高层建筑施工中型钢外挑架在特殊位置的处理

【摘 要】因外架布置受建筑功能布局和负杂的建筑轮廓影响，难以靠单一结构形式满足施工要求。针对外悬挑钢梁在建筑阳角、井道、楼梯间等特殊位置时，合理选择外架悬挑结构形式，保证高层建筑外架安全可靠。

【关键词】型钢挑架；阳角；电梯井

1 项目概况

云大科技信息产业研发中心位于云南大学东一院内体育馆旁，北临圆通北路，南临圆西路。本工程建筑面积62188.9m2，其中地下建筑面积14974m2。建筑总高64.85米其中1层5.1m，2层4.5，3层4.3m。Ⅰ区为地下车库，Ⅱ区地上5层商场，Ⅲ区地上部分有15层、20层二栋塔楼。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区地下均为1层车库。Ⅰ、Ⅱ均为区采用框架结构，Ⅲ区采用框架剪力墙结构。三区在地下通过预留通道连通，使其在建筑功能上仍能贯通的整体。五层裙房部分框架结构，公寓楼部分高层建筑主体框架采用剪力墙结构；抗震设防为8度。

2 方案选择

因业主要求本工程裙房部分提前交付使用，现场不具备落地架搭设条件，2层以上须设挑架架空。按照云南建工集团要求，禁止使用普通扣件式钢管外挑架。经分析，拟在2层、7层、14层设三层型钢挑架分段承担脚手架荷载，每段控制高度为24m。拟采用I18号普通工字钢外挑方案（图1）。在楼梯间、剪力墙处钢梁不便布置在室内，故拟采用工字钢设端板与结构梁采用螺栓连接（图2）。为确保方案安全可行，对钢梁承载力、整体稳定、端板焊缝、连接螺栓、拉绳强度、脚手架等分别进行验算分析。

3 搭设方式及技术参数

3.1 根据工程要求外挑式脚手架方案六层以上按七层划分为一段，裙房二到五层为一段，共需设置三段，每段底部设工字钢梁和吊索为承载装置，公寓部分拟搭设上段脚手架时，下段脚手架逐渐拆卸，最后拆除承载装置工字钢、钢丝绳等，拆下来的材料用为上段脚手架的搭设，主体结构施工完毕，将最后一段挑架由上而下逐渐拆除。

图1 外架搭设剖面1

3.2 当外架悬挑型钢遇剪力墙、楼梯件时，选用型钢工14工字钢作为外挑梁，长1.5米，第一段外挑架先在二层混凝土梁中预埋Φ25穿墙螺栓，每根型钢用4根Φ25的螺栓与混凝土梁连接，型钢@1500，立杆纵向间距1500mm，横向间距1050mm，内立杆与建筑物间距350 mm，步距1800mm，在建筑物外侧立面整个长度和高度上连续设置剪刀撑。

图2 外架搭设剖面2

3.3 钢梁承载装置技术参数

序号 构配件名称 尺寸、型号 技术要求

1 工字钢钢梁 I14长1.5m（1.7m） Q235A

2 钢梁连墙板 350×200×12钢板 Q235A

3 钢梁连墙杆 4Φ25 Q235A

4 吊 索 6×19，2Φ14光面钢丝绳 破断拉力102

5 花篮螺丝 OO型3.0 允许荷载≥30KN

6 吊 环 1Φ20圆钢 热弯直径120mm

7 连墙螺拴 4Φ25 Q235A

3.4 脚手架部件参数

钢管：38.4 N/m 扣件：15 N/只

钢笆片：125 N/m2 木脚手板：150 N/m2

安全网：5 N/m2

4 荷载计算

作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。

静荷载标准值包括以下内容：

4.1 每米立杆承受的结构自重标准值(kN/m)；本工程为0.1141

NG1=0.114×24.000=2.739kN

4.2 脚手板的自重标准值(kN/m2)；本工程采用竹笆片脚手板，标准值为0.15

NG2=0.150×4×1.500×(1.050+0.250)/2=0.585kN

4.3 栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m)；本工程采用栏杆、竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15

NG3=0.150×1.500×4/2=0.450kN

4.4 吊挂的安全设施荷载，包括安全网(kN/m2)；0.005

NG4=0.005×1.500×24.000=0.180kN

经计算得到，静荷载标准值NG=NG1+ NG2+NG3+NG4=3.953kN。

活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，内、外立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。

经计算得到，活荷载标准值NQ=3.000× 2×1.500×1.050/2=4.725kN

风荷载标准值应按照以下公式计算

其中W0――基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)附录表D.4的规定采用：W0=0.300

Uz――风荷载高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)附录表7.2.1的规定采用：Uz=1.670

Us――风荷载体型系数：Us=0.872

经计算得到，风荷载标准值Wk=0.7×0.300×1.670×0.872=0.306kN/m2。

考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式

N=1.2NG+0.85×1.4NQ

经过计算得到，底部立杆的最大轴向压力N=1.2×3.953+0.85×1.4×4.725=10.367kN

不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式

N=1.2NG+1.4NQ

经过计算得到，底部立杆的最大轴向压力N=1.2×3.953+1.4×4.725=11.359kN

风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW计算公式

MW=0.85×1.4Wklah2/10

其中Wk――风荷载标准值(kN/m2)；

la――立杆的纵距(m)；

h――立杆的步距(m)。

经过计算得到风荷载产生的弯矩Mw=0.85×1.4×0.306×1.500×1.800×1.800/10=0.177kN.m

由以上计算结果可知，立杆作用于悬挑型钢的最大荷载为11.359KN。

18＃普通工字钢自重为0.29KN/m，14＃工字钢自重为0.20KN/m。

5 计算模型

对于有条件布置内伸式型钢挑梁的部分，按2跨梁计算，内伸跨为简支，外挑跨为悬挑（见图3）。

图3

对于有条件布置内伸式型钢挑梁的部分，但处于阳角处，外挑钢梁长度长，须在钢梁外端设斜拉钢绳，按2跨简支梁计算（见图4）。

对于遇剪力墙、楼梯间处无条件布置内伸式型钢挑梁的部分，型钢内端与边梁锚固，外端设设斜拉钢绳，按内端为固定支座，外端简支梁计算（见图5）。

6 计算结果

根据以上简图计算，将计算结果统计得下表：表2型钢力学计算结果统计表

由上表表2可知，以上三种外架悬挑方式均安全可靠。

7 方案实施及总结

方案制定完成并经云南工程建设总承包公司技术中心审批后项目部开始按本方案进行实施。在施工过程中，严格按照本方案进行锚筋预埋、型刚安装、变形监测、使用维护。本外架安全地保证了本工程在结构、装饰等阶段的施工防护要求，达到了方案制定目标。

在建筑工程施工中，因外架布置受建筑功能布局和负杂的建筑轮廓影响，难以靠单一结构形式满足施工要求。无钢绳外挑式型钢悬挑外脚手架因施工中其对型钢无焊接等损伤影响，可无损回收，可重复周转使用，便于租赁公司定型化、标准化制作，在昆明地区很受欢迎，但在建筑阳角、井道、楼梯间等特殊位置时，缺乏安全可靠的内伸锚固条件，不宜采用。

本方案针对外悬挑钢梁在建筑阳角、井道、楼梯间等特殊位置时，合理选择外架悬挑结构形式，经过认真的设计计算分析、精心施工，细心维护，使本方案安全顺利实施。经项目部变形监测，实际变形均略小于计算变形值，在整个施工过程中未出现外架防护安全事故，在高层建筑施工中采用本型钢悬挑外架是可行的。