雙頭螺桿連墻件在超高層工程中的應用研究

曾俊淋

(福建省二建建設集團有限公司 福建福州 350001)

0 引言

現代房屋建筑工程施工中，扣件式鋼管外腳手架在外圍護中仍被大量使用，而其主要受力構件連墻件，則是用于腳手架架體與建筑主體結構連接，傳遞拉力和壓力的構件，且對于加強腳手架的整體穩定性，提高其穩定承載能力和避免出現傾倒或坍塌等重大事故具有很重要的作用。

1 案例工程概況

某工程擬于有密集建筑群且房屋較高的城市市區中修建1棟39層住宅樓，基本風壓ω0=0.2，地面粗糙度為D類[1]，層數與總高度如表1所示，施工階段外圍護采用落地式鋼管外腳手架與懸挑式鋼管外腳手架結合的形式，搭設形式、坐落樓層及搭設高度如表2所示；外架搭設構造參數如表3所示。

表1 建筑結構參數

表2 外架搭設分布

表3 外架構造參數

依據《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)的相關公式計算可知，該工程外架連墻件軸向力設計值為Nl=Nlw+N0=4.8+3=7.8kN[2]。

2 連墻件的選擇

2.1傳統剛性連墻件的不足

通過其他項目的調研，傳統的剛性連墻件是由鋼管連墻桿、扣件以及預埋于梁面或板面的短鋼管組成，在后期的外墻裝飾裝修階段時，該傳統方式容易對質量、安全與成本產生一定的影響：

(1)當樓層砌筑工程以及外墻面裝飾工程開始施工時，這些每隔4.5m就布置一個在樓層邊的鋼管式連墻件，就會影響施工進度；假若外墻砌筑或外墻面裝飾施工時，拆除的連墻件不能及時恢復，尤其是大數量的連墻件缺失時，則會產生外腳手架容易失穩的安全隱患。

(2)由于連墻桿是采用外徑為φ48mm的鋼管，因此，不管是采用磚墻砌筑的外墻或者是混凝土澆筑的外墻，均會在外墻面上留有>50mm的孔洞，這些孔洞就容易因封堵不密實而成為滲漏點，從而造成質量隱患。

(3)預埋于梁內或板內的用于支點的短鋼管，由于其與混凝土形成整體，所以在后期腳手架拆除時，并不能直接取出而只能采用切割去除，不僅浪費了材料而且增加了成本；而留在梁內或板內的鋼管也需進行灌漿封堵，假如封堵不密實，尤其是在廚房、衛生間等用水較多的部位容易產生滲水風險，存在質量隱患。

2.2 新型雙頭螺桿連墻件的構造及受力機理

該項目根據以上的調研分析，并結合項目的實際情況，外腳手架的連墻件擬采用新型的雙頭螺桿連墻件。

2.2.1新型連墻件的構造

(1)預埋于梁側邊或墻側邊采用115 mm的長塑料件(內含方形螺母)；固定和定位預埋件的安裝小螺桿(臨時工具)，確保混凝土澆灌時預埋件不偏位，如圖1所示。

圖1 連墻件構件

(2)采用M14×140mm雙頭螺桿，連接內含方形螺母的預埋件與拉結鋼管的受力構件，如圖2所示。

(3)采用內含圓形螺母的Φ48×3mm拉接鋼管，與雙頭螺桿和外腳手架內立桿連接，并且朝主體結構的一端頂緊梁側面或墻側面的混凝土上，如圖2～圖3所示。

圖2 拉結鋼管與圓形螺母

圖3 連墻件與外架的拉結

2.2.2新型連墻件傳力途徑

(1)外腳手架承受背離主體結構的作用力時，拉結鋼管將架體傳來的作用力，通過與拉結鋼管焊接的圓形螺母傳給與圓形螺母連接的雙頭螺桿，再通過雙頭螺桿傳給與雙頭螺桿連接內含的方形螺母的預埋件，最后由預埋件與混凝土的粘結力(剪切力)來承受架體的作用力。

(2)外腳手架承受面向主體結構的作用力時，由于拉結鋼管朝主體結構的一端已頂緊于梁側面或墻側面的混凝土上，因此拉結鋼管將架體傳來的作用力直接傳到混凝土梁或墻上。

3 新型連墻件的受力核算

3.1 直角扣件抗滑承載力驗算

由于用扣件將連墻鋼管與腳手架的立桿連接在一起，故其扣件的抗滑承載力大于連墻件軸向力設計值。根據《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)第5.2.15條，一個直角扣件的抗滑承載力設計值取8 kN[2]。所以大于連墻件軸向力設計值7.8 kN，滿足要求。

3.2 連墻桿件(鋼管)受力核算

連墻件桿件即φ48×3鋼管的強度及穩定，根據《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)第5.2.12條，應滿足下列要求：

(1)強度核算：σ=Nl/Ac≤0.85f；

則σ=7.8×103/(3.14×(24×24-22.5×22.5))=35.6N/mm2≤0.85×205=174.3N/mm2，滿足要求。

(2)穩定性核算：Nl/φA≤0.85f；

連墻鋼管計算長度為1000 mm，Φ48×3鋼管的截面回轉半徑i=15.9mm；

長細比λ=l0/i=1000/15.9=63；

查表A.0.6可知，φ=0.806；

則Nl/φA=7.8×103/0.806×3.14×24×24=5.4N/mm2≤0.85×205=174.3N/mm2，滿足要求。

3.3 M14雙頭螺紋的普通螺栓桿承載力核算

預埋螺栓桿采用M14，C級普通螺栓4.8級，長度為140mm。

M14×140-4.8級(C級)普通螺栓螺桿滿足連墻件受拉承載力要求。

3.4 混凝土局部承載力和受沖切強度驗算

由于連墻件采用方形鋼質螺母的塑料套管預埋于混凝土中，因此需驗算局部承載力和受沖切承載力。由于梁、板、墻、柱構件混凝土強度等級最低為C25，因此驗算時采用C25強度等級。

根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)(2015年版)表4.1.4-1和表4.1.4-2，混凝土軸心抗壓強度設計值fc=11.9 N/mm2，混凝土軸心抗拉強度設計值ft=1.27N/mm2[4]。

(1)局部承載力驗算

根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)(2015年版)第6.6.1條；

Fl=1.35βcβlfcAln；

方形鋼質螺母的塑料套管端部尺寸為26 mm，圓孔直徑為18 mm，凈面積Aln=26×26-3.14×18×18/4=421mm2；

根據第6.3.1條βC=1.0；

Fl=1.35×1.0×3×11.9×421/1000=20.3kN>Nl=7.8kN；滿足要求。

(2)受沖切承載力驗算

根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)(2015年版)第6.5條；

Fl=0.7βhftnμmh0=0.7×1.0×1.27×4×26×100/1000=9.25kN>Nl=7.8kN；滿足要求。

3.5 鋼管內焊圓形螺母焊縫驗算

根據實際測量，圓形螺母直徑為40 mm，鋼管外徑為48 mm，壁厚為3 mm，所以鋼管內徑為48-3×2=42 mm。圓形螺母與鋼管之間采用焊接連接，所以兩者之間會形成1mm高的焊縫。

根據《鋼結構設計標準》(GB50017-2017)第11.2.1條，焊縫強度設計值σ=N/(lwhe)。

4 質量控制要點

根據新型連墻件的受力核算，其在承載力方面是可以滿足需求的，但在施工過程仍須采取以下質量控制要點，以保證新型連墻件實際的受力方式符合理論計算要求。

4.1 拉結鋼管內圓形螺母的焊接要求

(1)由于M14×140連墻雙頭螺桿長度為140 mm，而預埋于混凝土中內置的方形鋼質螺母的塑料管預埋件為100 mm(有效長度)，且為保證拉結鋼管的端部能頂緊混凝土面，因此應保證焊于拉結鋼管內的圓形螺母距鋼管端部為40 mm。

(2)為保證后期連墻件水平受力，圓形螺母應垂直于鋼管內表面固定焊接，防止后期雙頭螺桿傾斜受力。

(3)焊縫應飽滿、連續，確保焊縫高度符合1mm高度要求，防止焊縫高度不足而形成受力薄弱部位。

(4)在圓形螺母焊接時，應控制焊接電流，避免焊穿鋼管從而形成受力薄弱部位。

4.2 預埋塑料件(內含方形螺母)

(1)預埋于梁側、柱側或墻側時，應采用6#鐵絲等與梁筋、柱筋或墻筋進行綁扎固定，預埋應根據連墻件的設置部位(即方案要求的2步3跨)進行安裝，同時應保證固定好的預埋件表面應與混凝土面平行，確保后期雙頭螺桿安裝時長度符合要求。

(2)在梁、柱、墻模板封模后，應采用臨時的小螺桿安裝于預埋件(內含方形螺母)內，用來固定和定位預埋件，確保混凝土澆灌時預埋件不偏位。

(3)在有預埋件埋設部位的混凝土澆筑時，應安排專人進行跟蹤預埋件在澆搗時是否移位，若有移位則應及時進行恢復。

4.3 混凝土澆搗

(1)在有預埋件埋設部位的混凝土澆筑時，應加強振搗，保證連墻件部位的混凝土密實，符合連墻件抗拔力的要求。

(2)在有預埋件埋設部位的混凝土澆筑時，應小心振搗以及緩慢振搗，防止振搗混凝土時造成預埋件移位。

通過以上措施實施，保證了連墻件的實際抗拔力符合理論計算要求，保證了外腳手架的穩定性和安全性。

5 效果分析

(1) 新型連墻方式除能滿足結構承載力和使用要求外，在經濟上也比傳統的連墻方式省錢不少。

(2)傳統鋼管預埋連墻件與新興連墻件的成本比較如表4所示。

表4 新舊連墻方式成本比較

6 結語

該工程在前期通過調研傳統剛性連墻件的使用情況，擇優選取了新型雙頭螺桿連墻件，在使用前進行理論驗算，分析其適用性，并在施工過程中采取措施保證其安裝質量，使連墻件成型質量符合承載能力狀態和使用能力狀態要求；而且消除了外墻因孔洞產生滲水通道的不利因素，也通過新型雙頭螺桿連墻件的使用，節省了大量的成本，取得了良好的經濟效益。