單元式定型化掛腳手設計與施工*

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海船廠（浦東）區域2E5-1地塊T1樓位于上海市陸家嘴區域，地面以上結構總高度為255.35 m，55 層，現澆混凝土框架核心筒結構，9層以下層高為4.5 m，9層以上標準層高為4.2 m，非標層高有4.4 m以及4 m+2.2 m避難層，結構平面布置如圖1所示。

圖1 T1樓主樓及核心筒平面結構示意

在超高層結構施工中，豎向結構通常采用挑排腳手、液壓爬模以及整體鋼平臺等施工方式。

本工程在塔吊間（核心筒左下角），采用上海建工集團自主研發的液壓爬模施工。而原塔吊設計為了保證塔吊能覆蓋最大半徑范圍，所以塔吊一側與混凝土墻體距離較小，爬升框到墻面距離僅為1 195 mm，如圖2所示，而且在這狹小的空間還要完成塔吊翻轉鋼梁工作，因此無法采用液壓爬模。

圖2 塔吊平面布置

因此，核心筒右側需單獨采用另一種施工體系與液壓爬模配合。傳統的挑腳手效率較低，與液壓爬模體系無法貫通，不能同步進行，無法滿足本工程施工要求。因此，有必要在塔吊與墻面間設計一種操作簡單便捷的施工架體解決上述問題。

2 單元式定型化掛腳手設計[1,2]

本設計為單元式定型化掛腳手，均采用鋼構件預加工，地面拼裝完成后，一次性吊裝到施工樓層，施工提升過程中，采用塔吊整體提升，中間無須拆卸，節約了施工時間。

本單元式定型化掛腳手有如下特點：

（a）掛腳手為單元式，每個單元獨立受力，中間通過翻板相連，施工中連通，爬升過程中翻板打開；

（b）掛腳手分為下部三腳架承重體系和上部鋼結構操作平臺架，鋼結構操作平臺共5 層，下部3 層為模板操作層，上部2 層為鋼筋操作層，其施工操作層布置與液壓爬模體系高度一致，從而可以實現操作層貫通，便于施工開展，操作平臺架荷載通過下部鋼大梁傳遞到2 榀三腳架上，三腳架掛載于墻體預埋螺栓上，形成穩固的體系，如圖3所示；

圖3 定型化掛腳手立面示意

（c）掛腳手下部采用三腳架和預埋螺栓支撐在混凝土墻面上，其預埋螺桿與爬模用預埋螺桿相同，承載力高，如果墻面處有開洞，則采用型鋼橫梁支撐，如圖4所示；

圖4 掛腳手三腳架

（d）架體立柱采用腳手管，橫梁采用雙拼50 mm×50 mm×5 mm角鋼，上鋪鋼板網，如圖5所示。

圖5 定型化掛腳手操作平臺剖面及平面示意

3 計算分析

3.1 工況分析

在這里分析2 種情況。

工況一：架體使用工況，即架體通過預埋螺栓連接承重三腳架，上部支撐架體結構，架體上面有施工人員，該工況包含架體自重和施工活荷載。

工況二：架體處于提升工況，采用塔吊四點提升，一次將一個單元架體提升一個層高，此時只包含架體自重。

3.2 荷載

（a） 自重。主要為架體結構以及圍護設施的質量。（b） 施工荷載。最上層施工活載為2.5 kN/m2，其余各層均為1 kN/m2。

3.3 有限元模型

有限元模型如圖6所示。

圖6 定型化掛腳手有限元模型

3.4 定型化掛腳手計算結果

3.4.1 使用工況

架體最大應力為36.5 MPa，底部撐腿輔助梁最大應力為76.9 MPa；掛架最大變形為3.92 mm，應力與變形均滿足施工安全性和適宜性要求。撐腿輔助鋼梁對混凝土水平推力為11.7 kN（圖7），掛鉤預埋件拉力為11.7 kN，掛鉤預埋件豎向力為24.9 kN（圖8）。

圖7 定型化掛腳手三腳架水平反力（單位：kN）

圖8 定型化掛腳手三腳架豎向反力（單位：kN）

承載螺栓為M30螺栓，材料為45#鋼，Rc25-30調質處理，其強度可以滿足上述承載力要求。

螺栓與混凝土接觸處的混凝土沖切承載力驗算如下：

承載接頭所受拉力最大為F=30.3 kN，混凝土強度為C15，抗拉強度設計值，ft=0.91 N/mm2，接頭埋入長度s=400 mm，接頭末端采用彎頭形式，保守考慮取d=30 mm。

2.8×（d+s－30）×（s－30）ft=2.8（30+400－30）×（400－30）×0.91=377 104 N=377.1 kN，所以F=24.9 kN＜377.1 kN，混凝土抗沖切滿足要求。

3.4.2 提升工況

提升過程采用四點起吊，提升工況下架體最大應力為21.6 MPa。架體最大變形為6.95 mm。各吊點提升力總計為22.6 kN。在塔吊提升能力范圍內。

4 單元式定型化掛腳手施工

4.1 掛腳手施工平面部署

本工程塔吊間采用液壓爬模與掛架相結合，設置4機位液壓爬模1 部，編號N1，設置5 個單元掛架，編號分別為1#～5#，如圖9所示。

提升過程中，臨邊圍護的拆除順序是重要的安全控制因素，因此特別規定如下：

（a）首先對1#及5#與內爬架N1相鄰處臨邊進行封閉，臨邊采用腳手管臨時封閉，翻板翻起；

（b）提升內爬架N1；

（c）2#與1#臨邊、4#與5#臨邊采用腳手管臨時封閉；

圖9 掛腳手平面布置

（d）1#、5#挑腳手整體起吊1 層；

（e）2#與3#、3#與4#挑腳手臨邊采用腳手管進行臨時封閉；

（f）2#、4#挑腳手整體起吊1 層；

（g）3#挑腳手整體起吊；

（h）從液壓爬模與1#架之間臨邊開始，到5#架與爬模臨邊結束，順序依次拆除臨時圍護，工作狀態圍護連接。

4.2 掛腳手施工標準層施工流程

本次定型化掛腳手為單元式設置，T1有5 個掛腳手單元，施工完一層后，將其用塔吊分別提升到下一層，與預埋螺栓連接后固定，標準化施工流程如下：

流程一：澆筑第N層混凝土，此時掛架掛裝在第N-1層預埋螺栓上；

流程二：第N層混凝土養護期間，綁扎第N+1層混凝土鋼筋；

流程三：N+1層混凝土綁扎完成后，此時N層混凝土已經達到預定強度，拆除該層墻體側模，采用塔吊分別提升各單元定型化掛腳手，提升后將掛架掛載于第N層混凝土預埋螺栓上；

流程四：第N+1層合模，并澆筑該層混凝土，如此循環進入下一個施工流程。

5 結語

單元式定型化掛腳手可以解決本工程塔吊間操作空間狹小的問題，并且操作便捷，可以同時進行模板和綁筋施工，每層施工完成后通過塔吊整體提升。

各單元式架體受力合理，變形小，能夠滿足施工中安全性和適宜性要求，架體自重較小，滿足塔吊提升能力要求。