花籃拉桿式懸挑架在高層建筑施工中的應(yīng)用分析

于曉陽 安哲遠(yuǎn) 李 輝 徐向飛 張文寶

中建三局集團(tuán)有限公司 北京 102629

1 工程概況

1.1 總體概況

津北辰北（掛）2017-188地塊項(xiàng)目（依灣花園）位于天津北辰區(qū)辰永路與北辰道交口，總建筑面積114 816.61 m2，由10棟7層洋房、3棟高層及整體地下1層車庫組成，高層分別為18、24、26層，最大建筑高度77.2 m。結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)。

1.2 花籃拉桿式懸挑架施工概況

該項(xiàng)目高層5#、10#、11#樓主要采用普通型鋼懸挑式鋼管腳手架，橫距0.8 m、縱距1.5 m、步距1.5 m，落地架及懸挑層分布如表1所示。

表1 落地架及懸挑層分布

該項(xiàng)目的高層電梯井、樓梯間部位采用外凸式設(shè)計(jì)，因樓梯間部位不利于工字鋼鋼梁錨固，而布設(shè)長工字鋼會造成工字鋼質(zhì)量較大，安裝不便，且布設(shè)工字鋼會妨礙樓層施工，阻塞樓內(nèi)安全疏散通道。此外，電梯井部位穿工字鋼也會影響電梯井操作平臺的提升，從而不利于物料的轉(zhuǎn)運(yùn)。

有鑒于此，經(jīng)過充分的論證后，樓梯間及電梯井部位擬采用花籃拉桿式型鋼懸挑架。

該項(xiàng)目3棟樓懸挑鋼梁的布置如圖1～圖3所示（云線部位為花籃拉桿式懸挑架），該項(xiàng)目花籃拉桿式懸挑架體系大樣如圖4所示。

圖1 5#樓懸挑鋼梁平面布置示意

圖2 10#樓懸挑鋼梁平面布置示意

圖3 11#樓懸挑鋼梁平面布置示意

圖4 花籃拉桿式懸挑架體系大樣

2 花籃拉桿式懸挑架項(xiàng)目應(yīng)用情況

2.1 懸挑架配置及周轉(zhuǎn)方法

根據(jù)3棟樓的樓層高度選擇首次懸挑的樓層，每次懸挑架體搭設(shè)高度不超過6層。下層懸挑架體拆除時(shí)間為上層懸挑架搭設(shè)完成且主體結(jié)構(gòu)施工3層后。主要考慮下層懸挑架防護(hù)樓層內(nèi)周轉(zhuǎn)材料拆除并全部周轉(zhuǎn)至上層懸挑防護(hù)樓層范圍內(nèi)，因此懸挑型鋼梁及相應(yīng)配套構(gòu)件配置2層，鋼管扣件架體配置9層，以保證樓棟外架周轉(zhuǎn)需求。

花籃拉桿式懸挑腳手架組合工字鋼安裝時(shí)，梁側(cè)混凝土強(qiáng)度不得低于10 MPa。懸挑樓層墻柱、梁板澆筑完成后，優(yōu)先拆除周圈梁側(cè)及外墻模板，為組合懸挑工字鋼安裝創(chuàng)造條件，花籃拉桿在懸挑層以上第2層結(jié)構(gòu)開始施工時(shí)安裝。

2.2 花籃拉桿式懸挑架安裝及拆除要點(diǎn)

花籃拉桿上部拉結(jié)點(diǎn)位置應(yīng)預(yù)埋精準(zhǔn)，防止出現(xiàn)拉桿過長或過短，導(dǎo)致拉桿無法安裝的情況。

角部工字鋼采用雙拉桿，角部架體立桿排布應(yīng)考慮避開拉桿位置，防止拉桿與立桿位置沖突。

在應(yīng)用花籃拉桿式懸挑架過程中，每棟樓普遍采用2套組合工字鋼進(jìn)行周轉(zhuǎn)，第N－1次懸挑工字鋼拆除時(shí)，底部架體均已拆除周轉(zhuǎn)至第N次懸挑架使用，第N－1次懸挑工字鋼穿墻螺栓拆除時(shí)無人員操作面，如何保證穿墻螺栓安全便利拆除是重點(diǎn)。

為解決工字鋼拆除困難的問題，在該工程的花籃拉桿式懸挑架中，將穿墻螺栓螺母朝室內(nèi)方向，室外是螺栓頭和墊片。拆除時(shí)，室外操作人員系好安全帶后，先通過鋪設(shè)跳板將拆除的工字鋼與塔吊吊繩綁扎牢固，室內(nèi)操作人員在室內(nèi)卸掉螺母后，即可將工字鋼吊運(yùn)到地面或者拉至室內(nèi)，大大降低了拆除難度。

因室外操作人員需通過在工字鋼梁上鋪設(shè)跳板作為工作面綁扎吊繩，為保證跳板具備鋪設(shè)條件，組合型鋼梁拆除必須從陽角開始拆除工字鋼，依次向后退拆，保證操作人員作業(yè)面，最后拆除至窗洞口位置工字鋼。

拆除本層窗洞口位置工字鋼時(shí)，工人站在本層窗洞口進(jìn)行拆除，設(shè)置一鋼管斜撐在室內(nèi)，工人安全帶綁扎在該鋼管上，保證工人作業(yè)安全。

3 花籃拉桿式懸挑架應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 成本優(yōu)勢

3.1.1 花籃拉桿式懸挑架與傳統(tǒng)懸挑架一次投入對比分析

該工程投入106套花籃拉桿式工字鋼，所使用的材料均為現(xiàn)場制作，以下將2種形式的懸挑架一次性投入進(jìn)行對比，如表2、表3所示。

表2 106套花籃拉桿式組合工字鋼一次性投入分析

表3 106套傳統(tǒng)懸挑工字鋼（按標(biāo)準(zhǔn)4 m長度計(jì)算）一次性投入分析

按一次性投入進(jìn)行對比，花籃拉桿式懸挑架較常規(guī)型鋼懸挑架成本投入可降低15%左右。在全公司推廣應(yīng)用后，可在各項(xiàng)目間周轉(zhuǎn)使用，其成本可在各項(xiàng)目間進(jìn)行攤銷，大大降低了鋼材投入和租賃成本。

3.1.2 花籃拉桿式懸挑架與傳統(tǒng)懸挑架損耗對比分析

花籃拉桿式懸挑架在正常使用過程中，組合工字鋼及花籃拉桿幾乎為零損耗，預(yù)埋的鋼套管為100%損耗；高強(qiáng)螺栓及墊片在周轉(zhuǎn)使用過程中僅有少量丟失，損耗可忽略不計(jì)。

傳統(tǒng)懸挑工字鋼懸挑架在正常使用過程中，懸挑工字鋼幾乎為零損耗；U形錨環(huán)采用塑料套管方式預(yù)埋時(shí)，室內(nèi)無水房間部位U形錨環(huán)無損耗，可周轉(zhuǎn)使用，但廚衛(wèi)等有水房間不得采用塑料套管，必須采用一次預(yù)埋方式，因此有水房間的U形錨環(huán)全部損耗。

全部采用一次預(yù)埋方式時(shí)，U形錨環(huán)需全部切割，因此全部損耗。螺母及配套墊片使用數(shù)量較多，操作人員拆卸后往往不會及時(shí)回收，實(shí)際施工過程中，螺母及墊片丟失嚴(yán)重。

傳統(tǒng)懸挑架卸荷鋼絲繩在正常使用過程中基本為零損耗；鋼絲繩錨環(huán)一般在山墻位置采用蝸牛環(huán)，窗洞口等其余部位采用預(yù)埋幾字形錨環(huán)；實(shí)際使用過程中，會發(fā)生少量蝸牛環(huán)及螺母丟失，預(yù)埋的幾字形錨環(huán)全部需切割，100%損耗。

由以上分析可知，花籃拉桿式組合工字鋼所采用的各個構(gòu)件在周轉(zhuǎn)過程中除考慮到高強(qiáng)螺栓丟失小部分外，其余部分幾乎無損耗，基本可100%周轉(zhuǎn)，與傳統(tǒng)做法的懸挑型鋼梁對比，不僅減少了型鋼投入量，且斜拉構(gòu)配件及預(yù)埋件均可二次利用，成本優(yōu)勢明顯。

3.2 花籃拉桿式懸挑架對工程精益建造施工優(yōu)勢分析

3.2.1 花籃拉桿式懸挑架與傳統(tǒng)懸挑架對結(jié)構(gòu)質(zhì)量的影響對比分析

在對外墻結(jié)構(gòu)的影響方面：花籃拉桿式懸挑架不需要穿墻安裝，無需對工字鋼洞口進(jìn)行封堵，減少了多余工序，有效杜絕外墻滲水漏水現(xiàn)象，能有效保證主體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，提高了一次成優(yōu)率。傳統(tǒng)懸挑架必須穿過建筑物的外墻，伸入室內(nèi)鋪設(shè)在主體結(jié)構(gòu)樓面上，再用U形預(yù)埋件錨固在樓面板和樓面梁上。工字鋼穿過建筑外墻，破壞原有建筑結(jié)構(gòu)，且容易造成外墻滲水漏水。

在對樓面結(jié)構(gòu)的影響方面：花籃拉桿式懸挑架工字鋼預(yù)埋安裝在結(jié)構(gòu)梁的梁側(cè)，無需在結(jié)構(gòu)樓板預(yù)留或預(yù)埋，有利于保持原結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有效避免滲漏。傳統(tǒng)懸挑架采用預(yù)埋錨環(huán)或者塑料套管預(yù)埋的方式均需在結(jié)構(gòu)樓板預(yù)埋，結(jié)構(gòu)樓板預(yù)留錨環(huán)需二次封堵或切割，極易造成滲漏。

在架體拆除后結(jié)構(gòu)處理方面：花籃拉桿式懸挑架拆除后，外墻遺留3個φ25 mm的螺栓洞，需采用膨脹水泥砂漿在兩端50 mm范圍內(nèi)封堵，中間使用發(fā)泡劑封堵，洞口周邊100 mm范圍內(nèi)做涂膜防水層。封堵工序簡單，施工便利，質(zhì)量易保證。傳統(tǒng)懸挑架工字鋼懸挑架洞口周邊進(jìn)行剔鑿、清理，外側(cè)支設(shè)吊模，內(nèi)側(cè)支設(shè)喇叭口，澆筑高一級的微膨脹混凝土，洞口外側(cè)周邊100 mm范圍內(nèi)應(yīng)做涂膜防水層。工字鋼錨固端及卸荷鋼絲繩錨環(huán)切除后，涂刷防銹漆。工序繁雜，施工不便，封堵質(zhì)量不易保證。

通過以上對比分析可見，采用花籃拉桿式懸挑架可在最大程度上降低懸挑架對原主體結(jié)構(gòu)的影響，且二次處理方便快捷，有效保證了原主體結(jié)構(gòu)承載力及安全穩(wěn)定，大大降低了滲漏風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 花籃拉桿式懸挑架與傳統(tǒng)懸挑架對工序穿插施工的影響對比分析

花籃拉桿式型鋼懸挑腳手架，室內(nèi)沒有型鋼梁妨礙建筑垃圾清理及施工人員行走，鋼梁布置層砌筑、地面等各種施工工序可交叉進(jìn)行，有利于工序合理穿插，控制關(guān)鍵工期節(jié)點(diǎn)，減少工作面閑置。

采用花籃拉桿式懸挑架，可充分保證二次結(jié)構(gòu)及地面施工依次插入施工，避免樓層間往返施工，最大程度上保留了穿插作業(yè)面。

主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層按6 d一層節(jié)奏施工，當(dāng)施工至10層時(shí)，充分利用10層及以下樓層工作面，及時(shí)組織二次結(jié)構(gòu)插入。二次結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層按6層一天節(jié)奏施工，采用傳統(tǒng)工字鋼懸挑架。

當(dāng)二次結(jié)構(gòu)施工至懸挑鋼梁布置層時(shí)，型鋼梁未拆除，樓層內(nèi)不具備施工作業(yè)面，需對懸挑層進(jìn)行甩項(xiàng)，優(yōu)先施工上部非懸挑層，待型鋼梁拆除完成后，再返回施工懸挑層，作業(yè)面不連續(xù)，極易造成工人窩工；采用花籃拉桿式懸挑架，二次結(jié)構(gòu)施工可不受型鋼梁拆除進(jìn)度影響，既可保證連續(xù)移交工作面，又可充分保證懸挑層作業(yè)面整潔，通過等步距的時(shí)間安排，實(shí)現(xiàn)均衡施工，既可提升施工質(zhì)量，又可利用緊湊工序穿插，縮短總體工期。

3.3 花籃拉桿式懸挑架搭拆便捷

在架體搭拆便捷程度上，對2種架體進(jìn)行分析。

花籃拉桿式懸挑架單根鋼梁常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)長度范圍為1.3～1.8 m，1.8 m主要用于陽角部位，單根鋼梁自重在31.39～43.45 kg范圍內(nèi)，單根鋼梁2人配合安裝即可，不需要塔吊配合，不影響其他工種施工。

拆除時(shí)，1人拆卸螺母后，由塔吊將工字鋼吊運(yùn)至地面。

傳統(tǒng)工字鋼懸挑架單根鋼梁長度一般在4～6 m，自重在96.57～144.86 kg范圍內(nèi)，2～4人配合安裝，需要塔吊全程配合，影響其他工種施工。

拆除時(shí)，至少2人配合，在室內(nèi)拆除工字鋼固定端，由塔吊將工字鋼吊運(yùn)至地面。

由以上分析可知，傳統(tǒng)工字鋼因質(zhì)量較重，標(biāo)準(zhǔn)長度質(zhì)量約100 kg，至少需2人配合調(diào)整位置，安拆全程需塔吊配合，花籃拉桿式組合工字鋼標(biāo)準(zhǔn)長度單根質(zhì)量在35 kg左右，質(zhì)量較輕，2人即可順利操作安拆，不需塔吊全程配合，鋼筋等其他工種可正常施工。

3.4 花籃拉桿式懸挑架承載力及安全性優(yōu)勢

將相同工況下傳統(tǒng)工字鋼懸挑架與花籃組合式工字鋼懸挑架的應(yīng)力值與撓度進(jìn)行對比，工字鋼采用18#型鋼，懸挑長度1.3 m，內(nèi)立桿與建筑外墻或外挑結(jié)構(gòu)距離300 mm＋腳手架橫距800 mm＋外立桿至工字鋼端部預(yù)留100 mm，雙排鋼管扣件式腳手架搭設(shè)高度18 m，傳統(tǒng)工字鋼采用長4 m的工字鋼，出挑長度1.3 m，錨固長度2.7 m。

在相同工況下，雙排腳手架單立桿荷載標(biāo)準(zhǔn)值8 kN，雙排腳手架單立桿荷載設(shè)計(jì)值9.2 kN。

在抗彎強(qiáng)度方面，花籃拉桿式組合工字鋼抗彎應(yīng)力值為σmax＝Mmax/W＝1.72×106/185 000＝9.297 N/mm2；傳統(tǒng)工字鋼懸挑架抗彎應(yīng)力值σmax＝Mmax/W＝13.125×106/185 000＝70.946 N/mm2。

在撓度方面，花籃拉桿式組合工字鋼最大撓度為νmax＝0.029 mm，傳統(tǒng)懸挑架工字鋼最大撓度為5.3 mm。

由以上對比可以看出：在相同搭設(shè)高度、相同荷載以及出挑長度相同的工況下，花籃拉桿式組合工字型鋼梁的最大應(yīng)力值為9.297 N/mm2，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)懸挑工字鋼最大應(yīng)力值70.946 N/mm2，與常規(guī)懸挑工字鋼梁相比，抗彎性能更好，承載力更強(qiáng)；花籃拉桿式組合工字鋼梁產(chǎn)生的最大撓度為0.029 mm，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)懸挑工字鋼產(chǎn)生的最大撓度5.3 mm，變形更小，安全性更高。

3.5 花籃拉桿式懸挑架布置靈活簡便

花籃拉桿式懸挑架鋼梁在樓層陰陽角部位布置靈活簡便，僅需按設(shè)計(jì)間距要求預(yù)埋，樓內(nèi)無工字鋼錨固端，深化簡單，施工簡便，能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的樓層結(jié)構(gòu)形式，相應(yīng)角部布置如圖5所示。

圖5 花籃拉桿式懸挑架角部布置示意

傳統(tǒng)工字鋼梁在樓層陰陽角部位，工字鋼梁需避開結(jié)構(gòu)角部暗柱主筋，避免對結(jié)構(gòu)造成不利影響，室內(nèi)工字鋼梁錨固段要避免互相沖突；常規(guī)部位的工字鋼梁在滿足錨固段與懸挑段比例的同時(shí)，也應(yīng)盡量避開暗柱主筋。工字鋼布置深化難度大，施工繁雜，相應(yīng)角部工字鋼梁布置如圖6所示。

圖6 傳統(tǒng)工字鋼懸挑架角部工字鋼梁布置示意

對2種懸挑架在樓梯間、電梯井部位的應(yīng)用效果進(jìn)行對比，花籃拉桿式懸挑架在電梯井及樓梯間無工字鋼梁，疏散通道暢通，電梯井操作平臺可隨主體結(jié)構(gòu)提升，如圖7所示。

圖7 花籃拉桿式懸挑架樓梯間電梯井部位布置示意

傳統(tǒng)工字鋼懸挑架布設(shè)工字鋼妨礙樓層施工，阻塞樓內(nèi)安全疏散通道，電梯井部位穿工字鋼影響電梯井操作平臺提升，如圖8所示。

圖8 傳統(tǒng)工字鋼懸挑架樓梯間電梯井部位布置示意

由以上分析可以明顯地看出，相較于傳統(tǒng)工字鋼懸挑架，花籃拉桿式懸挑架更加適應(yīng)于復(fù)雜多變結(jié)構(gòu)形式的施工場景，在陰陽角部位僅需布置角部工字鋼即可，常規(guī)部位可按設(shè)計(jì)間距規(guī)則排布，樓梯間電梯井部位也可以靈活布置，避免了布設(shè)常規(guī)工字鋼懸挑架所帶來的一系列問題。

4 結(jié)語

結(jié)合項(xiàng)目使用情況，花籃拉桿式懸挑架具有安拆輕便、布置靈活、安全可靠、承載力較高、有利于精益建造及工序合理穿插等優(yōu)點(diǎn)且兼具成本優(yōu)勢，在實(shí)際施工中得到了驗(yàn)證[1-14]。該施工技術(shù)可供其他類似工程參考，在同類工程中值得大力推廣及廣泛應(yīng)用。