鋼結(jié)構(gòu)通用安全外防護(hù)架體施工技術(shù)

□文/孔緩運(yùn)

鋼結(jié)構(gòu)通用安全外防護(hù)架體施工技術(shù)

□文/孔緩運(yùn)

在超高層建筑主體結(jié)構(gòu)施工中，外檐腳手架的選型一直是重點(diǎn)，特別是當(dāng)建筑物的外檐造型發(fā)生變化，標(biāo)準(zhǔn)尺寸的外腳手架體將無法滿足建筑外檐全封閉的要求時(shí)。泰安道五號(hào)院工程主體結(jié)構(gòu)施工中外檐腳手架采用了電動(dòng)式整體提升腳手架，當(dāng)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行頂部結(jié)構(gòu)向內(nèi)收縮時(shí)，對(duì)架體進(jìn)行了改裝，由電動(dòng)提升改變?yōu)榉制跆嵘耍瑢?shí)現(xiàn)了對(duì)建筑物外檐的全封閉，取得了較好的效果。

超高層；外檐；腳手架

隨著超高層建筑的不斷發(fā)展，鋼筋混凝土核心筒-外框鋼結(jié)構(gòu)形式非常普遍，由于鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，無法采用傳統(tǒng)的高層混凝土結(jié)構(gòu)外防護(hù)系統(tǒng)，其安全防護(hù)是超高層建筑施工中必須解決的問題。

1　工程概況

天津泰安道五號(hào)院工程地下3層，地上47層，高度253.4 m，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土核心筒-外框鋼管混凝土，6層裙房已開業(yè)納客。為保證鋼結(jié)構(gòu)施工過程及地面行人、顧客的安全，必須設(shè)計(jì)出滿足不同平面尺寸的外防護(hù)措施，攻克鋼結(jié)構(gòu)施工外防護(hù)技術(shù)。

天津建工工程總承包有限公司通過自行設(shè)計(jì)，自主研發(fā)了高層外框鋼結(jié)構(gòu)外防護(hù)技術(shù)。

2　工藝原理

2.1總體原理

整體防護(hù)架體采用鋼結(jié)構(gòu)外框連接雙層防風(fēng)網(wǎng)片的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)施工標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)行完全防護(hù)。施工標(biāo)準(zhǔn)層上移時(shí)，外防護(hù)架體由最下部防護(hù)架體單元直接倒運(yùn)到上部安裝后進(jìn)行防護(hù)，實(shí)現(xiàn)架體循環(huán)使用。

2.2防風(fēng)網(wǎng)選用原理

防風(fēng)網(wǎng)片采用雙層結(jié)構(gòu)，一個(gè)大網(wǎng)眼一個(gè)小網(wǎng)眼，根據(jù)可墜落物最小直徑進(jìn)行選用。

2.3架體設(shè)計(jì)原理

外防護(hù)主結(jié)構(gòu)主要受力形式見圖1。豎向力：結(jié)構(gòu)整體重力、施工人員臨時(shí)上人重力。水平力：600 m高空百年一遇風(fēng)荷載。如將整個(gè)體系的倒轉(zhuǎn)90°，可看做風(fēng)力為豎向力，重力為水平力的結(jié)構(gòu)，因?yàn)橄鄬?duì)跨度（柱距）較大，故采用桁架結(jié)構(gòu)形式。

圖1　結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)選定的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行外防護(hù)初步布置，所有現(xiàn)場(chǎng)拼裝節(jié)點(diǎn)均設(shè)計(jì)為鉸接節(jié)點(diǎn)，然后采用MIDAS/GEN進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇最優(yōu)截面。

2.4細(xì)部設(shè)計(jì)原理

架體設(shè)計(jì)為模數(shù)制組合架體，滿足各種柱距、平面形狀的防護(hù)要求，便于應(yīng)用于其他工程；采用普通螺栓節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化高空安裝難度；采用承插式節(jié)點(diǎn)方便下部防護(hù)架向上倒運(yùn)、連接。

3　施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1施工工藝流程

結(jié)構(gòu)防護(hù)層參數(shù)確認(rèn)、防護(hù)網(wǎng)片確認(rèn)→初步設(shè)計(jì)單元框體、標(biāo)準(zhǔn)層框體→MIDAS/GEN建模、計(jì)算、優(yōu)化截面→設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)→制作加工→現(xiàn)場(chǎng)拼裝、吊裝、標(biāo)準(zhǔn)層防護(hù)倒運(yùn)安裝→檢修、維護(hù)。

3.2操作要點(diǎn)

本工程層高4.2 m，從6層裙房頂開始連續(xù)設(shè)置40層。

3.2.1同時(shí)防護(hù)層數(shù)和防護(hù)網(wǎng)片規(guī)格確認(rèn)

結(jié)構(gòu)防護(hù)的層數(shù)應(yīng)根據(jù)最大同時(shí)作業(yè)層數(shù)確定，設(shè)最大同時(shí)作業(yè)層為n，為保證流水施工不發(fā)生間斷，那么防護(hù)層數(shù)為n+1。

本工程最大同時(shí)作業(yè)層數(shù)為3層，防護(hù)層數(shù)為4層。

防風(fēng)網(wǎng)片采用雙層結(jié)構(gòu)，一個(gè)大網(wǎng)眼一個(gè)小網(wǎng)眼，要求大網(wǎng)眼直徑不得超過可墜落物的最小直徑的2倍，小網(wǎng)眼要小于可墜落物的最小直徑的0.5倍。從而起到防止墜落的作用。

本工程最小可墜落物直徑為30 mm，選擇大網(wǎng)眼規(guī)格為間距50 mm的φ2.5 mm鋼絲網(wǎng)，小網(wǎng)眼規(guī)格為間距為5 mm的φ0.8 mm鋼絲網(wǎng)。

3.2.2初步設(shè)計(jì)外防護(hù)單元架體

1）防護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置

每一層根據(jù)防護(hù)平面尺寸，進(jìn)行防護(hù)架體平面布置，布置時(shí)充分考慮建筑模數(shù)，制作5、4、3、2、1 m不同跨度的單元，其中5 m跨度單元以滿足柱距進(jìn)行布置，其余尺寸配合布置，最后根據(jù)封口尺寸部署少數(shù)非模數(shù)單元，采用模數(shù)單元這樣保證了外防護(hù)最大的再利用率。

首先根據(jù)最外側(cè)結(jié)構(gòu)（可能為梁或板）的位置規(guī)劃防護(hù)范圍。本工程布置情況見圖2，每層平面5 m跨度單元14個(gè)，4 m跨度單元4個(gè)，3 m跨度單元10個(gè)，2 m跨度單元8個(gè)，1 m跨度單元8個(gè)，最后布置兩個(gè)非模數(shù)單元1.7 m跨度單元4個(gè)，0.7 m跨度單元4個(gè)。

圖2　防護(hù)單元平面布置

2）單元防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）單元架體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，外防護(hù)架體寬度通常取最大柱距的1/25，本實(shí)例寬度取400 mm。

架體按照平面布置的不同跨度單元分別設(shè)計(jì)，見圖3。

圖3　不同跨度單位設(shè)計(jì)

（2）附著桿設(shè)計(jì)。附著形式有與鋼柱附著、鋼梁附著兩種，見圖4和圖5。桿長(zhǎng)度L根據(jù)需避讓的最外部結(jié)構(gòu)而定，為了保證安裝便捷的要求，L不低于300 mm，H根據(jù)最上節(jié)柱斷口位置而定。

圖4　架體與柱附著

圖5　架體與梁附著

3.2.3MIDAS/GEN建模、計(jì)算、優(yōu)化截面

建立最不利情況的結(jié)構(gòu)模型，在MIDAS/GEN軟件中進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。設(shè)計(jì)時(shí)荷載：每個(gè)單元可上2個(gè)70 kg施工人員，最大風(fēng)壓高度系數(shù)2.91，基本風(fēng)壓選擇全國(guó)最大值0.75 kN/m2。

連續(xù)設(shè)置至最高防護(hù)高度（4層）并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，最后驗(yàn)算結(jié)構(gòu)豎向變形、總變形、應(yīng)力比，要求豎向變形不大于跨度1/250，總變形不超過層高的1/250，應(yīng)力比不超過0.8。

最終豎向變形為7.7 mm，總變形為20.5 mm，最大應(yīng)力比為0.788，均滿足要求。

3.2.4設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)

1）架體連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。單元框架采用焊接制作，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)部位為1、2，左右單元連接，上下單元連接，見圖5。

圖5　架體連接節(jié)點(diǎn)部位

圖6　單元左右連接節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)采用4顆螺栓，布置在法蘭的四分點(diǎn)位置。

上下單元連接節(jié)點(diǎn)采用承插式連接，節(jié)點(diǎn)形式見圖7，立面上布置三排節(jié)點(diǎn)，第一排節(jié)點(diǎn)僅為承插節(jié)點(diǎn)，后兩排節(jié)點(diǎn)采用承插與螺栓結(jié)合節(jié)點(diǎn)，見圖8。

圖7　上下單元連接節(jié)點(diǎn)

圖8　承插螺栓復(fù)合節(jié)點(diǎn)

2）附著桿節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。附著桿設(shè)計(jì)主要說明構(gòu)造，計(jì)算過程與上述兩種節(jié)點(diǎn)相似，彎矩、扭矩均轉(zhuǎn)換為剪力，拉力，求得剪力合力、拉力合力，在計(jì)算、選取螺栓和節(jié)點(diǎn)材料。

附著桿節(jié)點(diǎn)形式見圖9和圖10，左端與架體采用方鋼承插與螺栓復(fù)合節(jié)點(diǎn)，螺栓采用雙螺栓，其余連接為焊接。

圖9　與鋼柱連接附著桿節(jié)點(diǎn)

圖1O　與鋼梁連接附著桿節(jié)點(diǎn)

3）防護(hù)網(wǎng)與架體連接。防護(hù)網(wǎng)采用壓條的形式與架體連接，壓條與架體采用螺栓相連，壓條厚度6 mm，見圖11。

圖11　與鋼梁連接附著桿節(jié)點(diǎn)

3.2.5外防護(hù)現(xiàn)場(chǎng)安裝

以防護(hù)3層為例，外防護(hù)現(xiàn)場(chǎng)安裝及倒運(yùn)過程見圖12-圖19。

圖12　首層柱安裝

圖13　連接兩段防護(hù)架體

圖14　二層柱安裝

圖15　安裝第三段防護(hù)架體

圖16　三層柱安裝

圖17　安裝第四段防護(hù)架體

圖18　施工第四層鋼柱前將第一段防護(hù)架倒運(yùn)到最上部

圖19　防護(hù)架體提升帛點(diǎn)及鋼絲繩選用

4　防護(hù)架體的特點(diǎn)

1）外防護(hù)采用鋼材制作，立面美觀，綠色環(huán)保，為循環(huán)利用創(chuàng)造了條件，符合國(guó)家環(huán)保戰(zhàn)略要求。

2）技術(shù)可靠、制作簡(jiǎn)單、安裝便捷，施工工期短。

3）采用雙層鋼絲網(wǎng)片形成兩層防護(hù)，有效保證了內(nèi)部施工零件不會(huì)散落至地面。

4）外防護(hù)采用裝配式螺栓連接作為節(jié)點(diǎn)連接方式，現(xiàn)場(chǎng)拼接安裝方便、施工效率高，節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量只要滿足普通螺栓安裝質(zhì)量要求即可保證整體外防護(hù)的安裝質(zhì)量要求，后期維護(hù)、檢查按照普通螺栓檢查要求執(zhí)行即可，從而使得后期維護(hù)、檢查流程簡(jiǎn)便、費(fèi)用低廉。

5）防護(hù)可自行自由組合，滿足各種平面形狀的外防護(hù)要求，不必重新設(shè)計(jì)制作，一次投入再次利用率高，節(jié)約施工造價(jià)，縮短施工工期。

6）首次使用的工程造價(jià)同比市場(chǎng)上的租賃外防護(hù)架體成本節(jié)約近50%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

TU731.2

C

1OO8-3197（2O16）O1-22-O4

2O15-11-O5

孔緩運(yùn)/女，1983年出生，工程師，天津市建工工程總承包有限公司，從事工程技術(shù)營(yíng)理工作。

□DOI編碼：1O.3969/j.issn.1OO8-3197.2O16.O1.OO8