高層建筑懸臂式腳手架施工技術

中建七局（上海）有限公司 上海 200062

1 工程案例

上海嘉定大名城住宅項目位于上海市嘉定區安亭鎮秦安路以東、曹安公路以北，總占地面積38 819 m2，總建筑面積約111 188 m2，由1棟20層高層住宅樓、7棟23～26層高層住宅樓、3棟1層商業樓、1層地下車庫及附屬設施組成。本工程為框架-剪力墻結構高層建筑，電梯井道及樓梯間位于樓層平面一側（圖1）。

圖1 樓層平面示意

本工程樓梯間、電梯井道部分剪力墻為結構外墻，需排布懸挑鋼梁，為方便樓梯間、電梯井結構施工，在考慮電梯單位進行電梯安裝的前提下，懸挑鋼梁的排布采用水平橫穿電梯井道的方式，后因電梯深化圖紙變更，導致懸挑鋼梁與電梯軌道安裝工作面發生沖突。其中主體單層樓梯間、電梯井道外側懸挑腳手架面積為36.50 m2，現需要在不影響外側腳手架安全使用的同時，保證電梯安裝工程井道腳手架搭設、軌道安裝以及調試等工序按原計劃進行，并對懸挑鋼梁錨固方式和結構形式做出修改，以滿足工程需要。原懸挑腳手架基本數據為：鋼管（φ48 mm×3.50 mm）扣件腳手架，架寬1 050 mm，步距1 500 mm，內排架距墻450 mm。懸挑鋼梁為16#工字鋼，工字鋼最大縱距1 500 mm，連梁為16#工字鋼，懸挑架每6～7層為1個懸挑單元。

懸挑腳手架受力結構施工部署修改為：原懸挑鋼梁懸挑段遠端增加斜撐→鋼梁懸挑段近端與剪力墻通過連墻固定件進行半剛性連接→鋼梁懸挑段遠端增設斜拉構件（鋼絲繩）→割除電梯井道內側原懸挑鋼梁→電梯井道腳手架搭設→電梯安裝工程施工。

2 懸挑鋼梁修改思路及難點分析

2.1 修改思路

原懸挑鋼梁橫穿過電梯井道剪力墻及電梯井道內部，與電梯廳部位梁、板預埋件固定，形成穩定的懸臂受力結構體系，卻占用了電梯井道的空間，影響電梯安裝工程的施工。現采取改變懸挑鋼梁支座錨固方式和結構受力形式，使其既滿足外腳手架安全使用，又不影響電梯安裝工程施工，懸挑腳手架受力結構修改前、后示意如圖2所示。

圖2 懸挑腳手架受力結構修改前、后示意

原懸挑鋼梁下部增設2道鋼斜撐，懸挑鋼梁和鋼斜撐通過連墻固定件與剪力墻進行半剛性連接，其中連墻固定件由多塊對稱放置于剪力墻兩側的厚16 mm鋼板和M20螺栓群組成，懸挑鋼梁、鋼斜撐、連墻固定件采用滿焊焊接，最終使懸挑鋼梁、鋼斜撐及剪力墻形成穩定的結構受力體系。原懸挑鋼梁上部增設斜拉鋼絲繩，鋼絲繩一端固定于懸挑鋼梁末端，另一端與固定于剪力墻上的U形構件連接。待上述結構受力體系驗收合格后，方可對電梯井道內部的鋼梁進行割除，為電梯安裝工程準備足夠的工作空間。

綜上所述，懸挑鋼梁的修改思路總結如下：為滿足施工需要，電梯井外側懸挑腳手架的懸挑鋼梁需改變錨固方式，橫跨于電梯井道內的鋼梁必須割除，在割除前需對鋼梁支座錨固方式進行處理，鋼梁下部增設鋼斜撐，鋼梁上部增設斜拉鋼絲繩。割除電梯井道空間鋼梁后需對懸挑腳手架做整體穩定性監測，主要觀察水平懸挑鋼梁、鋼斜撐、鋼絲繩、焊縫、穿墻螺栓群以及剪力墻形變是否在可控范圍內[1-3]。

2.2 難點分析

1）水平鋼梁、鋼斜撐以及鋼絲繩組成的支撐體系形變監測控制；

2）外側腳手架整體穩定性；

3）剪力墻、焊縫、穿墻螺栓群的形變監測控制；

4）電梯井道空間鋼梁割除施工中的安全風險。

3 施工依據及控制要點

3.1 懸模結構布置圖

懸模結構布置如圖3所示。

圖3 懸模結構立面示意

3.2 荷載取值

懸挑鋼梁及其連梁采用16#工字鋼，相鄰懸挑鋼梁之間的連梁上最多布置2根立桿，連梁及上部荷載以集中力方式作用于懸挑鋼梁，選取最不利荷載工況作為計算單元，即荷載由下部鋼斜撐桿件和斜拉鋼絲繩承受，懸挑鋼梁只進行豎向荷載撓度計算，同時進行鋼絲繩選型及鋼斜撐穩定性計算。

1）荷載標準值：施工活荷載為2.00 kN/m2，考慮2層同時施工；腳手板荷載為0.10 kN/m2，按照鋪設10層計算；欄桿荷載為0.16 kN/m，基本風壓0.30 kN/m2，鋼梁自重荷載0.25 kN/m。

2）計算參數：懸挑鋼梁、鋼斜撐（Q235型16#工字鋼）抗彎設計強度為215.00 MPa；焊縫（E43型焊條）的抗壓、抗剪及抗拉強度設計值均為160.00 MPa。

3.3 施工控制要點

3.3.1 孔洞定位及開設

懸挑鋼梁支座處和鋼斜撐下部需安裝連墻固定件，應按連墻固定件中螺栓群設計排布方式，在剪力墻上對螺栓孔洞進行定位，然后用水鉆打孔機在剪力墻上開設φ25 mm的螺栓孔洞，孔洞深度為200 mm。

3.3.2 連墻固定件預加工

1）懸挑鋼梁支座處連墻固定件：將厚16 mm的Q235型鋼板切割成500 mm×300 mm×16 mm的單塊，按螺栓群設計排布方式在單塊鋼板上開設φ25 mm孔洞，單個連墻固定件由4塊鋼板和8個M20高強度螺栓組成；

2）鋼斜撐下部連墻固定件：將厚16 mm的Q235型鋼板切割成500 mm×400 mm×16 mm的小塊，按螺栓群設計排布方式在單塊鋼板上開設φ25 mm孔洞，單個連墻固定件由2塊鋼板和4個M20高強度螺栓組成。

3.3.3 連墻固定件安裝

1）懸挑鋼梁支座處連墻固定件：4塊鋼板對稱放置于懸挑鋼梁和剪力墻兩側，通過預開設的孔洞用穿墻螺栓群相互固定，剪力墻兩側連墻固定件與懸挑鋼梁采用滿焊連接（圖4）；

2）鋼斜撐連墻固定件：距懸挑鋼梁支座下方豎向距離4 500 mm處，將2塊鋼板對稱放置于剪力墻兩側，通過預開設的孔洞用穿墻螺栓群相互固定，鋼斜撐和連墻固定件采用滿焊連接（圖5）。為增大螺栓群受力作用面積，需在單個螺栓兩端增加50 mm×50 mm×10 mm的鋼墊片。

圖4 懸挑鋼梁支座處連墻鋼固定件安裝

圖5 鋼斜撐下部連墻 鋼固定件安裝

3.3.4 鋼斜撐加工及安裝

鋼斜撐為Q235型16#工字鋼，其長度由現場測取實際尺寸加工，滿足連接連墻固定件和懸挑鋼梁末端即可，此外鋼斜撐中部與懸挑鋼梁支座處連墻固定件也增設1道鋼斜撐，以增加斜撐桿件的受力穩定性。鋼斜撐與懸挑鋼梁、連墻固定件采用滿焊連接，焊縫強度需滿足規范要求。

3.3.5 U形構件孔洞定位、開設及安裝

在剪力墻同一豎直方向上用水鉆打孔機開設2個φ25 mm孔洞，兩孔洞間距100 mm，下排孔洞距懸挑鋼梁支座豎向距離為4 500 mm。成品U形構件為φ20 mm圓鋼制成，U形構件可通過配套的螺紋、螺帽以及預先開設的孔洞與剪力墻固定。

3.3.6 斜拉鋼絲繩安裝

鋼絲繩上部通過繩卡與U形構件錨固，下部鋼絲繩繞懸挑鋼梁一圈后通過繩卡進行錨固。斜拉鋼絲繩的錨固應按規范設置安全環，便于對支撐體系進行安全監測。

3.3.7 電梯井道內側鋼梁割除

斜撐構件和斜拉構件安裝完成并驗收合格后方可進行電梯井道內側鋼梁割除，方便電梯安裝工程施工。

3.3.8 施工注意事項

施工過程中因懸挑腳手架架體不會被拆除，故應做好腳手架安全監測，檢查立桿和連墻件相應的安全控制參數，保證腳手架整體穩定性；焊接施工時，操作平臺上應滿鋪毛竹片和防火棉，臨時防護及施工警示牌應到位，各焊接節點焊縫應飽滿、連續。

3.4 細部構造

1）懸挑鋼梁支座增設加強鋼板節點：剪力墻外側懸挑鋼梁和連墻固定件增加3塊150 mm×150 mm×20 mm的加強鋼板，加強鋼板與連墻固定件、懸挑鋼梁垂直滿焊焊接。其中，懸挑鋼梁腹板兩側各增設1塊加強鋼板，上翼緣中部增設1塊加強鋼板，如圖6所示。

2）鋼絲繩與懸挑鋼梁錨固節點：在懸挑鋼梁下部焊接φ20 mm圓鋼短鋼筋頭，防止鋼絲繩向內側滑動，鋼絲繩采用相應繩卡錨固（圖7）[4-6]。

圖6 懸挑鋼梁支座加強鋼板示意

圖7 鋼絲繩錨固抗滑示意

4 現場施工監測

1）在懸挑鋼梁、鋼斜撐和斜拉鋼絲繩組成的腳手架結構受力體系最大受力部位設置監測點，利用水準儀在主樓內部設置后視點，利用經緯儀在樓層外部觀測腳手架體系垂直度，在腳手架結構受力體系施工修改前、中、后階段均持續監測，并詳細記錄，以保證懸挑腳手架體系的安全性。

2）在懸挑鋼梁中部和懸挑端部錨固2道鋼絲繩，嚴格監測懸挑鋼梁的撓度，并記錄。

3）架體施工后每日持續對各處焊縫和剪力墻開設孔洞部位進行監測，觀察表面是否出現裂紋等，并記錄。

4）施工完成后對斜拉鋼絲繩安全環及U形構件進行持續監測，并詳細記錄。

5）現場設置懸挑結構模型，利用現場鋼筋進行預加載試驗，持續監測，統計試驗結果，在鋼梁撓度觀測記錄趨于穩定后進行現場施工。

5 效果驗證

1）通過對懸挑腳手架結構體系荷載的計算，參考各相關結構力學論文和規范，確保了新型懸模結構力學模型建立的科學性。

2）現場預加載試驗和形變觀測，便于新型懸模結構力學模型結構的選材，也從實際試驗中驗證了結構力學模型的可靠性。

3）現場施工監測點的控制措施，利用水準儀、經緯儀對監測點標高和垂直度進行持續監測，確保了懸挑結構體系的安全性。

6 結語

通過建立新型懸模結構力學模型和整體穩定性分析，參考各相關結構力學論文，利用手工計算、PKPM施工建模軟件以及現場懸模堆載試驗，證明了結構體系的安全可靠性。在實際工程建設中，本懸模結構力學模型可以解決已施工完成的懸挑腳手架結構與其他分項工程工作面相沖突的問題，在不拆除懸挑腳手架并安全使用的同時，保障其他分項工程應具備的工作面。通過增設鋼斜撐、連墻固定件和斜拉鋼絲繩等建立新的結構力學模型，避免了因工作面相沖突而導致的工期延長和重復施工等問題，具有降低施工成本、縮短工期、保證安全等技術經濟特點，為解決施工現場問題提供了一條全新的思路。