基于栓接支撐的懸挑式卸料平臺設(shè)計(jì)與施工

廖 禎 虎， 李 友 誼， 高 建 平， 李 杰， 馮 川

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

武勝節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)園基礎(chǔ)設(shè)施及保障性安居工程PPP項(xiàng)目(以下簡稱“武勝項(xiàng)目”)總建筑面積為71 563.4 m2，共計(jì)3棟高層建筑，其中1、2、3號樓建筑層數(shù)(高度)分別為31層(98.75 m)、31層(97.30 m)、24層(74.25 m)，且1、2號樓接近超高層標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)施工規(guī)范及安全規(guī)范等[1～4]，通常情況下其卸料平臺是利用外腳手架進(jìn)行搭設(shè)和加固，因此，建設(shè)過程中對腳手架的承載力、穩(wěn)定性及安全性要求較高；該工程卸料平臺利用已成型的房屋框架，采用懸挑、錨固的方式進(jìn)行，與外墻腳手架相獨(dú)立，避免了卸料平臺依靠外墻腳手架承力，減小了外墻腳手架的荷載，確保了施工安全；同時，高效的卸料支撐平臺是施工進(jìn)度和安全的主要保證。

2 平臺方案比較

2.1 施工工藝比較

筆者對鋼管落地腳手架卸料平臺與懸挑式卸料平臺施工工藝進(jìn)行了比較，分析了兩種平臺在施工工藝方面存在的差異，研究了各自具有的優(yōu)缺點(diǎn)。兩種平臺的施工工藝：

(1)鋼管落地腳手架卸料平臺。鋼管落地卸料平臺基礎(chǔ)平整夯實(shí)→澆筑基礎(chǔ)平臺混凝土→搭設(shè)鋼管落地架→連接樓層固定拉桿→加設(shè)外排剪刀撐→掛安全網(wǎng)→鋪設(shè)封閉平臺→搭建臨邊防護(hù)(圖1)。

(2)懸挑式卸料平臺。下料→平臺外框兩側(cè)吊環(huán)焊接、限位焊接→平臺底盤骨架焊接→圍護(hù)欄桿焊接→底盤花紋鋼板面層焊接→踢腳板焊接→除銹→刷防銹漆→刷面漆(圖2)。

鋼管落地腳手架卸料平臺以地基作為基礎(chǔ)，逐層安裝鋼管腳手架，平臺對基礎(chǔ)平整度及承載力要求較高，隨著樓層的增加，風(fēng)載對腳手架的影響遞增且鋼管用量較大。相對于鋼管落地腳手架作為支撐系統(tǒng)，懸挑式卸料平臺不需要平臺基礎(chǔ)，減少了基礎(chǔ)處理工序，懸挑支撐系統(tǒng)材料用量小，支撐系統(tǒng)獨(dú)立，樓層高度基本不影響懸挑式支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其穩(wěn)定性較高。

圖1 鋼管落地卸料平臺立面示意圖

圖2 懸挑式卸料平臺平面構(gòu)成示意圖

因此，根據(jù)施工工藝比較得知：懸挑式卸料平臺的穩(wěn)定性、材料投入及施工工序均優(yōu)于鋼管落地腳手架卸料平臺。

2.2 適用性比較

根據(jù)當(dāng)前房屋建筑工程的現(xiàn)狀，高層建筑已然為主流設(shè)計(jì)，低層建筑僅適用于高端別墅及地震帶周邊地區(qū)?？紤]到安全風(fēng)險(xiǎn)以及施工成本，鋼管落地腳手架卸料平臺一般適用于樓層較低的房建工程，而懸挑式卸料平臺適用于所有房屋建筑工程。對于適用性方面，懸挑式卸料平臺優(yōu)于鋼管落地腳手架卸料平臺。

3 懸挑式卸料平臺的設(shè)計(jì)方案

3.1 懸挑式卸料平臺的設(shè)計(jì)

(1)平臺底盤的制作。底盤骨架各桿件間采用焊接連接，底盤外框45°對口焊接，底盤內(nèi)的龍骨與外框在翼緣接觸處焊接。施焊時先點(diǎn)焊定位，校驗(yàn)尺寸無誤后再行焊接。為便于吊環(huán)及限位焊接以保證吊環(huán)及限位的焊接質(zhì)量，在底盤骨架未連接前，先行焊接吊環(huán)和限位。底盤骨架各焊接點(diǎn)均為滿焊。角焊縫的焊腳高度hf為6 mm。花紋鋼板順底盤橫向龍骨鋪設(shè)，與邊框搭接寬度不小于15 mm，與中間龍骨的搭接寬度不小于25 mm。鋼板與骨架點(diǎn)焊焊接，焊點(diǎn)間距不大于200 mm。

(2)平臺圍護(hù)的制作。平臺圍護(hù)的立桿與平臺底盤外框采用焊接連接，焊腳高度hf=3.5 mm。平臺的水平圍護(hù)桿亦與立桿焊接連接。踢腳板點(diǎn)焊于第一道水平桿與底盤花紋鋼板上，點(diǎn)焊間距不大于300 mm。圍護(hù)網(wǎng)先焊在∠30等邊角鋼框上，在平臺吊裝就位安裝完成后，再綁在圍護(hù)欄桿上。

(3)平臺支撐的制作。平臺吊環(huán)及樓層上的錨環(huán)均使用鋼筋彎曲機(jī)彎制，不允許用乙炔焰燒烤彎制。鋼絲繩須與花籃螺栓匹配使用。如果圍護(hù)網(wǎng)與欄桿為焊接連接，則吊裝用的吊環(huán)應(yīng)焊在圍護(hù)欄桿內(nèi)側(cè)；如為綁接時，吊環(huán)可焊在圍護(hù)欄桿外側(cè)，但要在吊裝后再綁護(hù)網(wǎng)。鋼絲繩吊環(huán)是按住宅樓2.9 m層高設(shè)置的，如果建筑層高有變化，則應(yīng)相應(yīng)調(diào)整吊環(huán)的傾角。鋼絲繩選擇Φ17，6×19鋼絲繩，吊環(huán)用Φ18圓鋼制作，吊環(huán)焊接的焊縫長度須大于160 mm，焊腳高度hf為6 mm。

3.2 連支材料的選擇

按照面積計(jì)算場內(nèi)的平面載荷，其中卸料平臺的載荷為1.15 kN/m2，場內(nèi)施工人員及施工設(shè)備為2.5 kN/m2，設(shè)定恒載分項(xiàng)系數(shù)γi=1.2，活載分項(xiàng)系數(shù)γi=1.4。平臺連接材料選用鋼絲繩，按38°傾角計(jì)算，每根鋼絲繩承受的拉力為18.1 kN。

將該拉力值作為鋼絲繩的允許拉力[Fg]計(jì)算鋼絲繩的破斷拉力：

式中α為鋼絲繩荷載不均勻系數(shù)，按6 mm×19 mm鋼絲繩考慮，取α=0.85；[Fg]為鋼絲繩的允許拉力，按上述計(jì)算的鋼絲繩承受拉力值計(jì)算；K為鋼絲繩使用安全系數(shù)。若取K=6，則Fg=127.8 kN，故連接材料選用Φ17，6×19鋼絲繩，其破斷拉力為151.5 kN。

3.3 錨固強(qiáng)度計(jì)算

對于懸挑式卸料平臺，在其制作安裝工藝流程中需要支撐焊接，采用雙面焊錨固。

由《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[4]和《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊》[5]可知，對于錨固連接的焊縫長度Lw按下式計(jì)算：

式中N為錨固力；he為焊縫的有效截面寬度，按焊腳高度hf=6 mm計(jì)算，he=0.7，hf=0.7×6=4.2(mm)；ffw為焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。將he帶入式中計(jì)算得ffw=27 mm。該值為焊縫的有效長度，實(shí)際焊縫長度加10 mm，為37 mm?？紤]到構(gòu)造要求及鋼絲繩與焊縫不平行等不利因素，在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中，吊環(huán)焊縫寬度應(yīng)大于160 mm。上述方案中，水平槽鋼與樓板壓點(diǎn)如果采用鋼筋拉環(huán)，則水平鋼梁與樓板壓點(diǎn)的拉環(huán)強(qiáng)度計(jì)算公式為:

式中 [f] 為拉環(huán)鋼筋抗拉強(qiáng)度，按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)10.9.8，[f]= 50 N/mm2；其中單個槽鋼梁采用2根拉環(huán)，拉環(huán)采用φ16圓鋼，最大允許拉力N=50×4×3.14×64=40>18.1(kN)。該方案中，鋼筋拉環(huán)粘結(jié)力錨固強(qiáng)度由下式計(jì)算：

式中N為錨固力，即作用于樓板鋼筋拉環(huán)的軸向拉力，N= 18.1 kN；d為樓板鋼筋拉環(huán)的直徑，d= 16 mm；[fb]為樓板鋼筋拉環(huán)與混凝土的容許粘接強(qiáng)度，計(jì)算時取1.43 N/mm2；h為樓板鋼筋拉環(huán)在混凝土樓板內(nèi)的錨固深度，經(jīng)計(jì)算，h應(yīng)不小于250 mm。

4 平臺的安裝與拆卸

4.1 平臺的安裝

將拉結(jié)鋼絲繩(包括保險(xiǎn)繩)拴在平臺前端吊環(huán)上→吊裝就位→拴鋼絲繩于樓層預(yù)埋錨環(huán)上→調(diào)節(jié)花藍(lán)螺栓使鋼絲繩繃緊→樓層固定端用木楔卡緊嵌牢→驗(yàn)收。

平臺吊裝時，鋼絲繩錨環(huán)所在樓層的混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%。吊裝時必須四點(diǎn)起吊，將平臺吊平、吊穩(wěn)，當(dāng)?shù)踔涟惭b位置時由人工牽拉，將平臺錨固端送入樓層錨環(huán)內(nèi)并用繩索臨時拉結(jié)固定。吊裝時，在地面及安裝樓層都要安排塔吊指揮人員。鋼絲繩的拴結(jié)采用專用卡具，每個拴接點(diǎn)使用三個卡具。卡具間距為6d(d為鋼絲繩直徑)，鋼絲繩甩出卡具的自由端長度≥12d。平臺牽拉好后，樓層固定端要用木楔子楔緊。

4.2 平臺的拆卸

用塔吊原位吊住平臺→拆拉結(jié)鋼絲繩、保險(xiǎn)繩→松開樓面擱置端緊固木楔→吊離平臺。平臺吊運(yùn)同安裝時的要求，必須四點(diǎn)起吊并在地面及安裝樓層同時安排塔吊指揮人員進(jìn)行指揮。平臺拆卸時，其立面上、下應(yīng)暫停作業(yè)。

5 經(jīng)濟(jì)性比較

以武勝保障性安居工程為例，通過對外腳手架支撐式與懸挑式兩種卸料平臺進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較(表1)，結(jié)果顯示懸挑式卸料平臺優(yōu)勢明顯，能有效節(jié)約施工成本，比較詳情如下：焊工與安裝工費(fèi)用均為37.5元/h，材料相同，按照一棟主樓每層設(shè)置4個卸料平臺，逐層使用。懸挑式卸料平臺隨樓層升高逐層拆卸安裝，可重復(fù)利用。

懸挑式卸料平臺：隨樓層增加，總費(fèi)用為(5 100+1 200+450)×n(n為樓層數(shù))；

外腳手架支撐式平臺：隨樓層增加，總費(fèi)用為(334.8+900)×n。

隨著樓層的增加，當(dāng)上述兩公式相等時，即樓層數(shù)n=8時費(fèi)用相等；超過8層時，懸挑式卸料平臺經(jīng)濟(jì)；采用懸挑式卸料平臺，其一棟主樓的總成本較外腳手架支撐式平臺節(jié)約成本184 953.6元。

6 結(jié) 語

筆者以武勝保障性安居工程建筑為例，對一種新型懸挑式卸料平臺的制作、安裝與連固方案等進(jìn)行了論述，文中計(jì)算并論證了平臺連接與錨固支撐方案的可行性，并與常規(guī)卸料平臺進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)比較。該卸料平臺具有的優(yōu)勢明顯，為塔吊高空卸料提供了充足的回轉(zhuǎn)空間，加快了卸料速度，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了施工成本及工期。希望該方案能為類似工程施工提供借鑒。

表1 經(jīng)濟(jì)性比較表