裝配式超長外掛防護三角架應用技術

馬愛麗，靳樊華，孫夢楠

(濟南一建集團有限公司,山東 濟南 250132)

0 引言

裝配式建筑構件的工業化預制,能夠減少現澆混凝土墻體的質量通病,增加了構件的耐久性,且大幅減少施工現場人員高空操作時間,提高了施工人員的安全性,加快工期進度,較之傳統方式進度平均提高30%左右[1],符合國家綠色節能的建筑理念,因此建筑工業化、產業化是我國住宅建筑的大勢所趨。為提高裝配式建筑施工中門窗洞口超寬處外防護三角架體的搭設速度,縮短了施工工期,計劃采用裝配式超長外掛防護三角架進行施工過程外側周圍的安全圍護,并進行結構受力驗算及現場模擬試驗進行受力驗證。

1 超長外掛防護三角架構造設計

普通外掛架不得超過1 500 mm,裝配式超長外掛防護三角架最長可達2 550 mm。裝配式超長外掛防護三角架由三角形主架、角鋼平臺、木腳手板、鋼防護網等組成,每榀防護三角架兩端各采用一套三角形主架與鋪設其上的L50×3的角鋼平臺架體焊接成型,平臺上鋪設木制腳手板,外沿焊接鋼管防護網形成封閉操作平臺,并采用M8.8級高強螺栓通過預留孔與裝配式預制混凝土墻體進行連接。

1.1 三角形主架及超長角鋼平臺

三角形主架采用60 mm×30 mm×3 mm槽鋼焊接成型,三角形主架寬度為700 mm,貼墻固定的主槽鋼上端打孔,用以固定穿墻高強螺栓。角鋼平臺寬0.7 m、按最長跨度為2 300 mm,長度方向采用兩根間距700 mm的L50×3 mm角鋼做托架;寬度方向在角鋼托架之上設置間距300 mm的Φ14短鋼筋,與角鋼托架焊接成操作平臺。

1.2 腳手板

外掛防護三角形主架操作平臺上部滿鋪木制多層板15 mm厚,用電動手槍鉆將5號自攻絲與角鋼骨架固定牢固。

外掛防護三角形主架腳手板對接鋪設,接頭處設置短三級鋼鋼筋進行架體加強,兩榀架體水平間距小于50 mm。外掛防護三角架立面布置圖如圖1所示。

1.3 防護網

平臺外側立面防護網采用規格2 000 mm×1 500 mm的鋼網片,焊接固定在φ48.3 mm×3.6 mm鋼管護欄上,鋼管護欄附焊在平臺槽鋼上。兩榀架體端部應用鋼管及鋼板網進行封閉防護。

1.4 高強螺栓固定

在三角形主架的槽鋼上端打孔,使用M8.8級φ25 mm高強螺栓固定與主體結構連接。

2 超長外掛防護三角架搭設步驟

2.1 工藝流程

吊裝施工層預制墻體坐漿并安裝→復核預制墻板預留孔→拆除并吊裝下層外掛防護三角架→吊裝并安裝施工層外掛防護三角架。

2.2 復核外掛防護三角架預留孔

搭設外掛防護三角架前,復核墻體預制構件的預留孔洞進行清理,保證預留孔通順、預留位置正確;如有偏差,及時打孔調整,檢查無誤后,再進行外掛防護三角架的吊裝和安裝。

2.3 外掛防護三角架吊裝及安裝

外掛防護三角架預留眼清理調整→拆除下一層外掛防護三角形架體→吊裝本層外掛防護三角架→外掛防護三角架調試就位→安裝高強螺栓→螺栓初擰緊→外掛防護三角架微調→螺栓終擰安裝完成→驗收合格使用。

3 安裝質量驗收及安全防護要求

3.1 安裝質量驗收

1)每提升一層外掛防護三角架后應有安全人員驗收外掛防護三角架立桿垂直度偏差,合格后方能使用。

2)檢查事項:a.安裝前,檢查扣件是否松動,若松動及時擰緊再進行操作。b.檢查沖孔網與鋼管之間綁扎是否牢固,若出現松動馬上進行綁扎。c.檢查腳手板是否有脫落現象,發現及時處理。d.檢查腳手板的搭接情況,禁止其移位。e.檢查鋼管與三角架焊接的焊縫質量,有明顯裂紋時禁止下步操作,補焊;檢查三角架之間的焊縫是否符合要求。f.檢查螺栓預留孔周邊是否出現裂紋,如有裂紋應馬上更換三角架。g.檢查螺栓的強度,是否出現滑絲現象,及時更換不合格螺栓。檢查螺栓與結構連接數量、位置是否正確,連接是否牢固、有無松動現象。

3.2 安全防護

1)三角形防護架安裝時建筑物操作層臨邊四周無圍護結構時,必須設置三道1 500 mm高的防護欄桿。

2)外掛防護三角架安裝完成,其外側采用架管及防護沖孔網封嚴,與結構外墻間縫隙符合規范要求。三角架體底面跳板鋪設牢固嚴密,不得有探頭板。

3)防護三角架安裝驗收合格后,所有外側模板方可拆除,拆除三角掛架前將所有外墻模板及支撐拆除干凈。高處作業嚴禁拋擲物料。

4)防護三角架防護網有破損松動的及時修整及更換。

4 超長外掛防護三角架受力驗算

本計算書參考GB 50017—2020鋼結構設計規范、JGJ 202—2010建筑施工工具式腳手架安全技術規范,JGJ 130—2021建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范。外掛防護三角架示意圖如圖2所示。

4.1 超長外掛防護三角架計算參數

4.1.1 基本參數

按三角架縱向間距la最大為2 300 mm計算;外掛防護三角架寬度700 mm;超長外掛防護三角架采用[60 mm×30 mmm×3 mm厚槽鋼;連接采用M8.8級高強螺栓。與L50×3 mm的角鋼平臺焊接成一體,角鋼平臺長度2 300 mm,角鋼上焊接14的三級短鋼筋,鋼筋間距300 mm,形成平臺骨架,面層鋪設木模板,進行滿鋪。三角架鋼管外圍護架焊接鋼板網,鋼板網搭設高度1 500 mm。

4.1.2 荷載參數

防護用沖孔網自重為2.24 kg/m2,操作平臺采用木模板自重為0.20 kN/m2,施工均布荷載為0.8 kN/m2,L50×3 mm的角鋼2.05 kg/m,48.3 mm×3.6 mm鋼管3.968 kg/m,[60 mm×30 mm×3 mm厚槽鋼2.68 kg/m,直徑14 mm鋼筋1.208 kg/m。

4.2 超長外掛防護三角架計算

超長外掛防護三角架計算時,以按單跨三角架計算,按桁架結構模型,各桿件間按鉸接點計算。并將掛架上荷載轉化為集中力,進行計算結果合格,符合安全規范要求。

最長2 300 mm外掛防護三角架自重:

角鋼質量:2.05×2.3×2=9.43 kg。

三角架質量:2.68×2.38×2=12.76 kg。

鋼管及卡扣外防護架質量:(1.5×3+2.3×3)×3.968+2.5×3=55.74 kg。

防護用鋼板網自重為2.24 kg/m2。

鋼筋骨架:7.61 kg。

上人活荷載:0.8 kN/m2。

4.2.1 荷載計算

將荷載均轉化為面荷載進行計算:

1)操作人員荷載q1=0.8 kN/m2。

2)三角架、鋼筋骨架、角鋼、防護鋼管自重為:

q2=(12.76+7.61+9.43+55.74)×10/(1 000×2.3×0.7)= 0.53 kN/m2。

3)鋼板網自重q3=1.5×2.3×2.24×10/(1 000×2.3×0.7)=0.048 kN/m2。

4)面板自重q4=0.200 kN/m2。

5)總荷載q=1.2×(q2+q3+q4)+1.4×q1=2.05 kN/m2。

4.2.2 計算簡圖

計算時考慮最不利情況,即荷載的分布偏于外掛防護三角架外側時,單位面積上的荷載化為節點集中荷載,P=q×0.7×2.3/2=1.65 kN。

4.2.3 桿件內力計算

以最不利的情況桿件內力進行強度校核,計算過程及結果如下:

1)掛架的支座反力:

RAV=P1=1.65 kN;RAH=RBH=P1=1.65 kN。

2)各桿件的軸向力計算,用截面法,求出桁架中各桿件的軸向力。

根據桁架各桿件的幾何關系可知:

θ=arctan(H/l)=45.0°。

S1=P1=1.65 kN(拉桿)。

S2=-P/sinθ=-2.33 kN(壓桿)。

S3=-RBH/sinθ=2.33 kN(拉桿)。

3)截面強度驗算:

對于①桿件,桿件承受拉力,S1=1.65 kN,采用的材料為槽鋼,截面面積為A=3.42 cm2。

考慮到桿件之間連接的焊縫有一定的偏心,其容許內力乘以0.95的折減系數。

σ=S1/A=1 650/342=4.82 N/m2<0.95f=0.95×215=204.250 N/m2。

桿件材料的強度能夠滿足要求。

對于②桿件,桿件承受壓力,其最大內力S3=2.33 kN,采用的槽鋼截面面積為A=3.42 cm2。

桿件材料的長細比λ=l0/i=54.49<[λ]=150。

σ=2.33/(φ×A)=7.6 N/m2<0.95f=0.95×215=204.250 N/m2。

故②桿件在強度和容許長細比方面均滿足要求。

對于桿件③,桿件承受拉力,S3=2.33 kN,采用的材料槽鋼截面面積為A=3.42 cm2。

桿件材料的受拉應力為:

σ=S3/A=2 330/342.00=6.81 N/m2<0.95f=0.95×215=204.250 N/m2。

桿件材料的強度能夠滿足要求。

桿件的計算長度為:l0=H=0.7×700=490 mm。

材料的長細比λ=l0/i=26.97<[λ]=400。

4.2.4 焊縫強度驗算

取腹桿中內力最大的桿件S3進行計算,S3=2.33 kN。

σ=2.33×1 000/(60×2.1)=18.49 N/m2<160 N/m2。

焊縫的強度符合規范要求。

4.2.5 支座強度驗算

1)支座A采用φ25掛架螺栓強度等級為8.8。

Nt=RAH/A=
1 650/490.625=3.37 N/m2<800.000 N/m2。

螺栓的受拉應力符合規范要求。

對掛架螺栓受剪驗算:

Nv=RAv/A=1 650/490.625=3.37 N/m2<640.000 N/m2。

螺栓的受剪應力符合規范要求。

對于同時承受桿軸方向拉力和剪力的普通螺栓,將數據代入公式計算得到0.062 0<1,螺栓的綜合應力滿足要求。

2)支座處混凝土的局部受壓驗算。

σ=RAH/A=1 650/10 000.00=0.165 N/m2

混凝土的承載力符合安裝掛架時規范要求。

5 裝配式超長外掛防護三角架現場模擬受力試驗

5.1 現場模擬超長外掛防護三角架受力試驗方法

現場采用2根工字鋼作為支撐和配重,再逐漸加47 kg 配重進行試驗,模擬外墻掛架上部操作平臺以及外部防護情形(見圖3)。

本模擬試驗采用的配重:6 m 18號工字鋼2根,24.1×6×2=289.2 kg。

7塊47 kg標準配重塊的質量:7×47=329 kg。

2個三角架的質量:2×2.68×2.38=12.76 kg。

總質量為289.2+329+12.76=630.96 kg。

630×10/1 000=6.3 kN,則一個三角架承擔的重量為P1′=3.15 kN。

因P1′=3.15 kN大于《外墻掛架施工方案》中的計算總荷載P1=1.65 kN,若試驗后架體保存完好,功能使用正常,并未出現彎曲斷裂情況,則證明三角架能夠承擔荷載,符合現場施工要求。

5.2 現場模擬超長外掛防護三角架試驗過程

1)安裝架體;2)增加荷載;3)加載完成后觀察測量架體變形情況;4)加載完成。

5.3 超長外掛防護三角架模擬試驗記錄

模擬試驗記錄表見表1。

表1 模擬試驗記錄表

5.4 超長外掛防護三角架模擬試驗結果及結論

1)試驗結果:從試驗的記錄過程以及試驗的后期情況,可以看出裝配式混凝土超長外掛防護三角架加載完成后變形符合規范要求,架體功能正常,并未出現架體的扭曲或斷裂情況。

2)試驗結論:在大于本工程荷載的情況下,架體能夠保持力學性能未受到破壞。因此在試驗的證明下,本方案設計的裝配式混凝土結構超長外掛防護三角架滿足施工要求,能夠保證安全性能。

6 結語

設計一種適用于裝配式混凝土結構外墻圍護施工的裝配式超長外掛防護三角架,并進行結構受力驗算及現場模擬試驗,試驗及驗算結果符合設計及施工要求。裝配式超長外掛防護三角架具有安全性好、質量輕、易安裝、周轉使用率高等優點,在和平大院及融匯城·錦繡里三期房地產開發項目中成功應用,有效提高了施工效率,并可在同類型工程中推廣使用,具有廣闊的發展應用前景。