改進型外掛防護架在某裝配式混凝土建筑中的應用

文／張亞雄 南通中房工程建設監理有限公司 江蘇南通 226011

引言：

在推廣運用裝配式混凝土建筑的過程中，因其有別于現場澆筑混凝土的傳統施工方式，除其本身施工工藝、施工方法等發生了較大的變化外，一些與其相配套的施工工藝、施工方法、防護設施也發生了變化，與裝配式混凝土建筑的技術上下呼應，高度融合，起到了很好的輔助和保障作用，促進了裝配式混凝土建筑的發展。這當中，有些屬于創新型成果，有些屬于改革型成果，但都凝聚了廣大建設科技工作者的智慧。本文將要著重介紹的外掛式防護架技術在工程建設領域已應用多年，在與裝配式混凝土建筑技術相結合后又萌發了新的生機，發揮了新的作用。

1.工程概況

某停車綜合樓工程（以下簡稱“本工程”），總建筑面積49595 ㎡(其中地上16 層，計42073 ㎡；地下二層，計7522 ㎡)，地上分高低二區，高區16 層，低區8層，建筑高度為63.3m。主要建筑功能為車庫及業務用房，設計使用年限為50年，抗震設防烈度為7 度。結構形式分為二種，地下室以及一層采用傳統框架剪力墻結構；二層以上結構為預制裝配式混凝土結構（其中剪力墻部分為現澆），采用的預制構件主要有預制柱、疊合梁、疊合板、預制樓梯四種類型，預制裝配率約57%。本工程于2015年4月10日開工，2016年11月30日竣工，獲2018-2019年度國家優質工程獎。

2.采用預制裝配式建筑的背景

本工程在開工建設之初，正值裝配式建筑試點示范時期，當地政府和主管需要嚴格遵循國家及有關部門頒布的明文規定，落實社會節能減排基本國策，切實滿足建筑領域側供給改革需求，培育新的經濟增長點，推動當地的裝配式建筑發展進程，經認真商討和仔細研究，將本工程定為裝配式試點項目，努力探索和積累裝配式建筑建造過程中有關管理和技術方面的經驗，使建筑工程穩步趨向于裝配化發展。承建本工程的施工企業具有特級資質，且其早在2010年時就已涉足裝配式建筑領域，具備了一定的實力和能力。

3.本工程外圍立體防護的技術難點

由于場地狹小，現場外腳手架的選用和布置受牽制因素較多，如何做好基礎、主體結構、裝飾修三個分部工程施工期間的外圍立體防護工作是本工程的一個技術難點問題。

4.采用外掛防護架的整體思路

（1）根據以上對本工程外圍立體防護的特點和難點問題的分析，施工單位技術人員在充分聽取專家和有關參建單位建議的基礎上，形成了以下選用外圍立體防護體系的思路：

①地下室及地上一、二層主體結構施工期間采用落地式扣件鋼管腳手架。

②三層以上主體結構施工期間采用外掛防護架。

③裝飾修工程施工期間采用吊籃。

（2）在裝配式混凝土建筑主體結構施工過程中使用的外掛防護架既可以采用傳統的扣件鋼管腳手架防護系統，也可以采用與裝配式混凝土建筑相配套的簡易外掛防護架，二者的優缺點比較見下表1：

表1 扣件鋼管腳手架和改進型外掛防護架對比

（3）外掛防護架選用原則

①架體結構設計環節需要切實保障結構的安全性、可靠度，將造價建設成本控制在適宜范圍之內。

②要求支架需要在規定條件及使用期間內建設，從根本上保障支架整體的安全性、適應度。

③在選擇支架材料時，需要確保材料運輸便捷、后續能夠有效保養及維護。

④構架選型環節還需要確保構架整體受力精準，要求構架結構穩固可靠，后續拆卸及安裝便捷，能夠通過安全質量檢驗。

⑤外掛腳手架的搭設還必須符合JGJ59-2011 的檢查標準要求。

（4）外掛防護架選用結果

施工單位技術人員經對扣件鋼管外掛防護架與改進型的外掛防護架進行技術經濟比較分析后，結合本工程實際情況，參照自身公司已具備的類似工程外掛防護架的施工經驗，最終決定選用改進型外掛防護架。

5.改進型外掛防護架的設計計算

5.1 改進型外掛防護架剖面圖

圖1 改進型外掛防護架剖面圖

5.2 荷載工況

根據《建筑施工工具式腳手架安全技術規范》（JGJ202-2010）以及專家在專項施工方案論證時提出的意見，驗算了三個施工工況：

（1）工作狀態：此時考慮永久荷載、可變荷載、工作狀態風荷載。

（2）非工作狀態：考慮永久荷載和非工作狀態風荷載。

（3）吊裝工況：考慮永久荷載。

5.3 荷載計算

（1）三角支托架最大間距按1.8m 計算，上部操作平臺兩邊超出三角架1.15m。

（2）架體材料選用Q235 鋼，密度取7.85T/m3,沖壓鋼腳手板自重為0.3KN/㎡，安全鋼絲網自重為1.5kg/㎡。

（3）施工荷載按1KN/㎡考慮。

（4）工作狀態基本風壓取值為0.3KN/㎡,考慮到迎風面為安全鋼絲網，偏安全地考慮鋼絲網每格單元尺寸為35mm×35mm,鋼絲直徑為4mm，則其有效迎風面與鋼絲網面積之比為（35×2）×4÷（35×35）=0.23，風荷載體型系數為1.3×0.23=0.299，地面粗糙度按C 類地區考慮，建筑高度63.3m, 查《建筑荷載規范》（GB50009-2012） 后知風壓高度變化系數為1.2264，則工作狀態風荷載標準值為：0.7×1.2264×0.299×0.3=0.077KN/㎡；非工作狀態基本風壓取值為0.45KN/㎡,其余參數同前，非工作狀態風荷載標準值為：0.7×1.2264×0.299×0.45=0.116KN/㎡。

（5）采用MIDAS 軟件計算，有限單元模型如下圖2：

桿件采用梁單元，部分桿件根據實際制作情況釋放梁端約束，沖壓鋼腳手板和安全鋼絲網自重荷載以及風荷載通過板單元傳遞，板單元厚度取1mm，彈性模量1×105MPa,以減少對結構的影響。

（6）荷載效應組合

①永久荷載+施工活荷載；

②永久荷載+0.9（施工均布活荷載+風荷載）。

以上兩者取最不利情況。

（7）計算結果

經計算，該型外掛防護架滿足要求，有安全保證。在此，筆者提醒初次使用者，1 號桿件產生的應力最大，容易超限，如有超限情況發生，則須相應加大型鋼截面或改變計算模型。

6.施工工藝流程及方法

6.1 工藝流程

6.2 施工方法

（1）本工程除地下室、一層、頂層外，均使用了預制構件，外掛防護架附著點大部分位于疊合梁上，所以在工廠制作疊合梁時預先已留好螺栓穿梁洞口，少量位于現澆梁上的附著點則采用預留套管的方法予以解決。（2）外掛防護架的受力主體采用槽鋼/鋼管焊接成的三角支托鋼架，要求防護架的間距應當為1.8 米，形成獨立的使用與提升單元，鋼架在樓面疊合梁中部附著點采用直徑為Ф27mm 的8.8 級高強螺栓懸掛架體。（3）新進場首次投入使用的外掛防護架在搭建及安裝完畢后，須經堆載試驗，荷載取值2×3×75KG（每片限載3 人，每人平均體重75KG），持載4h 后未發現焊縫開裂，結構變形等情況后方可投入使用。荷載試驗部位由項目部安全管理部門指定，試驗過程中派專人在地面管理，外掛防護架下方10m 范圍內不得有人通過。（4）常溫施工時，疊合梁現澆混凝土強度要求達到7.5Mpa 以上（冬期施工要求達到10Mpa 以上）才可組裝外掛防護架。（5）本工程利用塔吊提升外掛防護架，首先拆除鄰近的架體連接件，要求單元組合架結構中的連接桿件、護欄以及腳手板等始終保持穩固狀態，操作平臺上各種物料要清除干凈，禁止在作業平臺上堆放模板或者鋼管的材料。（6）在每片三角架處設置兩處起吊點。（7）在確保塔吊吊鉤安裝牢固后需要輕微起吊，測量平衡架體重量，卸除高強螺栓上的架體荷載，然后再松動高強螺栓內側螺母，檢查是否全部松動，確認無誤后方可起吊，始終保持吊鉤處于垂直、平衡、緩慢狀態。在架體結構兩側以及上下綁扎架體平衡纜風繩，要求操作人員應當在樓層上控制纜風繩，使攬風繩能夠使架體結構保持在左右平衡狀態，輔助塔吊，使塔吊能夠移動到擬就位的高強螺栓上。架體就位前高強螺栓必須裝齊，每個高強螺栓配一個墊片和2 個螺母，在架體就位后需要緊固內側螺栓，在所有螺栓都緊固后，才可以摘除。（8）在外掛防護架重新投入使用前，著重檢查架體結構的連接件，確保連接件始終處于緊固狀態。借助上下三道短鋼管，使架體結構能夠連接成統一整體。（9）逐片提升外掛防護架，不得相互鉤掛，固定完畢后，要求高強螺栓需要在防護架下層平臺處拆除，實現高效運轉使用目標。

7.搭設時的安全保證措施及架體防護

（1）操作層及防護層應當鋪設腳手板，立面使用適宜規格的鋼絲網片封閉。防護層的腳手架處使用密封式的安全網以及平網兜底，鋪設18cm 高擋腳板和1.2m 高的防護欄桿。（2）架體與主體結構、兩側外掛防護架之間的間距以及竹籬片腳手板封閉應使用鐵絲固定在架體上。（3）在每個流水段外掛防護架的端頭、墻頭陽角處沒有防護欄桿情況下，用鋼管進行封閉并設置安全網。（4）做好外掛防護架施工人員進場時安全教育和技術交底工作。（5）施工人員持證上崗，非專業人員不得參加安裝和拆卸架體工作。（6）作業時，施工人員需要嚴格遵守安全管理規范，禁止穿硬底鞋、皮鞋、拖鞋上班，一律穿軟底球鞋。（7）施工人員嚴格執行操作規程，按專項施工方案安拆，不得違章作業、違章指揮。（8）班前禁止飲酒。（9）安、拆架體時，在作業區下方劃出警戒區，拉好警戒線，配備專門人員看護，禁止高空拋物。（10）遇有五級以上大風、大雨、大霧及惡劣天氣時，停止作業。

8.提升時注意事項

（1）外掛防護架提升用的鋼絲繩直徑大于12.5mm，滿足現行國家標準《重要用途鋼絲繩》（GB8918）的要求。（2）在外掛防護架提升前首先掛號吊鉤，拆除支架桿件，松動高強螺栓。螺栓需要穿入預留孔中，控制出墻距離，開展掛架工作。（3）提升過程中，確保吊鉤處于外掛防護架重心部位，避免掛架失穩倒轉，緩慢提到上層后，每榀的螺栓孔須保證同時掛在高強螺栓上。（4）在外掛防護架就位后，高強螺栓未緊固前，塔吊不允許脫鉤。（5）在外掛防護架提升過程中嚴禁人員站在防護架上，安裝完畢前不允許上人。（6）外掛防護架環節，需要嚴格遵守提升順序，有效配合提升、固定與封閉工作，避免拆除兩片以上的架體或連接件。（7）操作人員在穿鋼絲繩掛鉤過程中要系好安全帶。

9.外掛防護架驗收及使用

（1）本工程外掛防護架在每一層提升安裝完畢后，由監理單位、總包單位、安拆單位、外架提供單位按照《建筑施工工具式腳手架安全技術規范》（JGJ202-2010）第8.3.2 條要求共同進行驗收，驗收合格后投入使用。（2）在主體結構施工期間，外掛防護架主要為施工人員提供操作面、通行條件、安全防護，禁止堆放其他材料和施工機具（如腳手架、鋼管、模板、焊機、泵管等），架體允許最大施工荷載為0.8KN/m2，并掛牌限載。（3）外掛防護架經驗收投入使用后，任何人不得擅自拆改，確因施工需要改動時，經項目經理批準，由架子工負責實施。（4）安全員隨時檢查外掛防護架使用情況，嚴禁施工人員在架體上集中停留或跑跳嬉鬧。（5）項目部定期對外掛防護架使用情況進行檢查、監測，以便發現異常情況后能及時處理。（6）動力線和照明線不允許直接搭在架子上，設有瓷瓶和支架。（7）除常規要求外，五級以上大風、大霧、大雨和大雪天氣停止利用外掛防護架作業。

結語：

新技術、新材料、新工藝、新設備與新的建造方式之間是一種由量變到質變的循序漸進的關系?！八男隆钡淖兓蟛糠智闆r下只引起局部的變化，但其中一種發生了革命性的變化，抑或是幾者變化疊加以后，帶來的往往是建造方式的革命性變化，裝配式建筑的出現就是一個很好的佐證。正因為裝配式建筑的建造方式有別于傳統的建造方式，對于工程建設者而言，它帶來了一系列新的東西，如理念、認知、概念、技術、工藝等。我們工程建設者只有主動投身到這股發展變化的潮流中去，持續學習、開拓創新、不斷進取、敢于突破，才能實現轉型升級。在本工程外掛防護架的應用過程中，筆者對此深有體會，外掛防護架早已有之，但如何更好地應用到裝配式建筑中來，這是一個新的課題，改革創新則是必由路徑。雖然只是對既有技術做了一些小小的改進，但收獲的成效卻是很大的，作為一種新興的簡易的配套產品，卻充分體現了綠色、節能、環保、靈活等特點，為工程順利、有序、安全地建設發揮了很大的作用。今后，我們將在此基礎上不斷加以總結和提煉，爭取更大進步。