新型懸挑腳手架在高層建筑中的應用研究

田玉濤 （中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250000）

隨著城鎮化進程的加速和建筑技術的不斷發展，城市中修建了大量的高層建筑，為高層建筑提供安全、高效、便捷的施工腳手架成為一個亟待解決的問題[1]。傳統的腳手架類型，如扣件式鋼管腳手架、門式腳手架等，雖然具有一定的穩定性和承載能力，但是無法適應不規則表面的高層建筑、超高層建筑的施工，且其安裝和拆卸過程比較煩瑣、穩定性差，需要大量的人力和時間，而且容易受到天氣和環境的影響[2]。在眾多腳手架類型中，懸挑腳手架是一種將腳手架支撐結構懸掛在建筑結構外部的腳手架類型，具有安裝簡單、拆卸方便、穩定性高等優點，不需要占用建筑內部空間，同時能提供寬闊的作業面，便于施工操作。花籃螺栓懸挑腳手架通過使用高強度鋼材料制造的懸挑梁和支撐桿，以及獨特的花籃螺栓連接方式，顯著提高了腳手架的整體穩定性和承載能力[3]。此外，花籃螺栓的獨特設計使得安裝和拆卸過程更加簡便、快捷，大大節省了施工時間。

本文以商河縣許商綜合片區（七期）棚改舊改A區項目為研究對象，提出花籃螺栓懸挑腳手架施工工藝，并對腳手架體系進行了結構內力、變形和穩定性分析，提出了相應的施工技術要點。

1 工程概況

商河縣許商綜合片區（七期）棚改舊改A區項目為改善商河縣老城區棚戶區和城中村的生活條件的重大民生工程，項目位于濟南市商河縣新莊街以北、青年路以南，如圖1所示。工程所在地屬大陸性暖溫帶半濕潤季風氣候，年降水量600mm 左右。安置房建設全部是按照商品房的標準，在黃金地段核心地塊上，用最好的建筑材料，戶型設計合理。其中A3地塊建筑面積達到93251.01m2，均采用框架剪力墻結構，其余建筑基本參數見表1。項目建設單位為商河城鎮開發置業有限公司，設計單位為山東華僑建筑設計有限公司，施工單位為中鐵十四局集團有限公司，監理單位為濟南中建建筑設計院有限公司。通過分析可知，建筑各單體工程陽臺多，結構懸挑部位多，受力復雜，使得腳手架節點處理較難，同時建筑結構外形不規則，陰陽角較多，懸挑主梁布置難度大。

表1 建筑基本參數

圖1 項目建設效果圖

2 新型懸挑腳手架的計算

2.1 新型懸挑腳手架的基本設計條件

針對建筑物腳手架工程面對的難題，研究提出花籃螺栓懸挑架施工技術，如圖2所示。

圖2 花籃螺栓懸挑架節點構造

根據施工工況的不同，花籃螺栓懸挑架的工字鋼懸挑長度分為3種，分別為1300mm、2000mm、3100mm，懸挑腳手架的設置參數見表2。

表2 懸挑腳手架的設置參數

懸挑腳手架的計算以最不利工況為例，即工字鋼懸挑長度為3100mm，懸挑腳手架的平面圖和立面圖如圖3所示。懸挑主梁離地面高度為42m，懸挑方式為普通主梁懸挑，主梁間距為850mm，懸挑主梁與建筑物采用錨固螺栓連接，主體建筑物樓板或梁混凝土的強度等級為C30，工字鋼懸挑梁采用2 個支點進行上拉，支點1 和支點2 距離主梁外錨固點水平距離分別為1750mm、2650mm。

圖3 懸挑長度為3100mm腳手架平面圖和立面圖

腳手架荷載設計參數見表3。懸挑工字鋼主梁的材料特性見表4。

表3 腳手架荷載設計參數

表4 懸挑工字鋼主梁的材料特性

2.2 懸挑工字鋼梁內力和變形驗算

根據腳手架荷載，由圖3（a）中懸挑梁的作用點號，可以得到各排立桿傳遞至梁上的荷載，懸挑工字鋼梁的受力平衡分析圖如圖4所示。

圖4 懸挑工字鋼梁的受力平衡分析圖

由此可得懸挑工字鋼梁的彎矩圖、剪力圖和撓度圖[4-6]如圖5所示。

圖5 懸挑工字鋼梁的內力和變形計算結果

計算結果表明，工字鋼梁的最大彎矩為2.71kN·m，最大剪力為14.545kN，最大撓度為0.247mm，驗算懸挑工字鋼梁的正應力、剪應力和撓度，如式（1）～式（3）所示，驗算結果符合要求[7]。

2.3 上拉桿強度驗算

上拉桿采用直徑為20mm 的HRB400鋼筋，截面面積為3.14cm2，彈性模量為206000MPa，軸銷采用45 號鋼，軸銷直徑為20mm，抗剪強度容許值為125MPa。

上拉桿件角度計算如式（4）～式（5）所示。

上拉桿件支座力計算如式（6）～式（7）所示。

主梁軸向力設計值計算如式（8）～式（9）所示。

上拉桿件軸向力計算如式（10）～式（11）所示[8]。

由此可以得到上拉桿件的最大軸向拉力設計值為NS= max[NS1,NSi]= 25.127kN

軸心受拉穩定性計算為σ=NS/A= 25.127×103/314.2 = 79.97MPa ≤f= 205MPa，驗算符合要求。

2.4 上懸挑主梁整體穩定性驗算

主梁軸向力如式（12）所示。

壓彎構件強度如式（13）所示。

式中γ為塑性發展系數。

受彎構件整體穩定性分析時，φb為均勻彎曲的受彎構件整體穩定系數，根據《鋼結構設計標準》得φb=2，由于φb大于0.6，根據GB 50017-2017《鋼結構設計標準》附表C，得到φb'=0.93，得到懸挑工字鋼整體穩定性系數如式（14）所示[9]。

驗算表明懸挑工字鋼整體穩定性符合要求。

3 新型懸挑腳手架施工技術

花籃螺栓懸挑架搭設施工技術分為13 步，其技術流程如圖6所示，控制要點如圖7所示。

圖6 花籃螺栓懸挑腳手架施工流程

圖7 花籃螺栓懸挑腳手架施工控制關鍵點

4 結語

以商河縣許商綜合片區（七期）棚改舊改A區項目為研究對象，提出花籃螺栓懸挑腳手架施工工藝，并對腳手架體系進行了結構內力、變形和穩定性分析，提出了相應的施工技術要點，得到以下結論：

（1）懸挑腳手架最不利工況計算表明，懸挑工字鋼梁的正應力σmax=26.06MPa、剪應力τmax=23.318MPa、撓度νmax=0.247mm；上拉桿件的最大軸向拉力設計值為NS=25.127kN，軸心受拉穩定性計算為σ=79.97MPa≤f=205MPa；懸挑工字鋼整體穩定性系數0.13，均滿足驗算要求。

（2）花籃螺栓懸挑架搭設施工技術分為13步，并針對預埋件安裝、懸挑主梁安裝、縱橫水平桿安裝和上斜拉桿及連墻件安裝4 個關鍵控制要點提出了相應的措施，有效保障了花籃螺栓懸挑架的施工質量。