型鋼懸挑腳手架在高層建筑框架結構施工中的應用

肖 喆 李素霞 楊化軍 謝振民

北京建工四建工程建設有限公司 北京 100075

1 工程概況

首鋼科教大廈是首鋼籃球中心的配套設施，原批準建筑面積為59 188 m2，是一座集文化、教育、培訓、會議、住宿、餐飲及舉辦大型活動為一體的綜合配套建筑。大廈地上15層已于2010年12月主體結構封頂，后由于規劃調整，2013年8月開始首鋼科教大廈增高改建施工，原地上15層調整為23層，建筑高度由60 m調整為95 m，建筑面積調整為75 846 m2。

首鋼科教大廈工程結構形式為框架結構，層高及跨度均不能滿足連墻件的設置要求，另外在建筑物轉角、樓梯間部位的型鋼均無法正常設置。經綜合評估，決定采用型鋼懸挑雙排扣件式鋼管腳手架進行施工。

2 懸挑構造設計概況

本工程懸挑結構由18#工字鋼（主梁）和1道φ14 mm的6×19＋1鋼絲繩（公稱抗拉強度1 400 MPa及以上）吊索組成，主梁工字鋼間距1.5 m設置1道，局部設置16#工字鋼（次梁），主梁和次梁采用焊接連接。型鋼主梁每根長度4 m，在樓板上錨固長度為2.5 m，外挑長度為1.5 m。

每根型鋼懸挑梁外端設置鋼絲繩與上一層建筑結構斜拉結，鋼絲繩與建筑結構拉結采用φ20 mm預埋鋼筋，預埋鋼筋位于16層頂梁，距梁外側邊≥100 mm，且與下層工字鋼位置一致，鋼絲繩不參與懸挑鋼梁受力計算。另外，由于架體搭設高度達36.3 m，為確保架體穩定性，在19層增設鋼絲繩卸荷，每2跨卸荷1道，構造要求同首層鋼絲繩拉結，且不參與受力計算（圖1）。

圖1 型鋼挑梁安裝示意

3 技術難點攻關

3.1 斜桿拋撐的應用

首層型鋼懸挑腳手架由于上部結構未施工，無法進行鋼絲繩拉結及連墻件的設置，另外，本工程15層頂板高度達60 m，作用在腳手架上的水平風荷載較大，為確保懸挑架的整體穩定性，采用在型鋼梁端頭焊接長40 cm短鋼管，在型鋼一側增加斜桿拋撐的方式對架體進行拉結，斜桿間距不大于4.5 m，與樓板夾角在45°～60°之間，且應拉結至架體高度2/3以上的位置（圖2）。

圖2 型鋼懸挑架首層斜桿拋撐示意

3.2 轉角部位構造設計

型鋼懸挑腳手架在轉角處的處理方法一般采用扇形輻射布置型鋼，但大多數框架結構在轉角處均有框架柱，此部位建筑結構受力復雜，鋼筋較密，懸挑鋼梁通過該處必將影響到鋼筋位置和結構力學性能，且輻射布置必然存在型鋼交叉重疊，致使型鋼不能滿足錨固長度要求。結合本工程實際情況，在采用扇形布置但型鋼不至于交叉的前提下，為確保轉角處立桿不懸空，在型鋼主梁外側增設連梁，連梁采用16#工字鋼，放置于主梁上部并與主梁焊接。同時腳手架轉角部位在22層增設拉結鋼絲繩卸荷，構造要求同首層鋼絲繩卸荷（圖3）。

圖3 型鋼懸挑架轉角部位構造設計

3.3 懸挑三角架的應用

結合本工程實際情況，最終決定采取后加膨脹螺栓固定鋼板的方式，增設預埋件，主梁型鋼與鋼板滿焊，下側增加同型號型鋼斜撐，角度為45°，主梁上部加橫向次梁，并與兩側主梁焊接。鋼板截面為250 mm×450 mm，厚度為15 mm，螺栓型號為M20。其中鋼板上部3個固定點為焊接3根φ14 mm鋼筋，鋼筋錨入16層剪力墻內，待該層混凝土澆筑完成后，與結構進行可靠的拉結。下部4個固定點為M20膨脹螺栓固定（圖4）。

圖4 三角架安裝構造示意

上述懸挑三角架部位，通過對其連梁、帶支撐懸挑梁、懸挑梁整體穩定性、支桿、斜撐桿穩定性、焊縫的受力進行計算，均能滿足受力要求。

3.4 連墻件構造設計

本工程為框架結構，且樓層梁跨度較大（8 m），僅靠在框架梁、柱、洞口處設置連墻件不能滿足“兩步三跨”的規范要求，經過多次論證，施工中在跨中位置預埋2道φ16 mm鋼筋錨環，間距1.5 m，距結構邊0.3 m。2道錨環間穿入1根長2 m的鋼管，連墻桿與此鋼管采用直角卡扣連接緊固，另一端與架體主節點采用旋轉卡扣進行可靠的連接，最終成功地解決該技術問題。

3.5 抗風渦流構造設計

因架體搭設較高，結構高度達93.6 m，架高超過40 m，且受風渦流作用，需要采取抗風渦流措施，防止架體向上傾翻。抗風渦流措施采用加強連墻件的方法進行。結合本工程實際情況，針對首層連墻件及斜桿拋撐與架體進行的拉結，在該部位增設反向斜撐桿連接，斜撐桿與連墻件、斜桿拋撐、架體立桿均采用扣件連接牢固，且下部連接點距外側立桿不得大于250 mm（圖5）。

上述型鋼懸挑腳手架的設計節點在安全專項施工方案中進行體現，該方案由施工單位組織專家進行論證，審批完成后由技術、施工、安全會同監理單位共同對架體進行施工檢查、驗收工作。

4 實施效果

針對框架結構中型鋼懸挑腳手架的關鍵節點設計，解決了在腳手架搭設過程中遇到的一系列技術難點問題，針對上述節點的施工、驗收、監測，分別由專人進行負責，重點把控。

圖5 抗風渦流構造措施

其中，斜桿拋撐的應用很好地解決了首層挑架無法進行連墻件設置的問題，該節點不僅施工簡單，而且斜桿運用與方案設計的抗風渦流構造能有效結合，做到“一桿兩用”，較好地節約了項目成本。其次，懸挑三角架、連墻件、轉角部位的構造設計確保了架體的整體穩定性，在施工過程中安排測量人員針對架體位移、沉降進行監測，各項數據均能滿足規范要求。該架體在二次結構砌筑完成后順利地被拆除，施工期間很好地為結構、二次結構施工提供操作平臺及圍護作用[4-5]。

該架體的成功運用，有效地解決了架體搭設的技術難題，為項目節約施工工期、帶來經濟效益的同時，也得到了業主、監理、主管單位和社會各界的一致好評，取得了較好的社會效益。

5 結語

本工程型鋼懸挑扣件式鋼管腳手架的順利應用，成功克服、解決了框架結構施工中懸挑鋼梁常見的節點處理難點，以及本工程特有的施工難點技術問題。在本工程外懸挑腳手架實施過程中，項目部派專人負責檢查、監測、記錄。實踐表明，通過項目論證后采取的斜桿拋撐、懸挑三角架、陽角構造、連墻件構造的設計，成功地運用在整個懸挑腳手架支撐體系中，施工期間架體穩定，無任何偏差超出規范允許范圍。上述構造的應用在大型框架結構工程中，具有良好的推廣意義。