新型梁式悬挑脚手架在装配式工程中的应用

装配式工程在我国大面积推广，原有施工技术暨需要改进，普通悬挑式脚手架搭设方法已桎梏建造步伐，不能适应时代发展。应运而生的新型梁式悬挑脚手架逐渐进入建筑市场，通过总结大量的施工实践经验，结合结构安全理论和现行技术规范，并借鉴同行业的有益成果，对普通悬挑架搭设方法进行了改进。分析创新改进后的新型梁式悬挑脚手架在实际工程中如何应用，从而进一步推进梁式悬挑脚手架在工程中的作用，以期实现建筑施工企业施工技术的快速提升。

1   工程概况

本工程为大冶碧桂园四期A地块，建设地点位于大冶市花园路以东，占地面积约4.75万 ㎡，由1栋17层洋房、1栋18层洋房、1栋26层、6栋27层、2栋10层、1栋15层、1栋17层、2栋底商，1栋门楼组成。其中地下室建筑面积约2.73万 ㎡，地上部分面积约12.12万 ㎡，总建筑面积约14.8万 ㎡；高层洋房结构形式为剪力墙结构，采用成孔灌注桩基础。其中1、2、3、6、8、9、12、13号楼采用新型梁式悬挑脚手架施工。以6号楼为例，探讨新型梁式悬挑脚手架在工程中的应用。针对工程情况和特点，为克服传统悬挑方式的弊端，在分析了“新型全装配梁式悬挑脚手架”的优点、可靠性后，本工程确定采用分段搭设的“新型全装配梁式悬挑脚手架”。

2   新型梁式悬挑脚手架简介

2.1   传统悬挑方式脚手架的弊端

高层建筑中当钢管扣件式外脚手架需要超高搭设时，通常采用分段搭设防护加外装修使用的双排扣件式钢管脚手架这种传统悬挑方式。其弊端主要表现在：

（1）实际工程中常常凭借经验搭设，几乎不做严格计算设计，造成悬挑钢梁支撑体系承载力不足、变形大，形成安全隐患；

（2）悬挑钢梁支撑体系由于伸入建筑物内部，影响正常施工，后期修补外墙洞的工作容易造成外墙面渗漏；

（3）悬挑钢梁支撑体系的架设耗材多、困难大，拆除费时费力，经济性较差。

2.2   新型梁式悬挑脚手架的创新点

对传统悬挑方式脚手架的搭设，业内人士提出了很多新的改进方法。本工程采用的新型梁式悬挑脚手架搭设方案，在总结大量施工实践经验基础上，结合结构安全理论和现行技术规范，借鉴了同行的有益成果，对普通悬挑脚手架搭设方法进行创新改进。

新型梁式悬挑脚手架的核心：通过内埋母螺栓及其配套的普通螺栓，完成钢梁、拉杆与建筑结构之间的连接，实现将脚手架的构配件均设置于建筑外墙外侧的目的。钢梁为对称截面热轧型钢，采用轻型16号工字钢；拉杆采用Ø48.3×3.6钢管拉杆（计算按48×2.8）；螺栓采用M16以上（含）的螺栓。本工程采用16号Q235轻型工字钢；

48.3×3.6钢管拉杆及其配套的M20×300、4.8级吊环螺栓；M16、8.8级穿墙螺栓。在扣件式钢管脚手架的悬挑设计与施工中，达到了安全适用、经济合理、技术先进的原则。

本新型梁式悬挑脚手架搭设方案特点：

（1）将脚手架的构配件，包括架体、悬挑钢梁、悬挂拉杆、连墙件等，以及各种构造节点，全部设置于建筑外墙的外侧；

（2）支撑体系以斜拉杆承担主要荷载，大幅提高支撑体系的承载力；

新型梁式悬挑脚手架的优点：

1）支撑体系承载力冗余大、变形小，更加安全可靠；

2）脚手架构件设计合理适用，施工安装、拆除、维护方便，节省人工；

3）实现外架搭设与主体结构同步施工，无需等待；建筑结构内无脚手架构件，不影响内部施工；附着在外墙上的脚手架构件小，对外墙施工影响较小；

4）构配件采用市场通用件，便于加工采购；

节省搭设的材料消耗；省去装修施工前的连墙件临时拆除、布设工作；

5）方便进行悬挑脚手架的专项方案设计。

3   施工工艺技术

钢管国标规格为Ø48.3×3.6，鉴于市场实际情况，本工程中，统一表述为Ø48×2.8。工字钢为轻型16号工字钢，记为QI16。

3.1   悬挑工字钢梁布设方案

每栋楼首道悬挑层以下为落地脚手架，在安装首道悬挑工字钢时，落地架兼做临时支撑架，待悬挑层混凝土强度达到设计值的75%，且斜拉杆搭设以后方可拆除。各栋落地架手架基础均为回填土，故在搭设落地架时基础采用废砖渣铺填600 mm，再浇筑100厚C20混凝土垫层进行处理，以保证架体的稳定性。

新型梁式悬挑脚手架主要由斜拉钢管承受荷载作用。安装悬挑工字钢梁时，若上部结构未施工，采取下撑的方式进行临时支撑，顶撑点距混凝土挑梁根部L/3（L为挑梁长度）。上部结构梁混凝土达到设计强度70%时，把下撑改为上部斜拉。

3.2   施工工艺流程

预埋件设置→设置支（顶）托→安装悬挑主梁→悬挑主梁上下支撑杆件（拉杆）设置→立杆定位点设置→纵向扫地杆→立杆→横向扫地杆→横向水平杆→纵向水平杆(格栅) →剪刀撑→连墙件→铺脚手板→扎防护栏杆→扎安全网。

3.3   各部位的安装方法

（1）常规部位安装方法，如图1所示。

图1  常规部位安装示意

（2）阳台部位。

阳台处搭设悬挑架时，悬挑槽钢设置在悬挑梁上，同时采用拉杆对悬挑构件进行卸载，卸载拉杆设置在阳台根部框架梁上。

（3）飘窗及空调板部位同阳台。

这种新型梁式悬挑安装方法适用于各种部位，便于操作。

4   内力验算

4.1   脚手架荷载

立杆荷载计算：

分段架高度 H≤21 m；立杆步距h=1.8 m；立杆纵距La=1.5 m；立杆横距Lb=0.75 m；内立杆离墙a=0.3 m；横杆内伸长度a1=0.2 m；建筑层高L1=3.0 m；活荷载取2层共Gkzj=5 KPa。外立杆单位高度架体自重gk=0.1 295（kN/m）。

4.2   悬挑梁计算

由于计算内容复杂，本文仅选取主要受力计算部分。

（1）悬挑梁内力计算 计算简图见图2，弯矩内力图见图3。

图2  计算简图

图3  弯矩图（kN·m）

经计算，σmax=215 N/mm²。

符合要求。

经计算，τmax=20.1 N/mm²<[τ]=125N/mm²

符合要求。

（2）主梁固定螺栓验算。

支座反力计算设计值：

R1=9.15 kN，R2=19.01 kN

经计算，α1=71.565°

主梁轴向力设计值：

经计算，NSZ1=6.34 kN

与建筑物连接螺栓所受剪力：

Nv1=9.15 kN

单个螺栓所受的轴向力值：

Nt=Nt1/N1=6.34/2=3.17 kN

单个螺栓所受的剪力值：

Nv=Nv1/n1=9.15/2=4.575 kN

单个螺栓抗剪承载力设计值：

经计算，Nvb=78.5 kN

单个螺栓抗拉承载力设计值：

经计算，Ntb=97.82 kN

[(Nv/Nvb)²+(Nt/Ntb)²]0.5=[(4.575/78.5)²+(3.17/97.82)²]0.5＜1

螺栓承载力满足要求。

（3）主梁端头连接件，如图4所示。

图4  主梁端头连接件

竖向焊缝有效面积：

Afw=1070.16mm2

连接件焊缝：

经计算，τmax=Vmax/Afw=160 N/mm²

（4）主梁端头螺栓垫板

经计算，NSZ1=3.17 kN

螺栓垫板采用60×60×6，C30混凝土，fc=14.3 N/mm²。混凝土强度达到50%才能加荷载。

螺栓垫板所受的轴心压力值：N=3.17 kN

经计算σ=N/A=0.88 N/mm²＜7.15N/mm²，螺栓垫板满足要求。

（5）上拉式斜拉杆、斜拉杆与建筑物连接锚固螺栓、与主梁连接锚固验算。

4.3   下托悬挑架验算

下托悬挑架验算如图5所示。

图5  下托式悬挑钢架示意

5   脚手架构造要求

5.1   悬挑梁定位

工字钢外伸端头离端部设立杆定位装置，脚手架搭设时，将立杆直接插入到立杆定位装置的相应立杆上。连接图及节点示意如图6所示。

（a）

（b）

（c）

图6  连接图及节点示意

（a）立杆与挑架的连接；（b）节点示意一；（c）节点示意二

5.2   立杆及纵横向水平杆构造要求 

立杆及纵横向水平杆构造要求，如图7所示。

图7  立杆及纵横向水平杆构造立面示意

6   结语

本工程采用新型梁式悬挑脚手架的搭设，通过内埋母螺栓及其配套的普通螺栓，完成钢梁、拉杆与建筑结构之间的连接，使脚手架的构配件均设置在建筑外墙的外侧。在扣件式钢管脚手架的悬挑设计与施工中，达到了安全适用、经济合理、技术先进的目的。

新型梁式悬挑脚手架搭设实现了如下特点。

（1）实现了脚手架所有构配件全部设置于建筑外墙的外侧，包括架体、悬挑钢梁、悬挂拉杆、连墙件等，以及各种构造节点。

（2）支撑体系以斜拉杆承担主要荷载，大幅提高支撑体系的承载力。同时支撑体系承载力冗余大、变形小，更加安全可靠。

（3）脚手架构件设计合理适用，实现外架搭设与主体结构同步施工，无需等待；建筑结构内无脚手架构件，不影响内部施工；附着在外墙上的脚手架构件小，对外墙施工影响较小。

（4）构配件采用市场通用件，便于加工采购。

（5）节省搭设的材料消耗；省去装修施工前的连墙件临时拆除、布设工作。施工安装、拆除、维护方便，节省人工。

（6）方便进行悬挑脚手架的专项方案设计。

实现新型梁式悬挑脚手架的搭设，不仅要通过计算分析脚手架的受力是否满足规范要求，同时还要用构造要求加强脚手架的安全性，这样就杜绝了传统脚手架工程单纯依靠经验的做法，大幅消除了安全隐患。实现了质量、安全、工期控制的全方位结合，极大地方便了施工。