高層建筑施工中型鋼外挑架在特殊位置的處理

【摘 要】因外架布置受建筑功能布局和負雜的建筑輪廓影響，難以靠單一結構形式滿足施工要求。針對外懸挑鋼梁在建筑陽角、井道、樓梯間等特殊位置時，合理選擇外架懸挑結構形式，保證高層建筑外架安全可靠。

【關鍵詞】型鋼挑架；陽角；電梯井

1 項目概況

云大科技信息產業研發中心位于云南大學東一院內體育館旁，北臨圓通北路，南臨圓西路。本工程建筑面積62188.9m2，其中地下建筑面積14974m2。建筑總高64.85米其中1層5.1m，2層4.5，3層4.3m。Ⅰ區為地下車庫，Ⅱ區地上5層商場，Ⅲ區地上部分有15層、20層二棟塔樓。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區地下均為1層車庫。Ⅰ、Ⅱ均為區采用框架結構，Ⅲ區采用框架剪力墻結構。三區在地下通過預留通道連通，使其在建筑功能上仍能貫通的整體。五層裙房部分框架結構，公寓樓部分高層建筑主體框架采用剪力墻結構；抗震設防為8度。

2 方案選擇

因業主要求本工程裙房部分提前交付使用，現場不具備落地架搭設條件，2層以上須設挑架架空。按照云南建工集團要求，禁止使用普通扣件式鋼管外挑架。經分析，擬在2層、7層、14層設三層型鋼挑架分段承擔腳手架荷載，每段控制高度為24m。擬采用I18號普通工字鋼外挑方案（圖1）。在樓梯間、剪力墻處鋼梁不便布置在室內，故擬采用工字鋼設端板與結構梁采用螺栓連接（圖2）。為確保方案安全可行，對鋼梁承載力、整體穩定、端板焊縫、連接螺栓、拉繩強度、腳手架等分別進行驗算分析。

3 搭設方式及技術參數

3.1 根據工程要求外挑式腳手架方案六層以上按七層劃分為一段，裙房二到五層為一段，共需設置三段，每段底部設工字鋼梁和吊索為承載裝置，公寓部分擬搭設上段腳手架時，下段腳手架逐漸拆卸，最后拆除承載裝置工字鋼、鋼絲繩等，拆下來的材料用為上段腳手架的搭設，主體結構施工完畢，將最后一段挑架由上而下逐漸拆除。

圖1 外架搭設剖面1

3.2 當外架懸挑型鋼遇剪力墻、樓梯件時，選用型鋼工14工字鋼作為外挑梁，長1.5米，第一段外挑架先在二層混凝土梁中預埋Φ25穿墻螺栓，每根型鋼用4根Φ25的螺栓與混凝土梁連接，型鋼@1500，立桿縱向間距1500mm，橫向間距1050mm，內立桿與建筑物間距350 mm，步距1800mm，在建筑物外側立面整個長度和高度上連續設置剪刀撐。

圖2 外架搭設剖面2

3.3 鋼梁承載裝置技術參數

序號構配件名稱尺寸、型號技術要求

1工字鋼鋼梁I14長1.5m（1.7m）Q235A

2鋼梁連墻板350×200×12鋼板Q235A

3鋼梁連墻桿4Φ25Q235A

4吊 索6×19，2Φ14光面鋼絲繩破斷拉力102

5花籃螺絲OO型3.0允許荷載≥30KN

6吊 環1Φ20圓鋼熱彎直徑120mm

7連墻螺拴4Φ25 Q235A

3.4 腳手架部件參數

鋼管：38.4 N/m 扣件：15 N/只

鋼笆片：125 N/m2 木腳手板：150 N/m2

安全網：5 N/m2

4 荷載計算

作用于腳手架的荷載包括靜荷載、活荷載和風荷載。

靜荷載標準值包括以下內容：

4.1 每米立桿承受的結構自重標準值(kN/m)；本工程為0.1141

NG1=0.114×24.000=2.739kN

4.2 腳手板的自重標準值(kN/m2)；本工程采用竹笆片腳手板，標準值為0.15

NG2=0.150×4×1.500×(1.050+0.250)/2=0.585kN

4.3 欄桿與擋腳手板自重標準值(kN/m)；本工程采用欄桿、竹笆片腳手板擋板，標準值為0.15

NG3=0.150×1.500×4/2=0.450kN

4.4 吊掛的安全設施荷載，包括安全網(kN/m2)；0.005

NG4=0.005×1.500×24.000=0.180kN

經計算得到，靜荷載標準值NG=NG1+ NG2+NG3+NG4=3.953kN。

活荷載為施工荷載標準值產生的軸向力總和，內、外立桿按一縱距內施工荷載總和的1/2取值。

經計算得到，活荷載標準值NQ=3.000× 2×1.500×1.050/2=4.725kN

風荷載標準值應按照以下公式計算

其中W0——基本風壓(kN/m2)，按照《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)附錄表D.4的規定采用：W0=0.300

Uz——風荷載高度變化系數，按照《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)附錄表7.2.1的規定采用：Uz=1.670

Us——風荷載體型系數：Us=0.872

經計算得到，風荷載標準值Wk=0.7×0.300×1.670×0.872=0.306kN/m2。

考慮風荷載時，立桿的軸向壓力設計值計算公式

N=1.2NG+0.85×1.4NQ

經過計算得到，底部立桿的最大軸向壓力N=1.2×3.953+0.85×1.4×4.725=10.367kN

不考慮風荷載時，立桿的軸向壓力設計值計算公式

N=1.2NG+1.4NQ

經過計算得到，底部立桿的最大軸向壓力N=1.2×3.953+1.4×4.725=11.359kN

風荷載設計值產生的立桿段彎矩MW計算公式

MW=0.85×1.4Wklah2/10

其中Wk——風荷載標準值(kN/m2)；

la——立桿的縱距(m)；

h——立桿的步距(m)。

經過計算得到風荷載產生的彎矩Mw=0.85×1.4×0.306×1.500×1.800×1.800/10=0.177kN.m

由以上計算結果可知，立桿作用于懸挑型鋼的最大荷載為11.359KN。

18＃普通工字鋼自重為0.29KN/m，14＃工字鋼自重為0.20KN/m。

5 計算模型

對于有條件布置內伸式型鋼挑梁的部分，按2跨梁計算，內伸跨為簡支，外挑跨為懸挑（見圖3）。

圖3

對于有條件布置內伸式型鋼挑梁的部分，但處于陽角處，外挑鋼梁長度長，須在鋼梁外端設斜拉鋼繩，按2跨簡支梁計算（見圖4）。

對于遇剪力墻、樓梯間處無條件布置內伸式型鋼挑梁的部分，型鋼內端與邊梁錨固，外端設設斜拉鋼繩，按內端為固定支座，外端簡支梁計算（見圖5）。

6 計算結果

根據以上簡圖計算，將計算結果統計得下表：表2型鋼力學計算結果統計表

由上表表2可知，以上三種外架懸挑方式均安全可靠。

7 方案實施及總結

方案制定完成并經云南工程建設總承包公司技術中心審批后項目部開始按本方案進行實施。在施工過程中，嚴格按照本方案進行錨筋預埋、型剛安裝、變形監測、使用維護。本外架安全地保證了本工程在結構、裝飾等階段的施工防護要求，達到了方案制定目標。

在建筑工程施工中，因外架布置受建筑功能布局和負雜的建筑輪廓影響，難以靠單一結構形式滿足施工要求。無鋼繩外挑式型鋼懸挑外腳手架因施工中其對型鋼無焊接等損傷影響，可無損回收，可重復周轉使用，便于租賃公司定型化、標準化制作，在昆明地區很受歡迎，但在建筑陽角、井道、樓梯間等特殊位置時，缺乏安全可靠的內伸錨固條件，不宜采用。

本方案針對外懸挑鋼梁在建筑陽角、井道、樓梯間等特殊位置時，合理選擇外架懸挑結構形式，經過認真的設計計算分析、精心施工，細心維護，使本方案安全順利實施。經項目部變形監測，實際變形均略小于計算變形值，在整個施工過程中未出現外架防護安全事故，在高層建筑施工中采用本型鋼懸挑外架是可行的。