姜傳庫 段 明 白光輝
工程概況:長(zhǎng)青大廈位于北京燕莎。本工程主體為框架剪力墻結(jié)構(gòu),5-19層為標(biāo)準(zhǔn)層,標(biāo)準(zhǔn)層層高均為3.3m,1層6.9m、2-4層4.5m、20-23層3.8m。建筑總標(biāo)高均為98.1m。
施工單位:中建一局第三建筑工程公司
施工要求:建筑中央大廳從第五層一直到頂部是14.9米×21米的高空天井,有三面要做結(jié)構(gòu)柱子的貼磚裝修,另一面為墻面做浮雕裝飾,從第五層開始搭設(shè)電動(dòng)施工平臺(tái),每面兩臺(tái)機(jī)組及立柱,共搭設(shè)8臺(tái)電動(dòng)施工平臺(tái),滿足貼磚及浮雕的裝修工作。還要完成頂部采光棚的裝修工作。

電動(dòng)施工升降平臺(tái)是公司從西班牙引進(jìn)的大型自升降式高空作業(yè)平臺(tái)。它可替代鋼、竹、木等腳手架,用于高空施工,尤其適用于幕墻、涂料、砌筑等外墻裝修。亦可用于其他高空作業(yè),外墻翻新、幕墻清潔和維修等。
電動(dòng)施工升降平臺(tái)是一種靠齒輪、齒條傳動(dòng)的升降機(jī)械,有著非常可靠的電氣和機(jī)械安全系統(tǒng),它可隨著建筑物的升高而自行升高,平臺(tái)可根據(jù)需要而加長(zhǎng)或縮短。施工升降平臺(tái)在安裝、使用時(shí)不用預(yù)制基礎(chǔ),移動(dòng)時(shí)只需拆除部分立柱和附墻,通過底部的輪子很方便地更換作業(yè)地點(diǎn)。

電動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

①適用范圍廣,可用于各種結(jié)構(gòu)外墻裝修、翻新及清理;
②具備防外傾及良好的導(dǎo)向功能;
③每套提升機(jī)位安裝手動(dòng)和自動(dòng)啟動(dòng)安全防墜裝置;
④操作方便快捷;
⑤安全可靠。
由于本工程建筑中央大廳從第五層一直到頂部是14.9米×21米的高空天井,除了有三面要做結(jié)構(gòu)柱子的貼磚裝修,另一面為墻面做浮雕裝飾以外,本工程的一個(gè)裝修難點(diǎn)是頂部采光棚要做裝飾工程,從第五層樓面到頂部采光棚近70米高,必須在頂部高空位置給裝修人員提供一個(gè)安全可靠的施工平臺(tái),如果按普通的滿堂架腳手架方案,從第五層樓面,一直搭設(shè)到頂層,所需腳手架數(shù)量較大,差不多需要200多噸,并且搭設(shè)時(shí)間長(zhǎng),滿足不了工期要求。為了既能滿足施工進(jìn)度要求,同時(shí)又能保證施工人員安全,結(jié)合電動(dòng)施工平臺(tái)的自身特點(diǎn),設(shè)計(jì)了以下桁架施工平臺(tái)的方案。
根據(jù)工程平面圖,本工程共設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)單元8套,及采用雙柱式電動(dòng)施工平臺(tái)4臺(tái),根據(jù)施工裝修順序:先進(jìn)行頂部采光棚的裝修施工,然后再進(jìn)行三面貼磚,一面做浮雕的裝修施工。
(1)由于本次施工在5層以上搭設(shè)平臺(tái),所以要在5層以下的設(shè)備層里,電動(dòng)平臺(tái)相應(yīng)的基礎(chǔ)位置搭設(shè)腳手架支撐卸荷。腳手架位置及搭設(shè)方法見設(shè)備層腳手架支撐平面布置圖。

設(shè)備層腳手架支撐平面布置圖
(2)在第5層放置施工平臺(tái)底座調(diào)整好水平度,施工平臺(tái)底座放置的位置按設(shè)計(jì)要求要在設(shè)備所搭設(shè)腳手架位置的上方。平臺(tái)距施工墻面距離為安全距離300MM。施工平臺(tái)位置見電動(dòng)施工平面布置圖,為了便于頂部采光棚裝修,需要在電動(dòng)施工平臺(tái)上搭設(shè)一供人員操作的桁架施工平臺(tái)。
本結(jié)構(gòu)總標(biāo)高為98.1m。平臺(tái)立柱距支撐底座4M開始附著附墻桿,以后每?jī)蓪舆M(jìn)行一次附著。
施工平臺(tái)安裝流程:

電動(dòng)升降平臺(tái)施工平面布置圖

由于電動(dòng)施工平臺(tái)可能會(huì)向外傾覆,所以必須及時(shí)安裝附墻件。附墻在立柱上安裝附墻框,通過膨脹螺栓將附墻桿固定在結(jié)構(gòu)上,再用直角扣件將附墻桿和附墻框固定。


附墻件:

扭矩值:
3、桁架平臺(tái)的設(shè)計(jì)
電動(dòng)平臺(tái)安裝完成后,將平臺(tái)下降至第五層樓面,開始組裝桁架平臺(tái),利用在已搭設(shè)的電動(dòng)施工平臺(tái),在21米長(zhǎng)方向的4臺(tái)機(jī)組的平臺(tái)三角梁上,用Φ48鋼管搭設(shè)1米高的桁架平臺(tái),搭設(shè)完成后通過電動(dòng)施工平臺(tái)將Φ48鋼管搭設(shè)的桁架平臺(tái)按要求逐步提升至頂部,每邊用6根共12根鋼絲繩將桁架平臺(tái)固定卸荷,鋼絲繩固定在頂部環(huán)梁上,然后再在桁架平臺(tái)上用Φ48鋼管及鋼管扣件搭設(shè)上部操作平臺(tái),施工人員在操作平臺(tái)上完成頂部采光棚的裝修施工。桁架平臺(tái)具體設(shè)計(jì)方案如下:
(1)桁架平臺(tái)的方案設(shè)計(jì):桁架平臺(tái)設(shè)計(jì)分主梁次梁,主梁用Φ48鋼管及Φ22螺紋鋼焊接成,見主梁設(shè)計(jì)圖,主梁與電動(dòng)施工平臺(tái)三角梁通過焊接兩個(gè)角鋼,卡在平臺(tái)三角梁上,焊接位置留有50mm間隙,既起到限位作用又留有一定調(diào)節(jié)量 (見節(jié)點(diǎn)大樣圖B)。

主梁桁架設(shè)計(jì)圖

主梁設(shè)計(jì)圖
所有焊接部位要求滿焊,主梁鋼管對(duì)接時(shí),內(nèi)部加Φ38×800MM內(nèi)芯管焊接接頭處下部焊接Φ22×400MM螺紋鋼,主梁間距1.5米左右,共設(shè)置12根主梁,主梁高度1米。每片主梁理論重量335Kg(鋼管壁厚按3.5mm計(jì)算),主梁共重:4020Kg,次梁用Φ48鋼管通過鋼管扣件與主梁搭設(shè)成一體形成一個(gè)桁架平臺(tái),次梁長(zhǎng)度方向鋼管搭接用不少于4個(gè)扣件連接,次梁的上下鋼管之間用48鋼管焊接,次梁間距每1.8米一片,共六片,每片次梁約重320Kg,次梁共重:1920Kg,短斜桿及密目安全網(wǎng)重量約200Kg,整個(gè)桁架平臺(tái)計(jì)算理論重量是6140Kg,兩側(cè)雙柱電動(dòng)平臺(tái)允許荷載是7200Kg,滿足電動(dòng)平臺(tái)荷載要求。 (雙柱電動(dòng)平臺(tái)允許荷載是36KN,見電動(dòng)平臺(tái)技術(shù)參數(shù))
桁架施工平臺(tái)搭設(shè)完成后,在其下部必須搭設(shè)密目安全網(wǎng)。
(2)桁架平臺(tái)在五層樓面搭設(shè)完成以后,要求做靜載實(shí)驗(yàn):按設(shè)計(jì)要求,荷載應(yīng)該不小于100Kg/m2具體靜載實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果:在桁架平臺(tái)的中心位置(此位置是桁架平臺(tái)受力最不利的位置)用腳手板搭設(shè),在18平米見方的面積上放置2000Kg的水泥袋,局部架體最大變形量不到20mm,整體桁架平臺(tái)無變形。
(3)靜載實(shí)驗(yàn)完成后,要進(jìn)行提升實(shí)驗(yàn),進(jìn)行提升時(shí),現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁無關(guān)人員在平臺(tái)底部及平臺(tái)上,只有兩名操作人員分別在兩側(cè)電動(dòng)平臺(tái)架上操作控制箱進(jìn)行提升,要求兩名操作人員系好安全繩,安全繩必須與建筑結(jié)構(gòu)牢固連接。
桁架平臺(tái)提升的同步控制方法:①同一側(cè)的兩臺(tái)機(jī)組設(shè)備本身有同步調(diào)平裝置,通過電機(jī)的行程開關(guān)來保證同一側(cè)的兩臺(tái)機(jī)組同步提升,如果同一側(cè)的兩邊電機(jī)高低差大于100mm,高邊的電機(jī)會(huì)自動(dòng)停止,待低邊的電機(jī)上升到位后再提升。②兩側(cè)對(duì)面的平臺(tái)通過設(shè)置調(diào)平水管的方法,通過操作人員的觀察來調(diào)節(jié)提升時(shí)同步性,具體方法是:在每側(cè)電動(dòng)平臺(tái)上,設(shè)置一根注滿水的U型透明水管,U型水管兩邊做好刻度標(biāo)記 (桁架調(diào)平水管設(shè)置方案圖),操作人員在提升時(shí)觀察U型水管兩邊做好的刻度標(biāo)記,當(dāng)水面超過刻度值時(shí),操作人員及時(shí)調(diào)整。

桁架調(diào)平水管設(shè)置方案圖
(4)桁架平臺(tái)正式提升前,要在一個(gè)層高的范圍內(nèi)上下進(jìn)行提升實(shí)驗(yàn),提升實(shí)驗(yàn)完成后,必須檢查桁架主梁與電動(dòng)平臺(tái)三角梁連接處有無變形情況,檢查主梁次梁有無變形情況,檢查電動(dòng)平臺(tái)三角梁與立柱導(dǎo)向是否正常,檢查電機(jī)是否過熱 (判斷是否超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn))。如果以上檢查均正常視為提升實(shí)驗(yàn)合格。
(5)桁架平臺(tái)提升實(shí)驗(yàn)合格后方可正式進(jìn)行提升,現(xiàn)場(chǎng)提升過程中要有現(xiàn)場(chǎng)指揮、安全主管、技術(shù)主管等主要負(fù)責(zé)人在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督,若出現(xiàn)異常情況應(yīng)馬上停止提升,確認(rèn)問題解決后,方可繼續(xù)提升。
(6)桁架平臺(tái)提升至指定的位置后,應(yīng)馬上用斜拉鋼絲繩將桁架平臺(tái)進(jìn)行固定卸荷,保證每根鋼絲繩拉緊受力,斜拉鋼絲繩穿過上部環(huán)梁,鋼絲繩錨固方法見具體大樣圖。

桁架平臺(tái)通過左右兩套電動(dòng)平臺(tái)同步望上提升

桁架平臺(tái)提升至指定的位置后,用鋼絲繩拉結(jié)卸荷

鋼絲繩錨固節(jié)點(diǎn)圖
(7)桁架平臺(tái)提升到位后,通過鋼管將桁架平臺(tái)與結(jié)構(gòu)柱子進(jìn)行拉接固定,然后再在桁架平臺(tái)上搭設(shè)人員上部操作平臺(tái)。
(8)上部操作平臺(tái)的搭設(shè)要求:操作平臺(tái)用Φ48鋼管及鋼管扣件搭設(shè),立桿間距不大于1.5米,立桿必須與主梁上下兩根鋼管扣接,橫桿步距不大于1.5米,同時(shí)按照扣件式鋼管腳手架規(guī)范要求搭設(shè)剪刀撐。操作面鋪設(shè)腳手板。

(9)操作人員及施工荷載要求:上部操作平臺(tái)只允許施工人員進(jìn)入,施工人員進(jìn)入操作平臺(tái)時(shí)要求系好安全繩,安全繩固定好后方可進(jìn)行裝修工作,操作平臺(tái)上不得放置施工材料等其它重物,要求操作平臺(tái)上施工荷載不得大于100Kg/m2
(10)桁架平臺(tái)的拆除方法:頂部采光棚的裝修工程完成后,先將上部操作平臺(tái)架子拆除,然后解除桁架平臺(tái)與柱子的固定約束,拆除斜拉鋼絲繩,檢查桁架平臺(tái)與周圍建筑無約束后,按照以上桁架平臺(tái)提升的要求將桁架平臺(tái)逐步下降至第五層樓面上。
(11)在第五層樓面上拆除桁架平臺(tái),然后用電動(dòng)施工平臺(tái)準(zhǔn)備進(jìn)行三面柱子貼磚及一面墻面浮雕的裝飾工程。

工程名稱:北京長(zhǎng)青大廈附著式電動(dòng)施工平臺(tái)
1.非施工狀態(tài)下
該操作平臺(tái)如上圖所示,它是采用鋼管和鋼管扣件組合而成的一個(gè)桁架結(jié)構(gòu) (主梁為焊接,次梁搭接),在非施工狀態(tài)下,取一片主梁進(jìn)行驗(yàn)算,受力簡(jiǎn)圖如下:


F和q計(jì)算如下:
主梁鋪設(shè)間距為1.5m,共12排,次梁鋪設(shè)間距為1.6m,共8排。
腳手板重量按0.35KN/m2,Φ48×3.5鋼管自重取0.0384KN/m。
(1)次梁和立桿自重
主梁鋪設(shè)的間距為1.5m,其上承受了次梁和立桿的自重,立桿長(zhǎng)度5.0m,所以:
F1= (1.5m×2根+5.0m×1根)×0.0384KN/m=0.3KN
(2)鋼管扣件自重
每個(gè)點(diǎn)4個(gè)直角扣件、2個(gè)旋轉(zhuǎn)扣件,所以有:
F2=4×0.0132+2×0.0146=0.082
所以作用于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的集中荷載為:
F=F1+F2=0.38KN
(3) 主梁自重
主梁斜支撐桿采用的是Φ22螺紋鋼,焊接在上下弦桿上,自重為0.029KN/m,長(zhǎng)度取2.1m,共9根,主梁上下弦桿采用的是Φ48鋼管,焊接重量取0.18KN,即:
(14.4×2×0.0384)+(2.1×9×0.029)+0.18=1.83KN
轉(zhuǎn)換成線荷載q=1.83/14.4=0.13KN/m
桁架內(nèi)力計(jì)算:
由以上受力簡(jiǎn)圖和F值可求得該桁架的節(jié)點(diǎn)受力圖為:

桁架各桿件所受的軸力圖為:

由上圖可知,上弦桿所受的最大壓力為Nmax=8.37KN,以此作為驗(yàn)算對(duì)象,該上弦桿采用的是Φ48×3.2鋼管,Φ48×3.2鋼管截面特性如下:
A=4.5cm2, ix=15.87mm
a.長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算:

b.桿身穩(wěn)定計(jì)算:

所以該壓桿穩(wěn)定性滿足要求!
桁架撓度計(jì)算:
把該主梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁,如下圖所示:

該主梁截面如右圖所示:
對(duì)Φ48×3.2鋼管,


A=4.5cm2,對(duì)于該組合截面:慣性 距 I= (11.35+4.5×402) ×2=14422.7cm4
a)在均布荷載q作用下?lián)隙扔?jì)算:

b)在集中力F作用下?lián)隙扔?jì)算:
集中力F均分為9跨,即n=9,所以:

總的撓度為: 2.45+3.5=6mm<l/500=28mm
滿足要求!
2.施工狀態(tài)下
桁架架體在施工狀態(tài)下,通過12道斜拉鋼絲繩卸荷到結(jié)構(gòu)上,鋼絲繩采用環(huán)抱結(jié)構(gòu)梁的方法進(jìn)行錨固,此時(shí)桁架架體兩端脫離電動(dòng)施工平臺(tái)橫梁,完全由12道斜拉鋼絲繩進(jìn)行卸荷。
(1)鋼絲繩驗(yàn)算
鋼絲繩拉結(jié)如下圖所示:

受力簡(jiǎn)圖為:

使用工況下,在桁架平臺(tái)上搭設(shè)了上層工人操作平臺(tái),該操作平臺(tái)由鋼管扣件搭設(shè),立桿上加了4道橫桿和縱桿,這些荷載通過立桿傳遞到主梁上,施工活荷載取1KN/m2,荷載統(tǒng)計(jì)如下:
后搭鋼管架自重: (11.5m×12+16.6m×8)×4×0.0384=41.6KN
施工活荷載: 11.5×16.6×1=190.9KN
腳手板自重: 11.5×16.6×0.35=66.8KN
由前面統(tǒng)計(jì)可知桁架平臺(tái)自重為:60KN
所以每根鋼絲繩承受的豎向荷載為:
(41.6+190.9+66.8+60)/12=29.9KN
鋼絲繩與大橫桿之間的夾角為60°,所以鋼絲繩所受的拉力為:
F拉=29.9/sin60°=34.5KN
選Φ15.5、 6×19, 公稱抗拉強(qiáng)度=1961N/mm2的鋼絲繩進(jìn)行卸荷,該鋼絲繩的鋼破斷拉力為175KN,在實(shí)際施工過程中,每根鋼絲繩纏2道進(jìn)行卸荷,即每道鋼絲繩為雙倍破斷力,即350KN。
為了安全考慮,乘于8倍的安全系數(shù),即8×F拉=276KN<350KN
所以所選鋼絲繩的破斷拉力滿足要求。
(2)桁架平臺(tái)主梁驗(yàn)算
由于在施工狀態(tài)下,桁架平臺(tái)卸荷到12根鋼絲繩上,此時(shí)桁架架體兩端脫離電動(dòng)施工平臺(tái)橫梁,完全由12根鋼絲繩承擔(dān)架體的荷載,取一片桁架進(jìn)行計(jì)算,受力簡(jiǎn)圖如下所示:

在施工狀態(tài)下的荷載統(tǒng)計(jì)如下:
施工活荷載: 11.5×16.6×1=190.9KN
腳手板自重: 11.5×16.6×0.35=66.8KN
立桿上加了4道橫桿和縱桿,這些荷載通過立桿傳遞到主梁上,后加鋼管架自重:
(11.5m×12+16.6m×8) ×4×0.0384=41.6KN
共有12×8=96個(gè)節(jié)點(diǎn)承受這些荷載,每個(gè)節(jié)點(diǎn)為(190.9+66.8+41.6)/96=3.1KN。
加上架體次梁、立桿、鋼管扣件自重荷載后,集中力F=0.3+3.1=3.4KN
均布荷載q=0.13KN/m
通過計(jì)算可得架體內(nèi)力圖為:

節(jié)點(diǎn)受力圖

各桿件的軸力圖
由上圖可知上弦桿受軸向壓力最大值為Nmax=9.68KN,立桿所受軸向壓力最大值為Nmax=11.66KN,斜桿所受壓力值最大為Nmax=8.07KN,它們都為受壓桿,分別以它們作為驗(yàn)算對(duì)象,驗(yàn)算其穩(wěn)定性。
①上弦桿:
采用的是Φ48×3.2鋼管,Φ48×3.2鋼管截面特性如下:

b.桿身穩(wěn)定計(jì)算:

滿足要求!
②立桿:
采用的是Φ48×3.2鋼管,Φ48×3.2鋼管截面特性如下:
A=4.5cm2, ix=15.87mm
a.長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算:

b.桿身穩(wěn)定計(jì)算:

滿足要求!
③斜桿:
采用的是Φ22圓鋼,Φ22圓鋼截面特性如下:
A=3.8cm2, ix=0.55cm
a.長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算:
有效受壓長(zhǎng)度取1200mm

b.桿身穩(wěn)定計(jì)算:

滿足要求!
④頂板強(qiáng)度驗(yàn)算
斜拉鋼絲繩卸荷到頂板結(jié)構(gòu)上,其豎向拉力對(duì)頂板有彎矩的作用,現(xiàn)對(duì)其強(qiáng)度驗(yàn)算如下:
a.計(jì)算單元
頂板可看成是一塊懸挑板,取寬度1m的板帶作為計(jì)算單元。
b.荷載計(jì)算
懸挑板厚度0.2m,寬度1.2m,混凝土重度qk=25KN/m3。
懸挑板自重:
q1=γ0qkbh=1.2×25× (1×0.2) =6KN/m
鋼絲繩豎向拉力:
F=29.9KN
c.受力簡(jiǎn)圖及彎矩計(jì)算
彎矩計(jì)算:
計(jì)算懸挑板B點(diǎn)處的彎矩值:
由懸挑板自重產(chǎn)生的彎矩:M1=6×1.22×0.5=4.32KN·m

由斜拉鋼絲繩豎向拉力產(chǎn)生的彎矩:
M2=29.9×1.2=35.8KN·m
所以挑板B點(diǎn)處的彎矩值:
M=M1+M2=4.32+35.8=40.2KN·m
d.懸挑板所能承受的極限彎矩Mu
由結(jié)構(gòu)圖查得,板厚度200mm,板混凝土強(qiáng)度等級(jí)按照C30進(jìn)行驗(yàn)算,板配筋直徑為14mm,間距為200mm的三級(jí)鋼筋。查混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算手冊(cè)得;fcm=14.3N/mm2,fy=360N/mm2

頂板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。
(4)樓板承載能力驗(yàn)算
由于在使用工況下,桁架平臺(tái)已經(jīng)完全卸荷到結(jié)構(gòu)上,所以在非施工狀態(tài)下,當(dāng)桁架基礎(chǔ)平臺(tái)搭設(shè)完畢時(shí),對(duì)樓板的承載最為不利,此時(shí)樓板承受電動(dòng)施工平臺(tái)自重和桁架基礎(chǔ)平臺(tái)的自重,以此作為驗(yàn)算對(duì)象。
①荷載統(tǒng)計(jì):
立柱每節(jié)自重:49.8Kg,共58節(jié),總重G1=49.8×58=2888.4Kg=28.9kN
驅(qū)動(dòng)器底座:580KG=5.8KN
橫梁:1.5m橫梁共6節(jié),每節(jié)重量1.67KN,1.0m橫梁共6節(jié),每節(jié)1.18KN
總重: (1.67×6+1.18×6)/2=8.55KN
桁架基礎(chǔ)平臺(tái)自重:60KN,共由4個(gè)機(jī)位承擔(dān)
所以每個(gè)機(jī)位處樓板所承受的荷載為:28.9+5.8+8.55+ (60/4)=58.25KN
②樓板承載能力驗(yàn)算:
作用到樓板的荷載為:58.25KN/10m2=5.8KN/m2
樓板底部搭設(shè)碗扣架進(jìn)行支撐,并且機(jī)位下部有梁支撐,所以共有2層樓板+梁來承受這些荷載,樓板滿足承載要求。
本工程利用我公司生產(chǎn)的附著式電動(dòng)施工平臺(tái)自身特點(diǎn),創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)了與之配套的桁架平臺(tái),非常好的解決了本工程裝修工作的一個(gè)施工難點(diǎn)--中央大廳高空頂部裝修施工,對(duì)于同類的高大空間的施工,與傳統(tǒng)的腳手架搭設(shè)支撐施工方法相比,具有省工快速,同時(shí)又安全可靠的施工優(yōu)勢(shì),具有較好的推廣價(jià)值。