弧形建筑結構的懸挑外架施工技術

盧 娜 梁 兵 謝江美

廣西建工集團第一建筑工程有限責任公司 廣西 南寧 530001

隨著經濟建設的快速增長以及大眾精神文明的提高，人們對建筑的要求不僅僅停留在實用層次，對建筑外觀和內部使用等審美要求也逐步提高，因此近年來造型奇特、外觀精美的新型建筑、結構也層出不窮。漸變曲線（例如弧形，S形等）外立面給建筑賦予了更多藝術時尚氣息。此類漸變弧形建筑在主體施工時給外腳手架的搭設帶來了一定的難度，尤其是遇到一側結構的懸挑邊梁不規則傾斜，圓弧半徑大、懸挑板長度不一等情況時，如何進行外架搭設，是需要實際研究的課題[1-4]。

1 工程概況

廣西建工大廈2#樓工程北面為弧形結構（圖1），邊梁為斜梁，9層以上為懸挑架。北面懸挑板長度不一，9層懸挑板長度為3 674 mm，先漸漸向內弧，到17層懸挑板懸挑長度變為1 435 mm，18層后漸漸向外弧，到24層懸挑板長度變為3 137 mm，長度相差1.7 m以上，曲面半徑達270.938 m。

2 工藝原理

1）利用AutoCAD繪圖技術結合受力計算軟件，根據建筑結構外立面曲線漸變特點來確定腳手架的分段層數及懸挑漸變尺寸，分段高度不大于25 m。

圖1 廣西建工大廈2#樓工程北面效果圖

2）結構內弧時，進行“防遠”設計，在樓板強度能夠滿足承載力要求的情況下，采取錯層雙排懸挑的方式，實現多排懸挑，不僅確保了結構內弧時，保證懸挑外架內排架體與建筑物的間隙在規范允許的寬度范圍內，而且相對同層懸挑多排來說，可以減少對樓板的破壞。

3）結構外弧時，進行“防碰”設計，合理選擇每一懸挑層的部位和高度，避免懸挑高度太高與上部懸挑板發生碰撞。外腳手架通過分段變化懸挑承力架的懸挑尺寸，每段外腳手架兩端均取段內各層建筑中最大懸挑尺寸作為懸挑承力架的懸挑定位尺寸，滿足段內各層邊緣懸挑尺寸逐層變化的要求，使各段外腳手架始終可用最簡便的直線形搭設施工方法。采用不拆除懸挑結構的滿堂架模板支撐體系的方法以保證懸挑結構在外架的作用下保持結構安全。

4）利用受力計算軟件，通過不斷調整立桿間距、水平桿步距等，確定懸鋼挑梁、U形箍、錨環、卸荷鋼絲繩的大??；利用AutoCAD繪圖軟件，在設計圖紙上準確定位U形箍、錨環的預埋位置，按照定位圖組織施工。

5）利用BIM技術軟件建立模型對施工過程進行模擬，優化施工工藝。建模后，運用動畫對施工作業人員進行三維可視化技術交底，以指導現場施工。

6）根據內排外立桿間距，及內排立桿與建筑物的間隙，選擇適合尺寸的鋼筋網片作懸挑架滿鋪層，代替竹串式腳手板。鋼筋網片采用HRB400級的φ6.5 mm或φ8 mm鋼筋制作，鋼筋間距≤4 mm，能有效阻擋鋼管、扣件、頂托等施工材料的掉落，安裝時用鐵絲綁扎牢固。鋼筋網片外涂刷防腐漆，具有安全可靠、防火性強、防腐性強、周轉使用率高、經濟合理、制作安拆簡便等優點。

3 操作要點

3.1 工藝流程

施工準備→施工方案的編制→型鋼挑梁制作→U形箍及錨環的定位→挑梁所在樓層混凝土澆搗（預埋U形箍、錨環及連墻件）→安裝型鋼挑梁構件→型鋼挑梁固定→按懸挑外架縱橫間距及內排架距墻尺寸焊接立桿限位短柱（縱向拉通線）→外架搭設→內架搭設→臨時避雷焊接→……→澆搗上層混凝土至100%設計強度→繼續搭設腳手架至設計高度

3.2 方案編制

項目技術負責人根據施工圖紙及相關技術規范（設計規范、驗收規范）、操作規程、技術標準等，編制了弧形結構懸挑外架專項施工方案，搭設方案如表1所示。

表1 外架懸挑方案

3.3 利用AutoCAD繪圖軟件定位構件

1）以建筑物的總長均分，在滿足施工方案及規范要求的基礎上，通過不斷調整立桿間距和剪刀撐角度，使剪刀撐的交叉點均落在外排立桿上，保證外立面架體效果（圖2）。

圖2 2#樓北面懸挑外架搭設立桿排版效果

2）利用AutoCAD繪圖軟件，根據施工方案立桿間距要求，在樓層平面圖上準確畫出工字鋼的預埋位置，標注清晰，使施工時定位準確（圖3）。

圖3 2#樓北面工字鋼定位

3）利用AutoCAD繪圖軟件，在樓層的立面圖上畫出懸挑外架每一挑外架體及內架體的搭設位置及搭設高度。

3.4 運用BIM三維可視化技術模擬施工

1）根據施工方案及施工圖紙，由項目技術負責人組織建立BIM施工模型，利用BIM模型對施工過程進行模擬，優化施工工藝（圖4～圖7）。

圖4 懸挑主梁施工過程模擬

圖5 斜撐體系施工過程模擬

圖6 懸挑次梁施工過程模擬

圖7 斜拉鋼絲繩施工過程模擬

2）建模后，運用動畫對項目部管理人員及施工作業人員進行三維可視化技術交底，以指導現場施工。

3.5 懸挑工字鋼主次梁施工

1）懸挑工字鋼主梁錨環預埋。根據懸挑工字鋼CAD定位圖，在懸挑層板鋼筋綁扎前，進行工字鋼主梁錨環預埋。懸挑層工字鋼梁設3道錨環（φ18 mm圓鋼端部開牙）。在主體結構施工時，預埋錨環，底部用2根1.5 m長、直徑為18 mm的螺紋鋼進行固定。第1道錨環固定在結構邊梁上，與工字鋼末端間距2.85 m，第2道、第3道錨環固定在樓板上，第3道錨環距離工字鋼尾部的距離不少于200 mm。

2）懸挑鋼梁進場后，切割到施工所需長度，表面涂刷黃色防銹漆，待晾干后將其堆放整齊備用。

3）懸挑工字鋼主梁安裝。待懸挑層梁板混凝土的強度等級達到10 MPa后，方可進行懸挑工字鋼主梁安裝，在混凝土強度等級達到15 MPa以后才能逐步施加腳手架各構件的荷載。

4）布置懸挑鋼梁時，做到尺量檢查每根工字鋼的外挑長度，確保尺寸一致。布置好后，拉通線檢查并校正外挑長度，確保美觀。放置好后采用63 mm×63 mm×6 mm的角鋼加雙螺帽固定，工字鋼兩側用木楔側向楔緊（圖8）。

圖8 懸挑工字鋼安裝示意

5）次梁采用18#工字鋼。懸挑主梁施工完成后，安裝次梁，次梁與主梁工字鋼滿焊。

3.6 斜撐體系施工

1）斜撐鋼板預埋。在懸挑層的下一層結構梁板混凝土結構澆筑前，在邊梁位置預埋尺寸為0.3 m×0.2 m×0.01 m的鋼板，鋼板面與樓面標高一致。

2）斜撐桿采用10#槽鋼，下部與預埋鋼板、上部與懸挑主梁工字鋼均進行滿焊，焊接處與上部懸挑主梁工字鋼末端的距離≥100 mm（圖9）。

3.7 懸挑架體施工

1）鋼梁端頭設計。在鋼梁上外立桿位置處，將長度≥50 mm、直徑≥25 mm的鋼筋頭與鋼梁焊接，防止立桿位置偏移。鋼梁底部距鋼梁端頭100 mm處，將直徑≥25 mm的鋼筋頭與鋼梁焊接，鋼筋頭長度兩端各伸出鋼梁50 mm，用來卡住鋼絲繩（圖10）。

圖9 斜撐桿安裝示意

圖10 懸挑鋼梁端頭構造平面

2）立桿搭設。13、14層及18、19層采用錯層懸挑雙排，實現多排懸挑。施工時按由外到內的施工順序搭設立桿，外架體是以懸挑板長度最大的懸挑層9層為標準搭設腳手架，保證外排架體在同一垂直面上。內架體主要是用來“防遠”，確保內排立桿與建筑物間的距離能滿足規范要求。底部立桿采用不同長度的鋼管參差布置，使鋼管立桿的對接接頭交錯布置，高度方向相互錯開500 mm以上，且要求相鄰接頭不應在同步同跨內，以保證腳手架的整體性。

3）掃地桿搭設。每一懸挑層立桿底部設縱橫方向掃地桿，連接于立腳點桿上，離底座0.15～0.20 m。

4）大橫桿搭設。大橫桿在腳手架高度方向間距1.8 m，以便立網掛設，大橫桿置于立桿里面，每側外伸長度為150 mm，每步大橫桿之間增設2道中部欄桿，每道間距600 mm。2根相鄰大橫桿的接頭不應設置在同步或同跨內，不同步或不同跨2個相鄰接頭在水平方向錯開的距離不應小于500 mm；各接頭中心至最近主節點的距離不應大于縱距1/3。

5）小橫桿搭設。外架子按立桿與大橫桿交點處設置小橫桿，小橫桿兩端固定在水平桿上，以形成空間結構整體受力。大橫桿設置在小橫桿上方，在內外大橫桿中間設置中部通長大橫桿。多排架體時，小橫桿連接內外排立桿通長搭設（圖11）。

圖11 大小橫桿搭設示意

6）剪刀撐搭設。外側全立面連續設置剪刀撐；剪刀撐的夾角約取50°，每道剪刀撐寬度為4跨，跨越的立桿根數為5根。剪刀撐斜桿的接長采用搭接；搭接長度不應小于1 m，并應采用不少于3個旋轉扣件固定，端部扣件蓋板的邊緣至桿端距離不應小于0.1 m。剪刀撐斜桿應用旋轉扣件固定在與之相交的橫向水平桿的伸出端或立桿上，旋轉扣件中心線離主節點的距離不宜大于150 mm。

7）橫向斜撐搭設。在腳手架內、外立桿之間設置橫向斜撐，由底至頂呈“之”字形。橫向斜撐沿腳手架長度方向間距≤6 m，以連接內外立桿。

8）鋼絲繩安裝：

① 拉環預埋。在懸挑層的上一層鋼筋混凝土樓面上，沿建筑物四周按外架立桿間距埋設φ22 mm圓鋼拉環。拉環需要上層樓面主體結構施工時預埋，用鐵絲在邊梁的模板上固定，澆筑樓面混凝土時，需謹慎小心，不準吊環掉落或者偏位。吊環的主要作用是將鋼絲繩穿過吊環拉住下層的懸挑工字鋼。

② 鋼絲繩安裝。斜拉采用φ18.5 mm的鋼絲繩，鋼絲繩必須拉緊，所有鋼絲繩的拉緊程度基本相同，避免鋼絲繩受力不均勻。吊點必須設在立桿與大小橫桿的交點處，鋼絲繩必須由底部將大小橫桿及立桿兜緊。安裝時，將鋼絲繩穿入吊環，初步收緊鋼絲繩，吊環位置與工字鋼垂直，使鋼絲繩的拉結能起到良好的受力狀態（圖12）。

圖12 預埋U形鋼筋拉環示意

9）滿堂架回頂搭設。為了增大結構樓板承載力，確保架體安全，在每一懸挑層的下方連續2層做滿堂架回頂，作為上部懸挑架的應力傳遞。滿堂架回頂縱橫向立桿間距1.5 m，步距1.5 m，剪刀撐沿樓層長度方向每4.5 m設一道，角度45°～60°（圖13）。

圖13 滿堂架回頂搭設示意

3.8 安全防護施工

3.8.1 水平防護鋼筋網片施工

1）腳手板采用鋼筋網片腳手板，采用HRB400級的φ6.5 mm或φ8 mm鋼筋制作而成，每片尺寸為0.8 m×1.7 m，用18#鉛絲雙股并聯綁扎，不少于4點，要求綁扎牢固，交接處平整。

2）施工層、首層及每3層必須滿鋪腳手板，滿鋪層在內外2根大橫桿之間增加1根水平桿，鋪穩、鋪實、不留空位，不能滿鋪處必須采取模板鋪裝或者其他有效的防護措施。

3.8.2 豎直防護密目安全網、沖孔網施工

1）腳手架外側使用建設主管部門認證的合格綠色密目式安全網封閉，且將安全網固定在腳手架外立桿里側。選用18#鉛絲張掛安全網，接縫綁扎間距＜400 mm，要求繃直、嚴密、平整。

2）施工層的腳手架外側布置高不小于0.2 m的踢腳板，防護欄桿不少于2道。

3）在施工層安全網的內側面張掛沖孔網，有效防止物體穿透安全網飛落到地面傷人（圖14）。

3.8.3 連墻件施工

1）連墻件拉結點采用預埋鋼管連接，預埋鋼管入混凝土梁內200 mm，伸出混凝土面300 mm，用水平鋼管連接外架內外立桿。

2）拉結點在轉角1 m范圍內必須設置1道，即在轉角l m以內范圍按垂直方向每3 m設一拉結點。

3.9 架體內封閉層、避雷裝置施工

1）每一懸挑層的架體均要設封閉層，采用厚18 mm的膠合板進行滿鋪嚴密，上表面涂刷黃黑防腐漆（圖15）。封閉層主要是阻擋上部樓層的施工材料及垃圾掉落到下部樓層，避免發生安全事故，也易于清理。

圖14 封閉層施工示意

圖15 架體封閉層搭設示意

2）腳手架的四角設避雷接地，與基礎鋼筋相接，接地電阻小于30Ω。

3.10 腳手架驗收

腳手架搭設完成后組織專項驗收，合格后方可投入使用，并懸掛外架驗收合格牌。

4 結語

本工程運用BIM建模軟件模擬弧形結構懸挑外架施工過程，通過AutoCAD輔助放樣，采用經緯儀放樣、定位、校核空間位置尺寸，準確性高，操作簡單易行。利用模型動畫對工人進行可視化技術交底，提高了施工效率，節約了施工工期。廣西建工大廈1#樓、2#樓工程是廣西建工集團總部基地項目，受到集團、公司及外界的廣泛關注。截至目前，已有多批外單位到項目觀摩，弧形結構懸挑外架整齊靚麗的外立面給參觀人員留下了深刻的良好印象，受到一致稱贊。