超長型鋼懸挑三角組合支撐平臺的研制與應用

潘 成

(中鐵十四局集團建筑工程有限公司,山東 濟南 250000)

1 總體概況

1.1 工程概況

本工程主要依托位于北京市亦莊經濟技術開發區中鐵建開發的國際公館一標段項目,總建筑面積約8.5萬m2,共4棟預制率為41%的裝配式建筑,主體外墻除高層1層到3層為現澆結構,其余樓層全部為預制剪力外墻結構。

1.2 懸挑構件支撐概述

本工程涉及主要懸挑構件為6號住宅樓消防連廊位置。其結構形式為裝配式剪力墻結構,主體外圍護結構為預制剪力墻結構,地上18層、地下3層。造型為“L”走向,共設置5道消防連廊,分別位于主樓一段、二段的12層、16層以及三段的12層部位(見圖1)。

懸挑消防連廊為現澆結構,寬度為1.74 m,每段長度約為25.5 m,結構板板厚為120 mm,懸挑梁截面尺寸為200 mm×500 mm,200 mm×650 mm,200 mm×850 mm,連廊平臺板內邊距結構墻面最近處為1.46 m,最遠處為4.30 m。懸挑消防連廊結構示意圖見圖2,懸挑消防連廊結構立面圖見圖3[1-2]。

2 研發思路及技術方案確定

2.1 傳統技術方案

傳統的懸挑連廊支撐平臺多采用樓板錨固懸挑工字鋼+端部斜支撐工字鋼方式實現(如圖4所示)。此支撐系統多適用于懸挑連廊造型較為簡單,且有滿足支撐及懸挑工字鋼錨固板預留預埋的現澆結構段。但對于裝配式建筑施工懸挑連廊無法滿足此支撐方案的工字鋼錨固段的固定,特別是底部斜支撐工字鋼支撐點位無法滿足要求。

由于本工程懸挑連廊造型較為復雜,懸挑長度較長(最大墻距4.3 m),且外墻為裝配式預制剪力外墻結構,更無法滿足支撐用工字鋼底部的支撐錨固預埋工作[3-4]。

傳統懸挑連廊支撐架施工存在的缺點主要有以下幾點:

1)支撐工字鋼安裝就位困難。由于支撐工字鋼與懸挑工字鋼不能提前加工成型,需先安裝懸挑工字鋼后焊接支撐工字鋼,此方案施工危險性較大。

2)預留洞封堵質量隱患較大。對于穿外墻的懸挑工字鋼采取預留洞口穿墻固定的方式,此方式就是熟知的“槽鋼層”。由于預留洞口較小,在后期封堵過程中會存在較大質量隱患,如混凝土外觀質量問題、外墻滲漏質量問題等。

3)墻距較大懸挑部位方案優化難度較大。由于外墻立面造型不一致,會造成方案設計優化較為困難,特別是墻距較大的部位。按照懸挑1∶1.25計算錨固端與懸挑端的長度,會出現鋼材選型困難、安裝困難、拆除困難等一系列問題,造成過多安全及質量隱患。

綜合而言傳統的懸挑支撐平臺適用于造型簡單且懸挑位置較為接近外墻的結構,對于非傳統方式的澆筑及造型復雜的結構,此方案就不能有效的解決施工難題。

2.2 創新研發思路

項目技術團隊根據現場懸挑連廊的施工特點,集思廣益,結合本項目施工過程中應用的外防護架的工藝,研發一種懸挑式超長型鋼三角支撐架。

1)型鋼三角支撐外防護架底部采用高強螺栓進行有效固定,既解決了預制剪力外墻的預留預埋問題,又有效地提高了防護架穩定性(見圖5)[5-6]。2)項目根據現場凹廊處距離懸挑平臺外墻較遠的特點,思路是組建類似市政鋼箱梁懸挑加腋形式(如圖6所示)的平臺組件,即研發一種雙三角型鋼支撐架的組合一體的平臺體系。

根據設計思路項目會同專業廠家展開超長懸挑三角型鋼組件平臺的研制工作。

1)首先依據懸挑連廊的距墻尺寸確定采用的單片懸挑三角型鋼長度為4.3 m,每個平臺按照間距1.2 m設置三角型鋼(見圖7)。

2)對于凹廊處位置,采取橫向固定兩端預制剪力墻方式,端部采用2組高強螺栓組件與墻體兩側預制構件有效連接(見圖8)。

3)將確定好的三角型鋼和橫向固定組件焊接,其空間連接部位采用8號槽鋼作為組件支撐骨架相連接(見圖9),以保證此懸挑組件的緊固可靠。

支撐平臺現場施工圖見圖10。

3 技術關鍵節點要求

3.1 支撐平臺結構驗算

本支撐平臺結構驗算采用3D3S Design 2021.5(上海同磊土木工程技術有限公司)空間結構計算軟件。

首先根據GB 50009—2012建筑結構荷載規范中平臺上部架體相關荷載,初步分析架體各立桿傳至梁上的荷載值。以4.3 m架體荷載分布值為例(見表1)。

確定完成荷載后,采用空間結構計算軟件組建支撐架模型,整理完善模型幾何信息、計算參數、設計參數、材料信息、荷載組合等相關信息。

從線性內力、線性位移等進行計算,并得出架體桿件應力比限值分布圖(見圖11)、桿件驗算結果云圖:強度應力比(見圖12)、繞軸穩定應力比(如圖13所示)等相關信息,確保滿足結構安全要求。

3.2 安裝部位主體結構要求

6號住宅樓主體結構連廊部位下支撐位于裝配式預制剪力墻處,故安裝前應滿足主體結構穩定安全的前提之下進行平臺組建的安裝工作。

根據現場施工用灌漿料生產廠家提供的灌漿料配合比以及相應的規范要求,其安裝部位的預制剪力墻灌漿料需滿足如表2所示要求。

表2 灌漿料性能指標

綜上所述,根據灌漿料性能指標以及懸挑連廊部位的混凝土強度要求(10層—18層墻柱混凝土強度都為C30),同時考慮結構安全性能以及搭設要求,施工方案經論證后采取預制豎向構件灌漿完成后3 d,方可進行平臺整體安裝工作。但由于施工過程中的不利因素,比如人為因素、環境因素等對灌漿施工造成的影響,現場采取預留足夠灌漿漿料同條件試件(不少于7 d),隨時掌握豎向節點灌注料強度,并確定平臺安裝就位時間。

3.3 型鋼懸挑三角組合支撐平臺使用有關要求

1)預留預埋及安裝就位要求。裝配式墻體:在墻體生產前提前設置直徑30 mm預留洞用于穿墻螺栓安裝(見圖14)。

現澆墻體:在墻體鋼筋綁扎階段即按照預留預埋尺寸,在相應的節點預埋A30 PVC套管。固定方式采取與墻體預埋管線相同處理方案,即采用扎絲綁扎至墻體鋼筋側,對于節點不滿足則采用增加固定節點鋼筋方式來實現,同時為確保定位質量防止出現PVC管移位,可采用點焊方式進行有效固定。同時PVC套管應封閉兩段,避免混凝土漿料流入堵塞。

安裝就位:將墻體預埋螺栓位置洞口進行檢查確保洞口貫通。其次將三角組合鋼平臺片狀腳架吊裝就位,再將鋼平臺支撐用螺栓(A20,長度300 mm～350 mm)由外墻外部穿入預留孔洞中,并采用M20螺栓將三角托架進行固定,拉線找平。平臺三角型鋼支撐架頂部架體支撐點位采用C20鋼筋焊接至架體上,以確保支撐架體(扣件式腳手架)底部搭設穩固[7-8]。

2)平臺架體搭設要求。由于主體懸挑結構構件造型非線性平面,存在踏步板及平臺板,高差相差1.2 m,為保障平臺架體支設符合規范要求,此平臺架體搭設采用了扣件式鋼管腳手架支撐體系(見圖15)。

平臺架體搭設應充分考慮施工荷載及臨邊安全防護要求。平臺施工荷載按照規范要求最大限度進行設計驗算,確保平臺安全穩定。

型鋼懸挑三角支撐架體平臺架體搭設應嚴格落實方案要求,不得隨意更改要求[9-10]。

設計方案支撐架的搭設必須符合JGJ 162—2008規范等檢查標準要求,要符合相關文明標準化工地的有關標準。

架體搭設應依據現場實際進度進行安排部署,充分做好搭設及拆除前的各項準備工作,避免盲目施工。

3)平臺卸荷節點要求。此方案采用的支撐平臺架體充分考慮卸荷鋼絲繩設置,采用6×19+1直徑14 mm鋼絲線,確保平臺每片三角型鋼架體有卸荷鋼絲繩設置。卸荷鋼絲繩應與平臺三角型鋼架體進行有效的連接,避免松動確保受力拉緊,且與結構外墻、梁拉結牢固。轉角部位拉結做法與直角部位相同,在豎向預制構件上提前預留螺栓孔(見圖16)。

卸荷吊件是采用卡具與鋼絲繩組合,卡具為U型GD22型號。卸載吊件安裝完成后,要將緊固螺栓擰緊,避免松動。鋼絲繩應按照規范要求設置足夠安全彎,以便及時發現鋼絲繩受力情況。

4)平臺架體拉結要求。平臺架體在靠近墻體內側設置拉結點,根據懸挑構件標高要求,水平方向需設置1道～2道墻體拉結點。

當連墻件遇洞口時拉結:連墻件采用φ48×3.0 mm(鋼管依據現場情況設置,最低壁厚不應低于3.0 mm),其設置原則:腳手架或者建筑物應滿足規范要求(采用直角扣件相連)[11-12]。

當支撐架與剪力墻遇到有洞口位置時:采用如圖17所示連接方式。

當墻體無洞口時,應采取預留預埋方式或者后開洞方式進行設置。拉結點位預留洞直徑應大于50 mm,確保扣件式鋼管能插入墻體內,并能確保緊固在結構墻體上(一端采用雙扣件固定在結構墻體上,一端采用十字扣件與立桿相連接)。

連墻桿宜靠近主節點設置,偏離主節點的距離不大于300 mm,與架體內外側立桿連接。

4 安全監控要求

4.1 技術及驗收要求

1)此方案的型鋼懸挑三角支撐平臺為新技術、新工藝,按照危險性較大的分部分項工程施工要求,由項目部統一組織相關技術方案的專家論證工作,確保方案有效可行。2)型鋼懸挑三角支撐平臺進場后,應由項目技術負責人對安裝特種作業人員進行書面安全技術交底。并查詢相關鋼材的復試報告,以及焊接件的檢查報告。3)安裝后,項目技術負責人會同項目負責人依據專項施工方案組織安裝驗收,并報各參建單位進行聯合驗收,驗收合格后方可使用。

4.2 平臺使用要求

1)支撐平臺安裝及使用過程應采取專人專項負責制,由工長、技術員和安全員共同監督負責。全過程應有安全員進行監督管理檢查,確保使用符合方案設計要求。

2)支撐平臺施工階段,施工人員及項目管理人員應在作業時全面檢查架體安全,應確保無影響安全的各種不利因素,發現隱患后及時排查整改。在作業過程中應嚴格落實盯控制度,發現安全隱患及時停止作業,解決問題后方可正常施工作業。

3)作為懸挑構件混凝土澆筑過程中嚴禁使用天泵等帶有較強沖擊的澆筑方式,需采用吊裝機械配合料斗運輸澆筑,減小混凝土澆筑過程中對架體的沖擊。

4.3 拆除要求

1)拆除前應有項目技術負責人對拆除作業人員進行技術交底,并有安全監督人員和技術人員全程旁站。

2)組合支撐平臺拆除時應嚴格遵守規范要求,采取“由上而下,先搭后拆”的原則,順序拆除支撐架拉結桿、腳手板、斜支撐、剪刀撐等,再順次拆除頂板模板、立桿、水平桿等,安裝規范要求依次有序拆除。

3)三角型鋼支撐架應由專業人員拆除,并持證上崗,拆除應由連廊兩端往中間拆除,拆除過程中應在連廊底部設置安全鋼絲繩,確保人員操作安全繩懸掛穩定可靠。

5 結語

此平臺的技術方案構思、方案確認等各個環節都與相關技術企業進行有效溝通,開展多次的技術研討會議,并邀請系統內部權威專家進行指導,確保技術方案有效可行。同時在方案初步確認后,組織外部專家進行綜合論證,進而得到了全面的技術分析和研判,有效提升了方案的理論嚴謹性和可行性,為方案的全面實施奠定了堅實的理論依據。

在裝配式建筑技術不斷推廣的現階段,傳統的施工工藝已不能有效地滿足其施工生產的需要。此懸挑三角型鋼支撐組合平臺的研制,充分解決了裝配式建筑的懸挑構件特別是懸挑連廊的施工問題,同時也為傳統的全現澆結構建筑的懸挑構件支撐平臺提供一種全新高效的支撐模式,為此項技術的推廣提供了可靠的實踐依據。