基于高層建筑螺栓拉接式懸挑腳手架施工技術

成功

（中鐵十六局集團城市建設發展有限公司，北京 100018）

0 引言

懸挑式外腳手架在國內高層建筑施工中被普遍應用，目的是利用建筑結構邊緣往外懸挑的構件來支承外腳手架[1]。傳統懸挑架的樓板預埋鉸接安裝方式是現行工程建筑中不可或缺的重要連接途徑。樓板預埋鉸接形式懸挑的作用是剪力、拉力、壓力的傳遞，其作用力主要在鉸接點。傳統鉸接點連接形式及過程安裝工藝較為復雜，安全隱患較多，懸挑層現場雜亂，且與其他工序施工相掣肘。本文就懸挑腳手架的安裝形式進行工藝改良，介紹一種新型的施工方法，此新型工藝有利于提升整個架體的安全穩定性，提高工作效率，裝拆方便，節能環保，適用于房建懸挑腳手架施工領域。

1 工程概況

石家莊鐵道大學科技樓項目位于石家莊市北二環石家莊鐵道大學院內，總建筑面積約55483m2，其中A座地上23層，高98.45m，B座地上15 層，高66.45m。結構形式為框架-核心筒結構，基礎形式為筏板基礎[2]，外腳手架鋼管采用Ф48×3.5，水平桿步距h=1.8m，立桿縱（跨）距la=1.5m，立桿橫距lb=0.83m，內立桿距建筑距離=0.3m。連墻件每兩步兩跨采用扣件與主體結構進行連接[3]。

2 螺栓拉接式懸挑腳手架工藝原理

螺栓拉接式懸挑腳手架由工字鋼組件、型鋼梁底座預埋體系、斜拉桿體系、斜拉桿預埋體系、下支撐桿、下支撐桿預埋體系等組成。懸挑型鋼梁安裝的位置需依據結構的外部構造及高度等確定。根據設計的結構外側邊梁或外墻，經受力分析，確定懸挑型鋼梁的安裝部位及型鋼梁懸挑的尺寸，根據結構外側邊梁寬度或板墻厚度確定高強螺栓長度[4]。

在懸挑層樓面澆筑混凝土前進行螺栓套管的預埋，預埋前采用臨時螺桿進行預定位，待混凝土初凝，24小時后拆除“臨時固定螺桿”。選擇長度150mm的預埋件用于懸挑下層的預埋件配合單耳拉環的預埋施工，懸挑上層的預埋件配合雙耳拉環的預埋施工。懸挑型工字鋼梁由廠家預制完成，出廠前具備閉式花籃、工字鋼原材、工字鋼探傷、拉桿抗拉檢測、雙耳拉環、雙頭螺桿等檢測合格，方可進行現場安裝。

結構混凝土澆筑完成后，外墻模板拆除，清理出預留的螺栓孔洞，隨后將懸挑型鋼梁與預埋件采用8.8級M20的高強螺栓相連。相連完成后進行下支撐桿、斜拉桿體系的安裝。此項新型施工工法對于懸挑架在房建領域的施工具有推廣意義。

3 螺栓拉接式懸挑腳手架施工設計

施工前，需對建筑結構外形尺寸及高度等進行分析，建立計算模型，合理布置懸挑型鋼梁的平面位置以及懸挑尺寸，同時型鋼梁間距不得超過1.8m。對角懸挑工字鋼梁上部設置聯梁。根據設計的結構外側邊梁或外墻尺寸，計算確定高強螺栓的規格。高強螺栓的直徑為20mm，強度級別為A8.8 級（M20*230mm）。上懸斜拉桿的尺寸由結構層高及型鋼梁懸挑長度經計算得出，斜拉桿的長短可由花籃螺栓調節。見圖1、圖2。

圖1 高強螺栓預埋、腳手架立桿與挑架連接示意圖

圖2 螺栓拉接式懸挑工字梁示意圖

4 施工要點

4.1 螺栓拉接式懸挑腳手架螺栓連接可行性驗算

承壓型連接高強螺栓受拉、剪作用。考慮到拉桿作用時內支座可能只受最大剪力作用，因此對承壓型連接高強螺栓進行受剪、受壓、拉剪承載力計算，可行性驗算要求按上拉下撐式承力架失效時計算。根據GB 50017-2017《鋼結構設計標準》11.4中公式進行驗算。

1）承壓型連接高強螺栓的受剪承載力驗算公式如下：

2）承壓型連接高強螺栓的承壓承載力驗算公式如下：

3）承壓型連接高強螺栓在彎矩作用下的抗拉驗算公式如下：

4）通過受剪、受壓、拉剪承載力計算驗證螺栓是否安全，然后進行螺栓同時受剪和受拉承載力驗算。承壓型連接高強螺栓同時承受剪力和拉力承載力驗算公式如下：

通過計算，螺栓同時承受剪力和拉力承載力符合要求后，方可滿足現場使用[5]。

4.2 工藝流程

螺栓套管預定位→臨時固定螺桿安裝→拆模后雙頭螺桿安裝→上拉桿、下支撐桿預埋體系安裝→懸挑型鋼梁安裝→下支撐桿及上拉桿的安裝→拉拔試驗。

4.2.1 螺栓套管預定位

根據計算得出的腳手架構造要求，標記出內外立桿的位置，同時根據標記的定位線安放腳手架墊板及底座，墊板必須鋪設平整，不得懸空，預埋套管必須準確定位。本工程采用長度為180mm的預埋件用于懸挑層，使用高強螺栓固定工字鋼梁。見圖3、圖4。

圖3 預埋定位輔助工具

圖4 預埋測量定位實操圖

4.2.2 臨時固定螺桿安裝

預埋測量定位后，使用充電電鉆在木模板上開孔，安裝預埋件，緊固“臨時固定螺桿”。

根據懸挑梁定位位置，用電鉆在外側模板上鉆兩個Φ12.5mm的圓孔，采用配套專用螺桿臨時固定，螺栓套管與配套螺桿為專業廠家加工制作。螺栓套管安裝過程中，為防止混凝土澆搗時水泥漿滲入螺栓套管內，需將套管與模板內側接觸面進行頂緊。配套專用螺桿安裝完成后，現場校核螺桿位置，允許偏差為±2mm。預埋件安裝完畢后，混凝土澆搗時嚴禁振動棒直接與預埋件接觸，以確保預埋件不被損壞或發生偏移。見圖5、圖6。

圖5 螺栓套管安裝實際效果圖

圖6 配套專用的螺桿臨時固定效果圖

4.2.3 拆模后雙頭螺桿安裝

待混凝土初凝，24小時后拆除“臨時固定螺桿”，然后通知木工拆除外邊模板，拆除時不能損壞螺栓套管管口，防止垃圾進入管內。混凝土強度達到5MPa或可上人時，方可安裝雙頭螺桿，雙頭螺桿外露長度為6cm。雙頭螺桿采用人工安裝，安裝時對準螺栓套管，嚴禁隨意安裝造成螺桿擾動破壞管內螺紋，如圖7。

圖7 雙頭螺桿現場安裝工況圖

4.2.4 上拉桿、下支撐桿預埋體系安裝

上拉桿預埋體系選擇廠家預制150mm長螺栓套管用于懸挑下層預埋件配合單耳拉環連接下撐桿，下撐桿連接工字鋼梁的下部單耳板，用于施工電梯部位的4根工字鋼梁的下部支撐。預埋位置垂直于懸挑層的下一層，標高為樓層標高-0.150m。

經驗算，下支撐桿預埋體系在型鋼梁尺寸大于1.75米時使用，選擇廠家預制150mm長度的螺栓套管用于懸挑上層，懸挑上層的預埋件配合雙耳拉環連接上拉桿，上下拉桿通過封閉式可調節花籃連接在工字鋼梁的上部雙耳板。預埋位置垂直于鋼梁層的上一層右側200mm，標高為樓層標高-0.150m。

4.2.5 螺栓拉接式懸挑型鋼梁安裝

結構混凝土澆筑完成后，外墻模板拆除，剔鑿出預埋的高強螺栓孔，檢查懸挑型鋼梁安裝部位結構面，確保連接鋼板與結構面充分接觸，受力均勻，若安裝基面不平整，則須修補平整。

先將懸挑型鋼構件的懸挑一端臨時固定在懸挑層下方的腳手架上，待上部結構完成后進行上懸斜拉，根據施工懸挑梁的布置圖紙，采用8.8級M20的高強螺栓將懸挑型鋼梁根部與預埋件固定[6]。為避免上部鋼管架加載后外挑型鋼梁端部產生下撓現象，安設時外挑型鋼的外端應預抬高2cm。

懸挑梁底座板與建筑結構面的接觸如不平整，需采用特制規格50mm*6mm“掛鉤墊片”進行墊平，以確保整體穩定性。懸挑梁安裝完成后，應及時將“螺母保護蓋”扭好組裝，以防混凝土掉落粘貼在螺桿上，如圖8、圖9。

圖8 掛鉤墊片使用展示

圖9 懸挑型鋼梁安裝完成效果圖

4.2.6 下支撐桿及上拉桿的安裝

下支撐桿及斜拉桿采用Ф50*3.0（Q235材質）無縫鋼管，調節套管采用焊接Ф34×5（Q235材料）無縫管。為防止澆筑混凝土時混凝土粘貼在調節套管上，下支撐桿安裝調整至受力狀態后應及時用膠帶將調節套管包裹好。

在懸挑層的上一層結構混凝土澆筑前，需將斜拉桿的“上端拉接點”預埋件安裝到位，懸挑層的上一層主體結構強度滿足要求、拆完側模板后，為確保架體安全，須盡快將斜拉桿連接固定。

兩段拉桿用花籃螺絲連接斜拉桿，桿件應長度合適、絲牙一正一反。將拉桿的兩端分別與上層結構的預埋件和懸挑型鋼梁端部相連。為確保使拉桿受力均勻，在斜拉桿連接完成后，通過中段的花籃螺絲進行調整[7]。

4.2.7 施工前拉拔試驗

首次預埋施工時，提前預埋2根×3組×180mm長共計6根預埋件。預埋部位的混凝土經養護一定周期達到強度后，方可做拉拔試驗。

現場進行預埋件拉拔檢測時，拉拔力應控制在設計值以內，避免造成混凝土結構破壞。拉拔試驗檢測的抗拔力滿足計算內的“受拉承載力設計值”，方可進行現場施工。

5 螺栓拉接式懸挑腳手架技術優勢

1）采用螺栓拉接式的懸挑腳手架的安全質量滿足施工及設計要求，不損傷現澆樓板，所有懸挑構配件均不需穿越墻體，無需對電梯井、樓梯間等部位進行特殊處理。

2）建筑施工完畢后可方便、迅速拆除，節約了大量的人工與時間。梁側螺栓套管預埋懸挑腳手架與傳統懸挑腳手架相比，可節省工字鋼材料56%以上，螺栓等配件材料能重復利用，回收利用率高達90%以上。

3）文明施工得到保障，工字鋼無需穿墻入室，不影響其他工序正常進行，建筑垃圾的清理及室內、外墻面粉刷都變得極為方便，各施工工序可交叉進行。一次性輔助材料投入少，現場加工工序少，幾乎不產生建筑垃圾。

6 經濟效益

以本項目的安全質量、技術改進、工期為例，采用螺栓拉接式的懸挑腳手架比傳統懸挑腳手架施工成本降低45%，螺栓拉接式的懸挑腳手架的人工費、材料費、廠家加工費、專家論證費總成本為17.38萬元，共計5288m2，折合每平方米外腳手架搭設綜合單價為32.86元/m2；而采用傳統懸挑架人工費、材料費、現場加工費用總成本為27.69萬元，折合每平方米外腳手架搭設綜合單價為52.36元/m2。本工程累計可節省成本約10.31萬元。結合工期節省16天，按正常施工管理成本、機械租賃等，本工程可節省成本約22.27萬元。

7 結語

通過本工程對螺栓拉接式懸挑腳手架的綜合評估，以安裝精度及質量、穩定性、裝拆便捷性、工期要求、施工效率、環保及成本等為切入點，經安全可行性驗算、現場實際應用，得出此種綜合全優性的新型施工工藝更具安全保障、先進性、節能環保。通過深層挖掘該技術發現，其不但適用于現澆結構，也適用于預制樓板的裝配式建筑，解決了傳統懸挑腳手架在房建施工中的難點問題，在房建施工中有很強的實效性和推廣性。