超高樓層外爬架支座加固與應用

杜洪利，高泉，張東，張忠成

（中建八局第一建設有限公司，山東 濟南 250100）

1 工程概況

交通銀行金融服務中心(合肥)項目位于安徽省合肥市，主樓A樓地下2層，地上29層，建筑面積4.1萬m2，主體高度144.4m，該工程主體結構為框架-核心筒結構，標準層高為4.4m，其中L軸到G軸之間的樓板在9、11、13層，19、21、23層內縮約6.55m；G軸到D軸12到14軸之間的圓弧形樓板在8、10、12、14層，18、20、22、24層內縮約為4.5m，層高達到8.8m為超高樓層部位，見圖1。

圖1

綜合考慮主樓結構形式、施工工期、安全性和防火性等主體施工外防護采用整體式智能升降防護操作平臺，即整體集成外爬架。根據該工程情況及規范要求，外爬架布置情況如表1。

表1

整體集成外爬架主要由5部分組成：智能荷載控制系統、提升系統、架體系統、附著支撐系統（含導向、防傾系統）、防墜系統。其中附著支撐系統中常規支座根據該工程具體情況（該工程主要為框架結構)，主要采用板式支座，支座內有2個預埋點，預埋到主體結構板上，支座懸挑尺寸為400mm，即架體距建筑外跳板為400mm，板式支座架體剖面如圖2所示。

在該工程圓弧拐角剪力墻位置，采用剪力墻支座，架體距墻尺寸為500mm，墻式支座架體剖面如圖3所示。

圖2 板式支座架體剖面圖

2 超高樓層爬架支座選型設計

圖3 墻式支座架體剖面圖

圖4 (a) 左視圖

超高樓層部位以上兩種普通支座形式無法滿足結構施工外防護（整體式智能升降操作平臺）的附著、提升，因此我們提供一種整體集成外爬架支座成套裝置，該裝置由型鋼立柱、水平拉桿、斜向拉桿、剪刀撐桿件、水平桿、預埋螺栓、拉桿支座、成品墻式爬架支座及成品板式爬架支座等組成，呈門框狀，如圖4～圖7所示。

圖4 (b) 正視圖

圖4 (c) 俯視圖

圖4(d) 軸測圖

圖4 中：①H型鋼立柱；②H型鋼立柱預埋螺栓；③水平拉桿；④水平拉桿法蘭；⑤調節絲桿；⑥拉結支座；⑦拉結支座預埋螺栓；⑧斜向拉桿；⑨成品墻式爬架支座；⑩成品板式爬架支座；11○水平桿件；12○剪刀撐桿件。

型鋼立柱的特征是：寬翼緣H型鋼（寬翼350×350）厚度19mm及板材（鋼板10mm厚）焊接而成，型鋼立柱根部設置柱腳板，采用370mmT30高強螺栓與結構樓板連接。其作用是作為墻式支座支撐固定點。

水平拉桿的特征是：Φ89×7的圓鋼，采用成品圓鋼滾壓套絲支座而成。與型鋼柱采用法蘭連接，桿件中間設置伸縮調節絲桿。其作用是連接立柱與內縮樓板結構，調節H型鋼立柱前后位置。

斜向拉桿其特征是：Φ89×7的圓鋼，采用成品圓鋼滾壓套絲支座而成。桿件中間設置伸縮調節絲桿，采用T76X6螺栓與結構樓板連接。其作用是連接H型鋼立柱與底層樓板結構，調節H型鋼立柱垂直度。

剪刀撐桿件及水平桿件其特征是：Φ89×7的圓鋼，采用成品圓鋼滾壓套絲支座而成。與型鋼柱采用法蘭連接，桿件中間設置調節絲桿。其作用是將兩側H型鋼立柱連接成靜定結構，阻止發生平面變形。

成品墻式爬架支座其特征是：采用輕型熱軋12#工字鋼及【8、【14等材料組焊而成，采用2道T32高強螺栓與型鋼柱連接。其作用是作為無爬架附著點處的爬架支座。

錨固螺栓為370mmT30高強螺栓，錨固端焊接100mm×100mm×10mm鋼板，共設6道，錨固深度為220mm。

圖5 鋼結構立柱樣圖

圖6 鋼結構立柱預埋大樣

3 成套裝置計算

3.1 構件強度設計值（見表2～表5）

圖7 鋼結構框架縱向連接示意

鋼材的強度設計值 表2

焊縫的強度設計值 表3

C 級普通螺栓連接的強度設計值 表4

B 級普通螺栓連接的強度設計值 表5

3.2 荷載取值（見表6）

荷載取值 表6

3.3 計算簡圖及內力計算

根據爬架的安裝圖紙，結構計算簡圖如圖8。

圖8 結構計算簡圖

立桿承擔的彎矩M=65.66kN/m

3.4 構件驗算

3.4.1 φ89×7.0拉桿驗算

3.4.2 立柱工字鋼HW250×250驗算

②強度驗算

③彎矩作用平面內穩定驗算

④彎矩作用平面外穩定驗算

3.4.3 結構焊口強度計算

本工程采用的鋼結構焊接部分為H型鋼上端部焊接的700mm×350mm×10mm鋼板，為平焊，主要受壓；H型鋼下端部焊接的700mm×500mm×15mm鋼板，為角焊；所有焊口均滿焊，主要受彎。

根據受壓公式,經計算可得σ=19.24N/mm2≤[σ]=164MPa，滿足要求。

根據受彎構件公式，經計算可得σ=17.18N/mm2≤[σ]=164MPa，滿足要求。

3.4.4 剛性斜拉桿焊口強度計算

根據受拉公式,經計算可得σ=48.2N/mm2≤[σ]=164MPa，滿足要求。

3.4.5 連接螺栓強度計算

與鋼結構連接所采用的螺栓為M20，材質為Q235，連接采用的螺栓為4個。

σ=86.01N/mm2≤[σ]=170N/mm2，滿足要求。

通過以上計算，選用的拉桿、立柱能滿足均能滿足規范要求。

3.5 混凝土強度受力驗算

圖9

取最大跨度計算單跨鋼結構自重1710kg，一根鋼結構柱自重約16.75kN，單榀操作平臺傳遞到鋼構柱約47kN，總和受力約63.75kN。

3.5.1 混凝土抗拔驗算

按錨固錐體破壞進行計算，當錨板為矩形形錨板時，F=πh×(h×cosα+2r/sinα)×σF=135.35kN

按沖切強度進行計算，F=uh×[τ]=116.4kN

取上面兩種計算方法的較小值F=116.4。

該鋼構柱共設6道預埋螺栓見圖9。

則混凝土的抗拔力為F=116.4kN×6=698.4kN>N=63.75kN,滿足要求。

3.5.2 混凝土的局部承壓驗算

①錨板處混凝土的局部承壓驗算。根據《混凝土結構設計規范》，混凝土的局部承壓承載力計算如下：

Fl=1.35βcβlfc Aln=89.8kN>N=63.75kN,滿足要求。

②錐形接頭處混凝土的局部承壓驗算。錐形接頭（L=140mm）受到受力螺栓傳來的剪切力V，其受力分布見圖10。

圖10

P=3.32kN<9.1kN（C15混凝土抗壓設計值），滿足要求。

4 安裝與拆除

4.1 實施步驟

樓板及框架柱預埋件隨結構預埋→安裝H型鋼立柱→安裝斜向拉桿→安裝水平拉桿→安裝剪刀撐桿件→調節桿件絲桿以調整立柱垂直度→安裝成品墻式爬架支座。

4.2 安裝

①隨結構預埋H型鋼立柱、斜向拉桿及水平拉桿的預埋螺栓，螺栓控制垂直度偏差不超過2mm。

②H型鋼立柱安裝于已成型的結構樓板，采用預埋螺栓與結構樓板固定，立柱安裝后安裝立柱螺絲，臨時固定。

③斜向拉桿一端連接H型鋼立柱，一端連接已成型樓板上的拉桿支座，拉桿支座采用預埋螺栓與結構樓板固定。

④水平拉桿一端連接H型鋼立柱，一端連接已成型的縮進結構樓板，拉桿支座采用預埋螺栓與結構樓板固定。

⑤剪刀撐桿件和水平桿分別連接與兩側H型鋼立柱，連接方式采用螺栓連接。

⑥調節水平拉桿及斜向拉桿調節絲桿長度，以矯正立柱垂直度。立柱垂直度矯正完畢后，立柱根部采用雙螺帽擰緊。

⑦H型鋼立柱底部設置預留孔，由成品板式爬架支座穿過，并固定。

⑧H型鋼立柱頂部設置鋼板，鋼板與H型鋼外側平齊，成品墻式爬架支座固定于立柱鋼板。

4.3 拆除

待最上層樓板內縮層混凝土澆筑完成且達到C15后方可拆除鋼結構，首先拆除樓板內縮結構中的最下層鋼結構；拆除時按照“后裝先拆、先裝后拆”的原則，先逐一拆除橫向拉桿與鋼結構柱之間的螺栓，拆除橫向拉結桿后，再拆除縱向拉桿和斜拉桿，然后在塔吊預緊的情況下拆除鋼結構立柱與立柱連接板之間的螺栓，最終將整體的鋼結構立柱起吊到待施工樓層。

4.4 周轉使用

因爬架覆蓋4個樓層，按3層頂板支撐施工設計，超高樓層部位會連續3層出現，因此配備3套此成套裝置滿足周轉使用。

5 結 語

主體結構施工整體集成外爬架，作為一種新型附著升降腳手架，與普通懸挑架相比操作簡單，施工效率高，增強了安全性和防火性。隨著建筑業的發展，追求建筑美觀、建筑功能多樣化、外形設計復雜、高大空間的建筑逐漸增多，這對整體集成外爬架設計提出進一步要求。特別是躍層的高大空間，常造成外爬架無附著點位的問題。該方案提供一種整體集成外爬架支座成套裝置，可有效解決跨層高大空間部位的外爬架附著固定的問題。操作簡單，安拆速度快，安全可靠，可周轉使用。

[1]GB50017-2003,鋼結構設計規范[S].

[2]GB50009-2012,建筑結構荷載規范[S].

[3]JGJ-202-2010,建筑施工工具式腳手架安全技術規范[S].

[4]GB50010-2010,混凝土結構設計規范[S].