裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺施工工法研究

余新樂YU Xin-le；江世堂JIANG Shi-tang；程卓CHENG Zhuo；籍夢JI Meng；楊攀YANG Pan；陳祖旭CHEN Zu-xu；董瑞DONG Rui

（武漢建工集團(tuán)股份有限公司，武漢 430056）

0 引言

為了提高裝配式建筑的施工速度，通常裝配式建筑的樓梯均采用預(yù)制樓梯。但裝配式建筑的預(yù)制剪刀梯吊裝難以與樓層結(jié)構(gòu)面同步施工，導(dǎo)致樓梯間存在洞口臨邊安全隱患，本層樓梯間模板施工無操作臺和無上下樓通道。因此，有必要研制一種裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺，以提高裝配式建筑剪刀式樓梯間的施工安全和施工速度。目前，裝配式建筑樓梯間多功能平臺的研究成果較多，但同時具備能支模、洞口臨邊防護(hù)和上下作業(yè)面的裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺研究較少。

本文結(jié)合裝配式建筑的預(yù)制剪刀梯吊裝難以與樓層結(jié)構(gòu)面同步施工的特點(diǎn)，武漢建工集團(tuán)股份有限公司熱電廠宿舍片地塊項(xiàng)目部成立課題小組，開展了裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺施工技術(shù)研究，總結(jié)出一種新型裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺施工工法，闡釋了該施工工法特點(diǎn)及其操作要點(diǎn)。該工法在熱電廠宿舍片地塊一標(biāo)段項(xiàng)目成功應(yīng)用，有效解決作業(yè)人員在裝配式建筑剪刀式樓梯間處支模、洞口臨邊防護(hù)和上下作業(yè)面的難題。

1 工法特點(diǎn)

1.1 制作簡單

本工法只有操作臺處的鍍鋅壓型鋼跳板采用燕尾釘固定，其他均為焊接，且可整體在現(xiàn)場加工棚完成生產(chǎn)后再直接吊入樓梯間投入使用。

1.2 使用功能豐富

該多功能平臺設(shè)置兩層支模操作臺，便于整個作業(yè)層區(qū)域的樓梯間處墻柱和預(yù)制樓梯牛腿梁的支模作業(yè)；高于作業(yè)層混凝土面上方設(shè)置有兩道水平防護(hù)，間距60cm 一道，距離樓梯間長度方向墻柱和寬度方向預(yù)制樓梯牛腿梁各30cm，確保作業(yè)人員開展臨邊作業(yè)的安全；中間位置布置有上下作業(yè)面的樓梯，為作業(yè)人員提供了上下作業(yè)面的通道；8 根可伸縮橫桿端部的底部均焊接有8cm 高的墊塊，確保平臺在使用過程中與預(yù)制樓梯無接觸。

1.3 使用安全性高

該多功能平臺的操作臺設(shè)置有兩道水平防護(hù)，間距60cm 一道[1]，確保操作人員支模的安全；底層的兩邊操作臺中間設(shè)置有翻板和掛板，提高作業(yè)人員上下作業(yè)面的通行安全性；操作臺采用鍍鋅壓型鋼跳板，有效攔截鋁模的銷釘銷片和混凝土等雜物，大大降低了在樓梯間上下人時被掉下的雜物擊中的可能性。

1.4 人工投入成本低

該多功能平臺二次搭設(shè)耗時0 分鐘，二次吊裝10 分鐘，二次移出10 分鐘，吊裝和移出只需要塔吊各起吊1次，1 名操作工人配合塔吊即可，且循環(huán)使用次數(shù)越高，成本越低。

1.5 施工作業(yè)效率高

該工法實(shí)施后，樓梯間處可同時提供人員上下樓通道和多工種施工作業(yè)平臺，相對常規(guī)施工工法，可使每個單元每層泥工封堵墻腳和柱腳節(jié)省1 個工，木工安裝和拆卸樓梯間模板節(jié)省0.4 個工，鋼筋工綁扎樓梯間墻柱鋼筋節(jié)省0.1 個工。

依據(jù)《河北省土地整治項(xiàng)目管理辦法》，對責(zé)任主體滅失的礦山廢棄地進(jìn)行修復(fù)綠化時，對適宜復(fù)墾的礦山廢棄地，實(shí)施土地復(fù)墾工程。復(fù)墾新增的耕地可用于耕地占補(bǔ)平衡，增加的建設(shè)用地指標(biāo)可調(diào)整到異地使用。此外，指標(biāo)流轉(zhuǎn)的收益可用于礦山環(huán)境恢復(fù)治理。在此過程中，將工礦廢棄地復(fù)墾與耕地占補(bǔ)平衡、土地轉(zhuǎn)用、項(xiàng)目資金整合等多方面政策結(jié)合，適用了相關(guān)政策和支持政策，整合了資金和力量，有效推進(jìn)了示范區(qū)建設(shè)進(jìn)程。

1.6 可周轉(zhuǎn)使用

該多功能平臺一次加工成型后，可施工裝配式建筑的預(yù)制樓梯采用剪刀梯的樓梯間，若樓梯間長寬凈空尺寸比本樓梯間大，可通過增加操作臺副板實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)使用。若樓梯間層高凈空尺寸比本樓梯間大或小，可通過增加臨邊防護(hù)實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)使用。

2 適用范圍

適用于裝配式建筑剪刀式樓梯間的施工。

3 工藝原理

3.1 平臺工作原理

本工法利用已完成施工的樓梯間牛腿梁為載荷體，用8 根可伸縮方管挑起平臺的自重和施工荷載，裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺主要由三大功能（能支模、能防護(hù)和能上下作業(yè)面）組成，BIM 模型示意圖如圖1 所示，功能一（能支模）由相互焊接的若干根方管和鍍鋅壓型鋼跳板通過燕尾釘固定組成，相互焊接的若干根方管組成功能二（能防護(hù)），功能三（能上下作業(yè)面）由兩根角鐵和花紋鋼板相互焊接組成，最上層踏步的花紋鋼板通過合頁與方管固定。三大功能通過相互焊接構(gòu)成裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺。

圖1 BIM 模型示意圖

3.2 平臺受力驗(yàn)算

在裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺初步設(shè)計(jì)完成后，為了準(zhǔn)確了解平臺在施工過程中的受力情況，采用有限元建模，并對其進(jìn)行合理簡化。在最不利條件為活荷載作用情況下，對多功能平臺的截面應(yīng)力比、最大位移、支座最大反力等進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果滿足安全和穩(wěn)定性要求[2]。

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

工藝流程如圖2。

圖2 工藝流程

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 設(shè)計(jì)

①使用功能的舒適性設(shè)計(jì)上，兩層支模操作臺距離樓梯間四周混凝土墻面為30cm，便于支模和多功能平臺吊裝；兩層支模操作臺寬度為40cm，二層支模操作臺距離底層支模操作臺凈高為2m[3]，最高一層踏步平面的標(biāo)高與作業(yè)完成面的混凝土標(biāo)高一致，滿足作業(yè)人員正常通行；②在使用功能的預(yù)制樓梯保護(hù)性設(shè)計(jì)上，8 根可伸縮橫桿端部的底部均焊接有8cm 高的墊片，底層兩邊操作臺中間翻板的端部焊接有直徑25 的鋼筋頭，確保平臺在使用過程中不接觸預(yù)制樓梯；③使用功能的安全性設(shè)計(jì)上，洞口臨邊和操作臺臨邊均設(shè)置兩道間距為60cm 的水平桿防護(hù)，踏步正下方處的二層操作臺的鍍鋅壓型鋼跳板滿鋪至踏步，確保平臺使用過程的防護(hù)安全；對平臺的截面應(yīng)力比、最大位移、支座最大反力等進(jìn)行驗(yàn)算，確保該平臺結(jié)構(gòu)安全可行。

4.2.2 生產(chǎn)

①按圖施工，避免平臺使用的舒適性受影響；②采取燕尾釘固定的鍍鋅壓型鋼跳板無松動，采取焊接連接的焊縫飽滿。

4.2.3 吊裝、使用和移出過程

①平臺的可伸縮橫桿在吊裝、使用和移出過程均要用插銷鎖定，避免可伸縮橫桿移動；②平臺起吊前，鍍鋅壓型鋼跳板上的銷釘銷片和混凝土等雜物必須先清理干凈，避免起吊過程雜物掉落。

5 材料與設(shè)備

5.1 材料

一個裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺所需主要材料見表1。

表1 一個裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺所需主要材料

5.2 設(shè)備

主要設(shè)備見表2。

表2 主要設(shè)備

6 質(zhì)量控制

本工法的質(zhì)量控制主要涉及臨邊防護(hù)、各焊接點(diǎn)的焊接位置和焊接質(zhì)量。

6.1 必須遵循的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》JGJ 80-2016；

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017；

《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB 50661-2011；

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50205-2020。

6.2 生產(chǎn)過程質(zhì)量控制

方管、角鐵、花紋鋼板和鍍鋅壓型鋼跳板完成下料后，管理人員先根據(jù)圖紙對各部分尺寸進(jìn)行檢查，避免因下料不滿足設(shè)計(jì)要求造成現(xiàn)場生產(chǎn)間斷和原材料浪費(fèi)；平臺焊接過程，及時對照圖紙要求檢查操作臺和防護(hù)的凈空尺寸，且全數(shù)檢查各焊接點(diǎn)的焊接質(zhì)量，確保平臺焊接一次成活。

7 安全措施

本工法的安全措施主要包括裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺本身的安全措施和使用該多功能平臺期間的安全措施。

7.1 本身的安全措施

各部分方管截面的大小選擇需經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算，焊縫連接需滿足驗(yàn)收規(guī)范要求；定期對平臺進(jìn)行防腐防銹。

7.2 使用期間的安全措施

平臺每次起吊前，平臺上的銷釘銷片和混凝土等雜物必須先清理干凈；平臺的吊裝、使用和移出過程均應(yīng)確?？梢苿由炜s橫桿處于鎖止?fàn)顟B(tài)；超過5 級大風(fēng)時靜止該平臺的起吊作業(yè)。

8 環(huán)保措施

提倡綠色施工，盡量使用施工現(xiàn)場的廢舊材料，如使用臨時建筑的殘料余料；平臺生產(chǎn)在施工現(xiàn)場的鋼筋加工棚內(nèi)作業(yè)，作業(yè)人員進(jìn)行平臺焊接時應(yīng)佩戴安全帽和手持防護(hù)面罩。

9 效益分析

9.1 經(jīng)濟(jì)效益

本施工工法與施工現(xiàn)場用“鋼管+熱鍍鋅壓型鋼跳板”搭設(shè)的常規(guī)施工工法相比，在使用安全性和減少人工投入方面均有較大提高，具體表現(xiàn)在：①平臺力的傳遞途徑是直接傳遞給樓梯間牛腿梁，平臺整體高度和有效寬度得到優(yōu)化，平臺發(fā)生側(cè)翻可能性大大降低；操作臺的踏板采用滿鋪并用燕尾釘固定，有效避免操作臺踏板出現(xiàn)踩空情況；②平臺無需二次搭設(shè)，二次吊裝和二次移出均只需1名操作工人用時10 分鐘即可完成，且無需額外搭設(shè)上下作業(yè)面樓梯架，就能實(shí)現(xiàn)三大功能（能支模、能臨邊防護(hù)和能上下作業(yè)面）；③該工法在樓梯間處就可提供人員上下樓通道和多工種施工作業(yè)平臺，相對常規(guī)施工工法，每個單元每層泥工封堵墻腳和柱腳可節(jié)省1 個工，木工安裝和拆卸樓梯間模板可節(jié)省0.4 個工，鋼筋工綁扎樓梯間墻柱鋼筋可節(jié)省0.1 個工；④平臺適用裝配式建筑的預(yù)制樓梯采用剪刀梯的樓梯間，當(dāng)裝配式建筑剪刀式樓梯間的長寬高凈空尺寸比本樓梯間大，可通過在多功能平臺操作臺上增加翻板和調(diào)整多功能平臺的防護(hù)實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)使用。

9.2 社會效益

本工法使裝配式建筑剪刀式樓梯間的臨邊安全得到顯著提高，提供了多工種操作臺和上下作業(yè)面通道，有效減少了人工投入，得到了工程參建主體的一致認(rèn)可，并有望在全國大范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用。

10 應(yīng)用實(shí)例

新建居住、公園綠地、復(fù)合公共停車場庫及供應(yīng)設(shè)施項(xiàng)目一標(biāo)段（熱電廠宿舍片地塊一標(biāo)段項(xiàng)目）。

本項(xiàng)目位于武漢市武昌區(qū)積玉橋，和平大道與新河后街交匯處。計(jì)劃開工日期為2020 年11 月10 日，計(jì)劃竣工日期為2023 年7 月27 日，施工總工期989 日歷天。

2#樓（33 層）為裝配式建筑，建筑面積29815.5m2，裝配率50.63%，分兩個單元，都為預(yù)制剪刀梯，樓梯間長寬高凈空尺寸為4820mm×2600mm×2900mm，兩個單元的樓梯間均應(yīng)用了裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺施工工法（見圖3 和圖4），因裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺無需二次搭設(shè)，平臺吊裝和移出時間大大縮短，且提升了泥工、木工和鋼筋工的施工效率，經(jīng)核算，相對常規(guī)施工工法，兩個單元可節(jié)省費(fèi)用87865.84 元（不考慮周轉(zhuǎn)使用），經(jīng)濟(jì)效益見表3。

表3 經(jīng)濟(jì)效益對比表

圖3 一單元使用效果

圖4 二單元使用效果

11 結(jié)語

本施工工法與傳統(tǒng)施工工法相比，有效解決作業(yè)人員在裝配式建筑剪刀式樓梯間處支模、洞口臨邊防護(hù)和上下作業(yè)面的難題，有望在全國大范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用。