杆式悬挑架工字钢预埋安装在结构梁的梁侧，无需在结构楼板预留或预埋，有利于保持原结构的稳定性，有效避免渗漏。传统悬挑架采用预埋锚环或者塑料套管预埋的方式均需在结构楼板预埋，结构楼板预留锚环需二次封堵或切割，极易造成渗漏。

在架体拆除后结构处理方面：花篮拉杆式悬挑架拆除后，外墙遗留3个φ25 mm的螺栓洞，需采用膨胀水泥砂浆在两端50 mm范围内封堵，中间使用发泡剂封堵，洞口周边100 mm范围内做涂膜防水层。封堵工序简单，施工便利，质量易保证。传统悬挑架工字钢悬挑架洞口周边进行剔凿、清理，外侧支设吊模，内侧支设喇叭口，浇筑高一级的微膨胀混凝土，洞口外侧周边100 mm范围内应做涂膜防水层。工字钢锚固端及卸荷钢丝绳锚环切除后，涂刷防锈漆。工序繁杂，施工不便，封堵质量不易保证。

通过以上对比分析可见，采用花篮拉杆式悬挑架可在最大程度上降低悬挑架对原主体结构的影响，且二次处理方便快捷，有效保证了原主体结构承载力及安全稳定，大大降低了渗漏风险。

3.2.2 花篮拉杆式悬挑架与传统悬挑架对工序穿插施工的影响对比分析

花篮拉杆式型钢悬挑脚手架，室内没有型钢梁妨碍建筑垃圾清理及施工人员行走，钢梁布置层砌筑、地面等各种施工工序可交叉进行，有利于工序合理穿插，控制关键工期节点，减少工作面闲置。

采用花篮拉杆式悬挑架，可充分保证二次结构及地面施工依次插入施工，避免楼层间往返施工，最大程度上保留了穿插作业面。

主体结构标准层按6 d一层节奏施工，当施工至10层时，充分利用10层及以下楼层工作面，及时组织二次结构插入。二次结构标准层按6层一天节奏施工，采用传统工字钢悬挑架。

当二次结构施工至悬挑钢梁布置层时，型钢梁未拆除，楼层内不具备施工作业面，需对悬挑层进行甩项，优先施工上部非悬挑层，待型钢梁拆除完成后，再返回施工悬挑层，作业面不连续，极易造成工人窝工；采用花篮拉杆式悬挑架，二次结构施工可不受型钢梁拆除进度影响，既可保证连续移交工作面，又可充分保证悬挑层作业面整洁，通过等步距的时间安排，实现均衡施工，既可提升施工质量，又可利用紧凑工序穿插，缩短总体工期。

3.3 花篮拉杆式悬挑架搭拆便捷

在架体搭拆便捷程度上，对2种架体进行分析。

花篮拉杆式悬挑架单根钢梁常规标准长度范围为1.3～1.8 m，1.8 m主要用于阳角部位，单根钢梁自重在31.39～43.45 kg范围内，单根钢梁2人配合安装即可，不需要塔吊配合，不影响其他工种施工。

拆除时，1人拆卸螺母后，由塔吊将工字钢吊运至地面。

传统工字钢悬挑架单根钢梁长度一般在4～6 m，自重在96.57～144.86 kg范围内，2～4人配合安装，需要塔吊全程配合，影响其他工种施工。

拆除时，至少2人配合，在室内拆除工字钢固定端，由塔吊将工字钢吊运至地面。

由以上分析可知，传统工字钢因质量较重，标准长度质量约100 kg，至少需2人配合调整位置，安拆全程需塔吊配合，花篮拉杆式组合工字钢标准长度单根质量在35 kg左右，质量较轻，2人即可顺利操作安拆，不需塔吊全程配合，钢筋等其他工种可正常施工。

3.4 花篮拉杆式悬挑架承载力及安全性优势

将相同工况下传统工字钢悬挑架与花篮组合式工字钢悬挑架的应力值与挠度进行对比，工字钢采用18#型钢，悬挑长度1.3 m，内立杆与建筑外墙或外挑结构距离300 mm＋脚手架横距800 mm＋外立杆至工字钢端部预留100 mm，双排钢管扣件式脚手架搭设高度18 m，传统工字钢采用长4 m的工字钢，出挑长度1.3 m，锚固长度2.7 m。

在相同工况下，双排脚手架单立杆荷载标准值8 kN，双排脚手架单立杆荷载设计值9.2 kN。

在抗弯强度方面，花篮拉杆式组合工字钢抗弯应力值为σmax＝Mmax/W＝1.72×106/185 000＝9.297 N/mm2；传统工字钢悬挑架抗弯应力值σmax＝Mmax/W＝13.125×106/185 000＝70.946 N/mm2。

在挠度方面，花篮拉杆式组合工字钢最大挠度为νmax＝0.029 mm，传统悬挑架工字钢最大挠度为5.3 mm。

由以上对比可以看出：在相同搭设高度、相同荷载以及出挑长度相同的工况下，花篮拉杆式组合工字型钢梁的最大应力值为9.297 N/mm2，要远远小于常规悬挑工字钢最大应力值70.946 N/mm2，与常规悬挑工字钢梁相比，抗弯性能更好，承载力更强；花篮拉杆式组合工字钢梁产生的最大挠度为0.029 mm，也远远小于常规悬挑工字钢产生的最大挠度5.3 mm，变形更小，安全性更高。