侧面螺栓固定式斜拉悬挑脚手架施工技术

随着小高层建筑结构的日益增多,型钢悬挑脚手架已经在该类建筑中得到广泛的应用。传统的型钢悬挑脚手架存在“上悬斜拉式”和“下斜撑式”,“上悬斜拉式”悬挑脚手架的型钢分为锚固段和悬挑段,“锚固段”通过在现浇楼板上预埋钢筋环锚固在结构楼板上,“悬挑段”端部通过钢丝绳斜拉固定在上一层结构面边梁的拉环上,通过这种方式来悬挑外部架体。“上悬斜拉式”悬挑脚手架在应用过程中,存在型钢需求较多、剪力墙和柱子部位需留设较大的洞口以致留下渗漏隐患等不足,而且,由于型钢梁较长,拆除也不便。“下斜撑式”悬挑脚手架在“上悬斜拉式”悬挑脚手架的基础上,去掉上部斜拉钢丝绳,在型钢挑梁端部下面加一斜撑梁, “下斜撑式”悬挑脚手架除了存在“上悬斜拉式”悬挑脚手架相同的弊端外,从型钢悬挑脚手架所用的材料、制作、安拆、用工等方面分析,“上悬斜拉式”的效果好于“下斜撑式”。

螺栓固定式斜拉悬挑脚手架综合了上面两种型钢悬挑式脚手架的不足,采用悬挑型钢梁根部用高强螺栓固定在结构边梁上,悬挑型钢梁端部用钢筋拉杆上悬斜拉的一种施工方法。该方法经过工程实践证明具有节约材料、安全可靠、制作安装及拆卸方便等特点。

1 工程概况

苏州水巷邻里住宅小区工程,该工程位于苏州市工业园区,由20幢12～18层的小高层组成,建筑物的最大高度为54.1 m,自然地面与室内正负零高差约2.3 m。1层层高4.5 m,标准层高3.2 m,外架采用螺栓固定式斜拉悬挑脚手架,建筑物外端悬挑段长度为1.2～2.0 m,悬挑长度超过1.7 m的采用两根斜拉杆；悬挑型钢梁的最大间距为2.8 m。在脚手架施工和使用过程中,该悬挑体系一直处于安全、稳定的状态；与悬挑体系连接的结构也未出现损坏或裂缝现象。见图1。

图1 侧面螺栓固定式斜拉悬挑脚手架应用结构样板

2 工艺原理简述及适用范围

该方法利用高强螺栓将悬挑架体的荷载传递到原结构边梁的原理,施工简单,安全可靠。具体操作是将悬挑型钢梁根部用2个高强螺栓固定在已有的主体结构边梁上,高强螺栓的直径为20 mm,强度级别为8.8级；悬挑型钢梁端部用钢筋拉杆上悬斜拉,悬挑型钢梁间用槽钢连梁水平连接，然后在槽钢连梁上面搭设悬挑外部的架体。通过对已有的主体结构承载力、高强螺栓强度、焊缝长度、预留孔处混凝土局部承压力验算,保证整体稳定及强度,有效满足架体的设计要求。经现场进行荷载试验的检验,形成了一个牢固、稳定、安全的悬挑体系,见图2。

图2 型钢悬挑基本模型示意图

本方法适用于普通工业与民用建筑的主体结构工程以及外墙装饰工程的外脚手架搭设,尤其适用于小高层住宅建筑的结构工程及外墙装饰工程的外脚手架搭设,结构边梁高度小于400 mm时,不宜采用本方法。

3 施工工艺流程及施工要点

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图3。

图3 施工工艺流程

3.2 施工要点

3.2.1 架体施工图设计

1)根据建筑的外形及高度,综合确定悬挑型钢梁固定的部位、悬挑的长度、悬挑层数及悬挑高度。

2)根据已有的结构边梁,经合理验算,确定悬挑型钢梁的布置位置以及悬挑长度,悬挑型钢梁的间距不超过3 m为宜。当悬挑长度大于1.7 m时采用两根斜拉杆。具体可根据计算结果,适当调整。

3)根据已有结构梁的宽度或墙板的厚度确定高强螺栓的长度尺寸。一般结构梁或墙板尺寸加80 mm为高强螺栓的长度。高强螺栓的直径为20 mm,强度级别为8.8级。最终需根据施工使用及原结构等因素进行验算确定。

4)根据建筑的层高及悬挑型钢梁长度确定上悬斜拉杆的长度。上悬斜拉杆的长度可通过斜拉杆的花篮螺栓进行长度的适当调节。

5)以上设计均需画出详细的施工图纸,并进行合理的计算、验算。施工图纸包括悬挑型钢梁的平面布置图、各类构件的加工尺寸图以及节点图。

3.2.2 悬挑型钢梁及构件的制作

1)悬挑型钢梁 悬挑型钢梁一般采用18#工字钢,工字钢为双轴对撑型钢,具有较好的稳定性。根据施工图纸将工字钢切割成需要的长度。工字钢梁的长度为外立杆距边梁或墙的距离再加上100 mm。

2)连接钢板 连接钢板一般厚度为10 mm。主要在有悬挑型钢根部与原结构连接处以及上悬斜拉杆连接处。见图4。

图4 连接钢板样式与尺寸大样示意图

3)斜拉杆及花篮螺栓 斜拉杆是悬挑架体中的重要受力构件之一,采用直径20 mm的钢筋制作。斜拉杆分两段构成,中间用花篮螺栓连接。两端部焊接连接钢板,分别与型钢梁与原结构连梁相连接。见图5。

图5 斜拉杆与花篮螺栓的连接示意图

3.2.3 楼层边梁或墙内预埋高强螺栓洞

预埋螺栓洞采用薄壁铁管,内径比高强螺栓的直径大2 mm。预埋薄壁铁管时事先弹好水平线, 将薄壁铁管预埋在统一高度,一般为结构板底向下80 mm到螺栓洞中心位置,将铁管与边梁内的钢筋焊接牢固,以免振捣混凝土时将其振捣偏位。

3.2.4 悬挑型钢梁安装

1)待结构混凝土浇筑完成后,拆除边梁或外墙模板,养护至混凝土强度等级达到验算标准后,找出预留的螺栓孔洞并清理干净,如果悬挑型钢梁安装部位结构面不平整,则必须修补平整,这样才能使连接钢板与结构面充分接触,达到受力均匀的效果。

2)根据施工图纸将悬挑型钢梁根部用两个8.8级M20的高强螺栓与结构相连,此时,由于上部结构没有完成,不能进行上悬斜拉,所以须先将悬挑型钢外侧端部搁置在下层部位的脚手架上。安装时悬挑型钢的外端上翘20 mm,可减少上部架体安装后,悬挑型钢梁端部下垂现象。

3.2.5 水平连梁安装

水平连梁采用12.6号槽钢,槽口水平向下与工字钢焊接。并在立杆位置焊Φ50的短钢管作为立杆的底座,以防止立杆的滑移。见图6。

图6 联梁与悬挑梁的连接以及立杆底座与联梁的连接

3.2.6 斜拉杆的安装

1)待上层的主体结构完成后,及时进行斜拉杆的安装。

2)安装时先选用长度合适、丝牙一正一反的两端拉杆用花篮螺丝连接。再将拉杆的一端用一个8.8级的高强螺栓与结构连接,另一端与悬挑型钢梁端部连接。

3)拉杆与结构连接的高强螺栓采用双螺帽。

4)上悬斜拉杆连接完成后调节中部的花篮螺丝,使拉杆均匀受力。

5)当悬挑型钢梁长度大于1.7 m时,悬挑型钢梁上设置两根斜拉杆。见图7。

图7 设置两道斜拉杆大样示意图

6)当上层结构施工完毕,斜拉杆安装之前,悬挑型钢梁需搁置在下层架体上,以减小上部荷载引起悬挑型钢梁的挠度。

4 主要材料及设备

1)主要材料见表1。

表1 主要材料

序号材料名称规格用途1工字钢18#悬挑主梁2槽钢12#连梁3圆钢ϕ20、ϕ14制作斜拉杆4花篮螺母内径20,外径50制作花篮螺丝5钢板厚度10mm制作连接钢板6高强螺栓验算确定,不小于8.8级连接7钢管内径50立杆基座8薄壁钢管内径22预埋螺栓洞

2)本工程施工的设备主要为电焊机、氧气乙炔切割、扳手等。

5 质量安全控制

5.1 质量控制标准

1)各种构件的加工尺寸符合施工图纸的要求。

2)各钢结构的焊接质量符合《钢结构工程施工质量验收规范(GB 50205—2001)》。

3)悬挑架体的安装与拆除符合《建筑施工安全检查标准(JGJ 59—2011)》。

5.2 质量保证措施

1)工字钢、槽钢、钢板均应无缺损且有合格证。

2)花篮螺丝、高强螺丝均需检测合格。

3)各构件加工时尺寸需准确,下料采用氧气乙炔火焰切割,切口必须平整,无裂缝、无夹渣。

4)焊接时选用技术较好的工人,保证焊缝的质量符合要求。当两种以上钢材焊接时,应以强度等级较低的钢材选用焊条的品种。

5)螺栓孔位置预埋准确,数量符合要求。

6)各位置的螺栓必须设置相应的垫片且螺帽必须拧紧。垫片采用10 mm厚钢板自行制作。

7)密切注意悬挑架体中立管与槽钢的连接、槽钢与工字钢的连接是否牢固可靠。

8)定期检查悬挑架体中斜拉杆是否松动,以确保斜拉杆均匀受力。

9)上部架体的搭设必须符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ 130—2001)》的要求。

5.3 安全保证措施

1)斜拉杆安装前,悬挑型钢的端部搁置在下部的脚手架上,下部的架体不得随意拆除。

2)型钢梁上不允许随意地打眼、钻孔。

3)每搭设完10 m高度后，同步对斜拉杆的调节螺栓进行调节,使得每根斜拉杆受力均匀。

4)斜拉杆完成后在花篮螺栓处涂抹黄油并用塑料纸进行包裹保护,防止其锈蚀。

5)在使用过程中,专职安全员要定期认真检查螺栓受力情况和架体稳定性,一旦发现异常应停止使用。

6)搭设和拆除脚手架时,地面应设围栏及警戒标志,并有专人看守。

6 经济效益比选及分析

本工程采用的螺栓固定式斜拉悬挑脚手架技术方案，比传统型钢悬挑脚手架技术方案在施工便利、施工成本、施工安全等方面有着明显的优势。见表2。

表2 螺栓固定式斜拉悬挑脚手架与传统型钢悬挑脚手架(上悬斜拉式和下撑式)的比较

优势项目螺栓固定式斜拉悬挑脚手架传统型钢悬挑脚手架安全可靠采用在已有结构边梁(或混凝土墙)处预留孔,用高强螺栓穿过预留孔连接悬挑型钢梁和已有结构,悬挑型钢梁作为悬挑式脚手架的承力构件,悬挑型钢梁端部用圆钢筋与上层结构梁连接(硬拉结)。而且,用水平槽钢将悬挑型钢连接起来以增强架体稳定性。传统上悬斜拉式型钢悬挑脚手架采用钢丝绳作斜拉接(软拉结),悬挑型钢梁的锚固段一般需穿过建筑外墙伸入结构楼板锚固,而且建筑转角处型钢梁需穿过结构转角柱,容易破坏外部结构(含一结构和二结构)而造成渗水隐患。安拆便利采用型钢梁作为承力构件,高强螺栓穿过预留孔中,两边用螺帽拧固,端部加圆钢筋上悬斜拉,整个悬挑架体的下方施工面宽敞,施工安装及拆除均方便。传统下撑式型钢悬挑脚手架需在悬挑型钢梁下端制作三角式挑架作为支架,需大量的人力投入,且安装不方便。节约材料螺栓固定式斜拉悬挑脚手架的悬挑型钢梁无“锚固段”,“悬挑段”端部用高强螺栓与结构边梁(或混凝土墙)连接。省去钢材和人工一倍之多。传统型钢悬挑脚手架(上悬斜拉式和下撑式)悬挑型钢梁的锚固段伸入结构楼面,锚固段是悬挑段的1.25倍,多用钢材和人工量有一倍之多。适用性强螺栓固定式斜拉悬挑脚手架在拆卸边梁高强螺栓固定型钢悬挑脚手架后,仅对边梁预留孔处(面积较小)进行填补,解决了传统悬挑脚手架拆卸后对较大面积的外墙留洞进行修补的问题;而且,由于螺栓固定式斜拉悬挑脚手架的型钢挑梁不需伸入结构楼面,对二结构砌筑和装修工程的展开,不产生任何的干扰;对于楼梯平台及楼面空洞等特殊工况位置,螺栓固定式斜拉悬挑脚手架也完全适用。传统型钢悬挑脚手架(上悬斜拉式和下撑式)拆卸后须对结构外墙体预留洞(面积较大)进行修补,易造成渗水隐患;而且,悬挑型钢梁的锚固段伸入结构楼面较长,影响二结构的砌筑及装修工程的展开;对于楼梯平台及楼面空洞等特殊工况位置,悬挑型钢梁必须加大锚固段的长度。因此适用性较差。

7 结 语

该螺栓固定式斜拉悬挑脚手架施工技术成功应用于苏州水巷邻里住宅小区工程,并成功解决了现有传统型钢悬挑脚手架施工空间狭小、材料浪费、制作及安装不便等不足。工程实践证明,该螺栓固定式斜拉悬挑脚手架施工技术符合绿色施工环保理念,并具备工具化、标准化的特点,可以适用于普通工业与民用建筑的主体结构工程以及外墙装饰工程的外脚手架搭设,尤其是适用于小高层住宅建筑的结构工程及外墙装饰工程的外脚手架搭设, 这种节约材料、安装方便、安全可靠的悬挑外架形式将具有良好的推广价值和广阔的应用前景。