爬升式腳手架的工程應(yīng)用技術(shù)

高層建筑主體結(jié)構(gòu)施工,外腳手架既與腳手裝備及攤銷費有關(guān),又直接影響主體結(jié)構(gòu)和裝飾工程施工。習(xí)慣作法為落地搭設(shè)扣件式鋼管腳手架,腳手架隨結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度超前一層搭設(shè)。受腳手架立柱鋼管承載能力的限制,到了約40m高度時,設(shè)一道三角形型鋼挑梁,將上部腳手架荷載通過鋼挑梁傳遞給主體結(jié)構(gòu)。也有的采用逐層或間隔層拉撐結(jié)合的方法，逐漸將腳手架荷載分卸給主體結(jié)構(gòu)。但落地式腳手架鋼管和扣件的用量大,占用時間長，對于20層左右的高層,耗用100t左右的鋼管及20t左右的扣件去搭設(shè)外腳手架不足為奇。

爬升式腳手架是一種新型腳手架。該腳手架于1988~1989年間在江蘇開始采用,爬升腳手架的應(yīng)用對象從高層剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)展到框架剪力墻結(jié)構(gòu)、滑模施工的主體結(jié)構(gòu)裝飾等；腳手架的爬升從兩片爬架為一爬升單元發(fā)展到多片爬架組成爬升單元,直至整體爬升。爬升式腳手架技術(shù)在工程中得到創(chuàng)新應(yīng)用,并逐步完善。

第1章          腳手架爬升的基本原理.

爬升式腳手架通常由爬架結(jié)構(gòu)和爬升設(shè)備兩大部分組成。爬架結(jié)構(gòu)又主要由小爬架套在大爬架中的爬架片、連接爬架片的縱向水平桿、剪刀撐以及腳手板等組成。一般大小各有兩個固定支座與混凝土構(gòu)件固定(圖2-15-1a)。同懸挑外腳手架一樣,整個爬腳手架的荷載亦通過爬架片構(gòu)成的鋼桁架傳遞給已有一定承載能力的混凝土構(gòu)件。現(xiàn)以圖2-15-l所示的爬腳手架爬升過程為例,說明腳手架爬升的基本原理:

1.在爬升腳手架正常使用狀態(tài)下,主體結(jié)構(gòu)正施工N層。對每片爬架,大爬架下部內(nèi)側(cè)兩個固定支座構(gòu)成的鋼挑梁由穿墻螺栓固定于N-1以及N一2層的混凝土墻體中,小爬架內(nèi)側(cè)的兩個固定支座也由穿墻螺栓同時固定于N一1層混凝土墻體中。各操作層上的施工荷載分別由大小爬架的固定支座傳遞給混凝土墻體(圖2-15-1a)。

2.當(dāng)主體結(jié)構(gòu)向上施工N+1層時,松開固定小爬架的穿墻螺栓,利用懸掛在大爬架頂部的手拉葫蘆,將小爬架從N一1層提升至N層并固定(囪2-15-1b)的。

3.將手拉葫蘆移至小爬架上,鉤住大爬架,松開固定大爬架的穿墻螺栓,將大爬架從N一1層提升到N層支并固定(圖2-15-1c)。爬腳手架能夠爬升是大小爬架互為作用,交替爬升,但都以混凝土墻體為支承點。

第2章          爬升腳手架形式及各自特點

雖然爬架的基本原理相同,但在工程應(yīng)用中又有不同的形式。已應(yīng)用的主要有3種。

第1節(jié)                                "架子爬架子"

“架子爬架子”的爬升式腳手架是最常見的一種。如圖2-15-1所示,小爬架套在大爬架中,在大爬架上部留出的空間內(nèi)滑動,這種爬腳手架結(jié)構(gòu)簡單,經(jīng)濟(jì)實用,加工量不大,加工簡便,特別是大小爬架共有4個固定支座與墻拉結(jié),腳手架的爬升安全可靠,爬升過程簡單明了,易為一般架子工掌握。該形式腳手架已在22層的南京大學(xué)留學(xué)生宿舍樓、16層的上海航空電器廠高層住宅、上海仙霞兩幢26層高層住宅、?？阝鶊@小區(qū)22層商住樓和踏浪小區(qū)20層公寓樓、?？?span>28層南華大廈、江蘇溧陽18層燕山大廈、無錫國家高新技術(shù)開發(fā)區(qū)23層管理中心樓等工程中應(yīng)用。

第2節(jié)                                "架子爬挑梁,挑梁爬架子"

“架子爬挑梁,挑梁爬架子”的爬腳手架以整體爬升式腳手架最為典型(圖2-l5-2)。這種腳手架除專門制作型鋼小挑梁外,其余基本與普通雙排扣件式鋼管腳手架相同。整個腳手架搭設(shè)在底部型鋼挑梁上,鋼挑梁一端由穿墻螺栓與混凝土構(gòu)件拉結(jié),另一端由斜拉桿拉住,形成斜拉三角形承力架。腳手架的爬升依靠上部斜拉在結(jié)構(gòu)上的另一型鋼挑梁,用掛在該挑梁上起重能力較大的提升設(shè)備如小型卷揚(yáng)機(jī)等整體提升腳手架。提升到位后下部鋼挑梁與混凝土構(gòu)件固定,而上部型鋼挑梁則利用掛在腳手架頂部的手拉葫蘆提升。

該形式的爬升腳手架可以在其底部搭設(shè)成腳手鋼管空間桁架,型鋼挑梁間距(即桁架支承跨度)最大可達(dá)7m。由于腳手架重量主要由底部鋼挑梁傳給主體結(jié)構(gòu),因此,這種形式的爬升腳手架對于等層高和變層高的內(nèi)筒外框架、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)更具適用性。

第3節(jié)                                "架子爬附墻軌道"

“架子爬附墻軌道”的爬升式腳手架是利用固定在墻體上的兩附墻掛鉤,掛鉤間用槽鋼導(dǎo)軌相連,用設(shè)置在固定掛鉤臂上的手拉葫蘆鉤住腳手架使其向上爬升。爬升過程中,腳手架脫鉤后外傾,先升入附墻掛鉤上方,在軌道內(nèi)側(cè)安置楔形塞,迫使下降的腳手掛座向內(nèi)偏移至掛鉤垂直線上,并使上掛鉤插入掛座,然后利用腳手架將下掛鉤和軌道向上提升固定(圖2-15-3)。

“架子爬附墻軌道”腳手架是爬腳手架中高度最小的一種,腳手架輕巧,加工制作簡單,操作方便。

第3章          工程應(yīng)用技術(shù)

第1節(jié)                                爬升方法

爬升腳手架的爬升方法主要有兩片爬架同時爬升、多片爬架同時爬升以及整體爬升3種。

由兩片爬架和縱向水平桿組成一個爬升單元,用2只1~2t手拉葫蘆進(jìn)行同時升或降作業(yè)。這種爬升方法至今仍為一些施工單位所采用。該方法的優(yōu)點是爬架的每一爬升單元受力明確,爬架間的自重以及施工荷載由兩片分擔(dān)(圖2-15-4a)。其主要缺點是爬架片的數(shù)量過多,增加了一次性投資和加工量。腳手架在爬升過程以及使用中晃動較大,若作臨時連接,則會增加爬升前后裝拆連接鋼管的工作量。

為解決“兩片爬架同時爬升”方法中存在的上述問題,我們在無錫國家高新技術(shù)開發(fā)區(qū)管理中心樓和溧陽燕山大廈工程中采用每4~5片爬架組成一個爬升單元,用4~5只2t左右手拉葫蘆進(jìn)行同步爬升(圖2-15-4b)。這種多片分區(qū)域爬升方法具有爬架的數(shù)量相對較少,加工量亦較少,腳手架在爬升過程及使用中穩(wěn)定,晃動小等優(yōu)點。但每跨的自重和施工荷載幾乎由一片爬架承擔(dān),對爬架片的穩(wěn)定性以及附墻固定支座承載力要求更高,為此可在構(gòu)造設(shè)計中作加強(qiáng)處理,并作承載力復(fù)核驗算。多片爬架同步提升或下降,因工人操作手拉葫蘆用力大小不一,爬架上升速度略有快慢,極易造成同一爬升單元的爬架間有“爬升差異"。腳手架爬升時,腳手架上的荷載以自重為主,且以大爬架的爬升為最不利受力狀態(tài)。經(jīng)對無錫國家高新技術(shù)開發(fā)區(qū)管理中心樓工程爬腳手架分析,若不考慮爬升差異影響,大爬架爬升時,小爬架的每個固定支座承受約3.25kN的垂直荷載。按不利情況,若兩連續(xù)跨(3片爬架組成)的中爬架先爬升,此時受力成“挑擔(dān)"狀態(tài),兩跨大爬架恒載全部由中間小爬架支座承擔(dān),每個支座承受的荷載為原來的2倍。由小爬架上的縱向水平桿組成的“扁擔(dān)",在此受力狀態(tài)下,向上撓曲達(dá)470mm,這顯然不可能出現(xiàn)。設(shè)控制的提升差異最大值為100mm,反算荷載增值,相當(dāng)于小爬架每個支座增加1.4kN,即考慮提升差異后,小爬架每個支座可能承受的最大荷載為4.65kN。對比裝飾階段,小爬架有兩個作業(yè)層,每個支座承受的最大荷載為5.13kN。分析表明:爬升腳手架多片同時爬升利多于弊,雖有爬升差異,但不足為慮,相鄰爬架的爬升差異控制在100mm以內(nèi)。

整體爬升的腳手架穩(wěn)定性更好,特別是采用電動提升設(shè)備,能夠做到整體同步爬升,節(jié)約大量人工。但電動設(shè)備及同步控制設(shè)備一次性投資較大,若用手拉葫蘆,則數(shù)量過多,多人操作同步升降困難。

第2節(jié)                                爬升腳手架與墻拉結(jié)固定支座的合理問距

對于每兩片爬架與縱向水平桿組成的爬升單元,其受力特征為簡支梁受荷?？紤]兩片爬架間有3人同時作業(yè),在1kN/m2荷載作用下,當(dāng)固定支座間距l=5m,最大撓度為σ/60;當(dāng)l=4m,最大撓度為l/116。

對于多片爬架與縱向水平桿組成的爬升單元,其受力特征為3跨連續(xù)梁受荷。在上述同樣荷載條件下,l=5m,最大撓度為l/117;l=4m,最大撓度為l/228。

由此,對于“架子爬架子,,和“架子爬附墻軌道”的爬升式腳手架,當(dāng)采用兩片爬架同時爬升,與墻拉結(jié)固定支座的合理間距應(yīng)<4m;當(dāng)采用多片爬架同時爬升,與墻拉結(jié)固定支座的合理間距應(yīng)≤4.5m。

對于“架子爬鋼挑梁、鋼挑梁爬架子”的整體爬升式腳手架,因其底部實際為1.8m步高的空間鋼管桁架,底部鋼挑梁固定支座的間距可≤7m。

第3節(jié)                                爬升式腳手架依附的構(gòu)件

對于全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu),當(dāng)采用大模板施工時,爬腳手架的固定支座可直接依附在混凝土外墻上。外墻除窗洞以外,均可留置爬升腳手架固定支座的穿墻螺栓孔,能滿足固定支座間距≤4~4.5m的要求。施工中,爬腳手架的固定螺栓孔原則上與外墻大模板的穿墻螺栓孔共用。

對于滑模施工的結(jié)構(gòu)裝飾施工,應(yīng)用爬升腳手架時,可利用墻上的窗臺口,用一種卡在窗臺口的上下掛架夾具固定大小爬架的4個固定支座(圖2-15-5)。

對于框架、內(nèi)筒外框架或框架-剪力墻結(jié)構(gòu),當(dāng)柱距≤4.5m時,爬架可直接依附在柱上,方法為預(yù)留￠25~30mm拉結(jié)爬架的螺栓孔。若每次爬升的高度為半個樓層,則每一樓層間柱身上預(yù)留兩處螺栓孔。因?qū)蚣苤焕?span>,這種作法往往被結(jié)構(gòu)設(shè)計人員反對。若用鋼抱箍代替柱上預(yù)留孔,雖可行,但給砌筑圍護(hù)墻帶來不便。為對結(jié)構(gòu)有利,又能應(yīng)用爬升式腳手架,可用工具式鋼挑梁作為爬架依附的構(gòu)件,挑梁臨時固定在混凝土樓板上(圖2-15-6),每次爬升的高度達(dá)一個樓層。因爬架的固定支座最終依附在樓板上,這就使爬架的水平間距不受柱距限制,以最合理的間距沿結(jié)構(gòu)物四周均勻布置,使爬升腳手架具有更強(qiáng)的通用性,也可將爬|架固定在框架連系梁側(cè)面上,但連系梁上留孔不如樓板上留孔準(zhǔn)確方便。

第4節(jié)                                爬升腳手架固定支座及節(jié)點設(shè)計

整體爬升式腳手架的施工準(zhǔn)備集中在鋼挑梁以及斜拉桿的加工制作上,而對于其他兩種爬升腳手架,其施工準(zhǔn)備工作集中在爬架加工制作上。大爬架由Φ48×3.5腳手鋼管組拼焊接而成,其總高度達(dá)8~l0m；小爬架由Φ63.5×4的立桿與腳手鋼管組拼焊接而成,其高度常為一步高。因小爬架立桿的鋼管直徑大,管壁稍厚,受荷卻小,所以設(shè)計的重點應(yīng)在大爬架固定支座上。為解決大爬架固定支座短臂與立桿薄壁鋼管的焊接,兼顧加工制作方便,目前幾種主要作法如圖2-l5-7所示。圖2-15-7中的(@)(c)兩種具有制作方便、安全可靠等特點。

對于爬架節(jié)點部位,因兩薄壁鋼管焊接成T形,其抗扭能力較差,所以有的在節(jié)點角區(qū)直接用鋼板加強(qiáng)(圖2-15-8a);也有的為使縱向水平桿與爬架橫桿用扣件扣接方便,節(jié)點角區(qū)加固成空心三角形(圖2-l5-8b)。一些工程中,大小爬架平面內(nèi)設(shè)斜腹桿,在節(jié)點部位,斜腹桿離橫桿約50mm,留出扣件位置(圖2-15-8c)。