螺栓固定型型钢悬挑脚手架在淮海中华大厦工程中的应用

工程中的应用

王卫星  杨卫东  陈俊  崔咏军  李智峰

（南通市第四建筑安装工程有限公司  邮编：226300）

[摘  要]本文主要介绍淮海中华大厦外立面结构改造及外装饰施工中所使用的螺栓固定型型钢悬挑脚手架施工技术。

[关键词]型钢  悬挑脚手架  螺栓固定  斜撑  砼楼面

1.工程概况：

淮海中华大厦工程位于上海市人民路8号，为一幢地上28层，地下2层的框剪结构大楼，建筑面积37000m2,建筑物高度为108.6m，该大楼为原停工续建工程，原主体结构已基本封顶，外立面升降脚手架及塔吊均已拆除，现业主方要求对该工程外立面进行改造，5-28层增加外挑600宽(局部700宽)通长阳台，需搭设外脚手架，并需满足外墙面铝板幕墙工程的施工需要。

2.施工方案的确定：

3.1方案比较：在该工程开工前，我们根据该工程的特点，进行了仔细研究，该脚手架方案有四种候选方案：①原单片式升降脚手架 ②落地式脚手架 ③钢管悬挑脚手架 ④螺栓固定型型钢悬挑脚手架，对该四种方案我们进行了综合比较，如下表所示：

4.施工方案:

3.1挑脚手架结构

3.1.1该工程平面图中四个直边部分为增加阳台部位，斜边部位结构未改变，外装饰为玻璃幕墙，考虑采用吊篮施工，因此本工程只需考虑在四条直边搭设悬挑脚手架。（见图1——悬挑脚手架平面布置图）。

3.1.2 5至28层采用挑脚手架，其中5至10层搭第一挑，11至16层搭第二挑，17至22层搭第三挑，23至28层搭第四挑；每挑脚手架覆盖6层楼。

3.1.3挑脚手架采用12#槽钢，组成三角形作为底部支撑。（见图2——悬挑脚手架剖面布置图及图3——悬挑脚手架加工详图）。

3.2挑脚手架的搭设

   根据脚手架搭设方案，本工程5-28层悬挑脚手架分四段进行搭设，因此我们考虑先搭设17-22层，23-28层悬挑脚手架，待增加外阳台及外立面幕墙施工完毕，再将上面脚手架翻转至5-17层。

3.2.1搭设顺序

图1  悬挑脚手架平面布置图

在架体下层搭设安全平挑网→安装槽钢支撑挑梁→用安全网、竹片对底排脚手架进行

封闭隔离→安装槽钢斜撑→搭设脚手架

3.2.2 悬挑脚手架的搭设

3.2.2.1开始搭设17-22层第一段悬挑架前，由于其外立面为悬空作业，因此为确保安全，必须现在16层处搭设悬挑平网，以防止材料及人员坠落。

3.2.2.2安装挑架型钢支撑结构：a.按平面图中槽钢挑梁的位置在楼面上弹出挑梁位置墨线，并在安装螺栓的位置用冲击锤在楼层上打螺栓孔；b.在楼层螺栓上安装固定槽钢挑梁。

3.2.2.3安装槽钢挑梁后，在槽钢上用钢管、竹片对底排脚手架进行满铺隔离，并在脚手架底部用一层绿色密目安全网和一层白色小口安全网进行封闭。

3.2.2.4在槽钢斜撑支撑点处楼面上打螺栓孔，安装支撑点固定铁板。

图2   悬挑脚手架剖面布置图

3.2.2.5将支撑槽钢端与挑梁槽钢用M20螺栓连接，另一端与支撑点连接板进行焊接。

3.2.2.6安装完槽钢支撑架体后即可开始搭设脚手架，首先在支撑架上竖立杆，立杆选择一定要纵横交错，即里外力杆一高一低，纵向相邻立杆一高一低，在立杆上扎第一步小横杆→大横杆→搁栅→扎第一步扶手和挡脚杆→铺第一步脚手竹笆，与此同时，校直每一根立杆，其直度偏差不超过4‰。架体起步时要多人互相配合，防止倒杆。完成上述工作后，往上搭设第二步脚手架，第二步搭完后开始扎剪刀斜撑，同时作好第一层楼面的水平拉结，挂一步架的安全网，然后再根据生产进度搭第三步、第四步等。每往上搭设二步高架体，架体必须与建筑作水平拉结，当二层水平拉结作好后，可拆除临时斜撑。共搭设10步加1.8米防护。

3.2.2.7悬挑脚手架内外立杆距离为1000mm，立杆纵距≤1800mm，步高1800mm，内立杆离结构柱外侧900mm。

图3   悬挑脚手架加工详图

3.2.2.8脚手架每步满铺脚手架竹笆，每块竹笆四周用铅丝扎牢，竹笆底部扎搁栅两根，竹笆横筋垂直于纵向水平杆。

3.2.2.9外立面每步都安装0.6m高的挡脚杆和1.2m高的扶手杆，作业层三步安装0.18m高的挡脚板。

3.2.2.10外立面用密目安全网扎满，扎牢，拉平，接缝处不得有漏洞。

3.2.2.11每隔4步，架体与墙之间间隙用密目安全网密封隔离。

3.2.2.12架体外立面，纵向两端和转角处起每隔≤9m搭一组剪刀斜撑，斜杆与地面夹角450～600。

3.2.2.13架体第一步起每搭二步高必须与建筑物作水平拉结，拉结点水平距离≤5.4m。

3.2.2.14横杆搭设伸出架体外150～200mm。

3.2.2.15水平拉结点的放置：由于原结构楼层周边均有预埋短钢管作为水平硬拉结，因此在每层楼面处每隔二根立管均用钢管把预埋钢管和架体立杆用扣件连接（如图4）：

图4  预埋钢管和架体立杆连接图

3.2.2.16搭设过程中立杆接长和牵杆接长用对接扣，剪刀撑接 长采用旋转扣搭接，两旋转扣的距离要≥1000mm，扣件边缘至杆端长度≥100mm。

3.2.2.17搭设完第一段17-22层后，即搭设第二段23-28层。

3.2.2.18待第一、二段阳台及幕墙施工完后即可拆第二段搭第三段，拆第一段搭第四段。

3.2.2.19脚手架防雷接地的制作：在架体四角用6mm2的导线一段固定在钢管螺栓上，另一端利用螺丝夹紧在建筑物钢筋上。

3.2.2.20搭设过程中严格挑选钢管和扣件，质量不合格的钢管，如薄壁、严重锈蚀、硬弯的钢管不能用，裂纹、滑丝的扣件不能用。

3.2.2.21搭设过程中，要掌握好扣件螺丝扭紧程度，要求螺帽扭紧力矩为40～65N·m                  

3.2.2.22搭设过程中随时注意校直立杆和校平水平杆。

3.3 悬挑脚手架支撑结构的计算

3.3.1荷载P的计算（计算简图见图5）：

                  图5   支撑架计算简图

3.3.1.1静荷载：以一个跨度为计算对象，最大跨度1.8m。

     钢管：立杆20m×2根×3.84kg/m =153.6kg

     大横杆：1.8m×66根×3.84kg/m2 =456.2kg

     小横杆：1.5m×10根×3.84kg/m2 =57.6kg

     扣  件：88个×1.5kg/个 =132kg

     竹  笆：1.8m×1m×35kg×10步 =630kg

     安全网：                       15kg

     合  计:                      1445kg

3.3.1.2施工荷载：

300kg/m2×1.8m×1m×2步 =1080kg

最大剪力在AD段，等于811.5kg

3.3.1.3荷载组合：

1.2×1445+1.4×1080=3246kg

荷载组合系数1.2为静荷载系数，1.4为施工荷载系数      

     P==1623kg

3.3.2  由P求各杆件受力

     杆件BC长 LBC= =3773.6mm

      sinx =   cosx = 

     对A点求力矩：P×2000+P×1000=N1×2000×sinx

                故  N1 = P /sinx= 2870.9kg

      B点受力图（见图6）：

　　　             图6   B点受力图

     P1=N1sinx=2870.9×=2434.5kg

        N=N1cosx=2870.9×=1521.6kg                

        由P1的作用，杆件AB除受N力拉伸外，还受弯矩和剪力作用。

        最大弯矩 Mmax=100RA        

        对B点求力矩得 RA==811.5kg

                Mmax =100cm×811.5kg=81150kgcm

        杆件AB受力图如下：

        轴力图（见图7）：

　　　　                         图7   AB杆轴力图

        剪力图（见图8）：

　　　                       　  图8   AB杆剪力图

        弯矩图（见图9）：

　　　　                         图9   AB杆弯矩图

        BC杆受压，受力图如下（见图10）：

                                        图10   BC杆受力图

          3.3.3验算各杆件、节点及螺栓

   3.3.3.1 AB杆验算：

        AB杆选用12#槽钢，力学性能如下：

        截面积 A=15.36cm2

        抗弯矩 Wx=57.5cm2

        BC杆选用12#槽钢

        最小回转半径 I=1.56cm

         +  =  + 

                =99.1 + 1411.3

                =1510.4kg/cm2 <(205N/mm2≈2050kg/cm2)

        故强度满足要求

            AB杆抗剪验算：

        AB杆最大剪力V=811.5kg

        剪应力= = =52.8kg/cm2<(125N/mm2≈1250kg/cm2)

        故剪切强度满足要求

   3.3.3.2 验算BC杆稳定性：

        BC杆受压，压力为N1=2870.9kg

        长细比 λ==241.9

        查稳定系数 ψ=0.140

        验算：

               = =1334.6354<2050kg/cm2

        强度满足要求

   3.3.3.3 节点验算B点：

        AB杆BC杆交点B用一个M20的螺栓固定。（如图11）

　　　　          图11    螺栓固定AB杆、BC杆示意图

        螺栓在N1力作用下受剪：

        螺栓有效截面积A=2.448cm

        剪应力===1172.8kg/cm2<(130N/mm2≈1300kg/mm2) 强度满足要求

   3.3.3.4 节点螺栓连接验算：

        M16螺栓两个 A=200.9mm

        剪应力=  = =3.8kg/cm2 <(130N/mm2≈1300kg/mm2)

   3.3.3.5 M16压板螺栓验算：

        A=200.9mm2

        剪力=1521.6kg

        剪应力=  = =760kg/ mm2 <(130N/cm2≈1300kg/mm2) 强度满足要求

   3.3.4 挑脚手架整体稳定性验算：

   3.3.4.1二步三跨硬拉结时风荷载架子稳定性验算：

        查JGJ1302001中表A-3

        综合挡风面积为

[1.5×1.8（1-0.0）]×50%+1.5×1.8×0.0=1.470m2

∴Φ=1.2×1.47÷(1.5×1.8)=0.6533

(注：0.6533：0.0=7.34  说明考虑了安全网挡网面积后风荷载扩大到7-8倍)

城区风压高度变化系数μE=1.     (按平均高度80M)

      ωK-0.7μEμS

      ωO=0.7×1.×1.3×0.6533×0.55=0.536KN/m2

            U2-1.86

            Vstw=0.104×1.2×(1+1)=0.2496

      验算连接主体点抗风强度：

            ω=0.75β2 U2 VstwωO

              =0.75×1.0×1.86×0.2496×0.536

              =0.187KN/mm2

       每个拉结点产生的拉力式压力

           Nt=1.4×5.4×3.6×0.187=5.09KN<6.01KN(机件)

       满足要求

   3.3.4.2 验算架子稳定性：

             +≤KA×Kh×f

       Q=1.4LW=1.4×1.8×0.187=0.47KN/m

       M=1/8QH12=1/8×0.47×3.22=0.602KN/m

       M/bA1 =(0.602×106)/(800×4×2)=0.769N/mm2

       M/bA1+N/ΨA=38.22+0.769=38.99N/m2

        KA×Kh×f=139.4N/m2

      M/bA1+N/ΨA< KA×Kh×f    满足要求

4、悬挑脚手架的使用和维护：

4.1 严格控制脚手架的施工荷载，使用中均布荷载不得到大于2KN/m2。

4.2 脚手架不能作为外模板支模用。

4.3 在使用过程中禁止下列违章作业：

4.3.1 利用脚手架吊物。

4.3.2 在脚手架上推车。

4.3.3 在脚手架上拉结吊装线缆。

4.3.4 任意拆除和移动脚手架上的杆件及松动扣件螺帽。

4.3.5 任意拆除水平连墙拉结支撑。

4.3.6 任意拆除脚手架上的防护措施。

4.3.7 在脚手架上往外抛物。

4.3.8 在脚手架上嬉戏打闹。

4.4  定期观察脚手架的倾斜程度，如脚手架倾斜或者下沉，要检查原因后即时整改。

4.5  经常检查各扣件是否松动，杆件是否滑移。

4.6  检查脚手架竹笆是否完好，如有损坏要立即更换。

4.7  检查安全网是否完好，如有漏扎的要及时扎好，有空洞的要更换。

4.8  检查水平拉结支撑是否完好，如有被拆，要立即修复。

4.9  经常清理架体上的垃圾，保持架体整洁。

4.10 对台风季节水平连墙支撑应增加一倍以上。

4.11 禁止任意松动挑架支撑结构。

4.12 配备足够灭火器。

5.悬挑脚手架搭设注意事项：

5.1 螺栓固定型悬挑脚手架制作前必须根据结构的层高及支撑点的位置，绘制精确的施工大样图，加工前必须按大样图在地面上放出大样，然后根据地面大样精确定出斜撑槽钢的拐角大小、螺栓孔的位置及斜撑杆的长度。下料时斜撑杆宜适当放长5-10cm，以避免因结构楼层标高误差而使斜撑长度不够。

5.2搭设前需先在要搭设的第一段悬挑架下一层搭设悬挑平网，以防止材料及人员坠落。

5.3安装完槽钢挑梁后，应从里向外在槽钢支撑架体用钢管及竹片满铺隔离底排脚手架，并在钢管及竹片底部铺设安全白网和安全绿网各一层，并与结构楼层封闭，保证没有空隙，然后再向上搭设脚手架。

5.4安装完挑架型钢后搭设前应对固定挑架的螺栓进行检查，确保螺栓拧紧不松动。

5.5搭设时在每层每隔二跨设置硬拉结点，防止架体倾覆。

5.6搭设时在悬挑脚手架的顶头应与结构搭设成封闭的架体，以防止人员及材料坠落。

5.7脚手架搭设到一定高度，应及时用安全绿网进行封闭防护。施工层的三步架体脚手架底步应设置踢脚板，防止物品坠落。

6.施工体会：

6.1螺栓固定型型钢悬挑脚手架应用于外立面结构改造和外装饰工程较好地解决了结构无预埋件的情况下外立面悬挑脚手架的搭设问题，使脚手架实现了上下周转的功能，大大节省了材料的投资费用。

6.2螺栓固定型型钢挑架与升降脚手架相比其无需塔机或其它设备作提升设备，特别适用于无塔机或塔机已拆除的外立面改造及外装饰工程。

6.3搭设脚手架应严格按照搭设顺序进行搭设，确保安全。