超高層建筑整體爬升外腳手架的設(shè)計(jì)與施工

在超高層建筑的主體施工中,整體爬升腳手架有明顯的優(yōu)越性,它用料少,只安拆一次,爬升快捷方便,經(jīng)濟(jì)效益顯著,是一種很有推廣使用價(jià)值的超高層建筑外檐腳手架,被建設(shè)部列入重點(diǎn)推廣的10項(xiàng)新技術(shù)之一。

第1章    超高層建筑整體爬升外腳手架的設(shè)計(jì)

整體爬升外檐腳手架以電動(dòng)葫蘆為提升機(jī),使整個(gè)外腳手架沿建筑物外墻或柱整體向上爬升。搭設(shè)高度依建筑物標(biāo)準(zhǔn)層的層高而定,一般取建筑物標(biāo)準(zhǔn)層4個(gè)層高加1步護(hù)身欄的高度為架體的總高度。腳手架為雙排,寬以0.8~lm為宜,里排桿可距建筑物外皮0.4~0.6m。腳手架的橫桿和立桿間距不宜超過1.8m,可將1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層高分為3步或2步架,以此步距為基數(shù)確定架體橫、立桿的間距。

架體最下一步為整個(gè)架體的承力 桁架(圖2-16-1),承力桁架仍是整個(gè)架體的一部分,只不過在每個(gè)節(jié)間內(nèi)都有斜腹桿,且上下弦桿、斜腹桿均采用雙管。承力桁架兩端坐落在用型鋼制作的承力托上。

承力桁架承受上部架體傳下的全部荷載,并將其傳遞給承力桁架兩端下面的簡(jiǎn)支點(diǎn)(承力托)上。在進(jìn)行架體設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可將架子沿建筑物外圍分成若干單元,每個(gè)單元的寬度參考建筑物的開間而定,一般在5~9m之間,不宜大于9m。在架體單元與單元相連處的下面安裝承力托,所以承力托的間距也是5~9m,承力托作為每個(gè)單元架體的簡(jiǎn)支點(diǎn)。荷載傳遞路線為每單元架體上部的全部荷載傳遞給承力桁架,再由承力桁架傳遞給承力托。從偏于安全考慮,承力桁架按簡(jiǎn)支計(jì)算。

以型鋼制作的承力托里端用螺栓與建筑物外墻或邊梁、柱固定,外端用斜拉桿與上層的相同部位固定,承力托外端的斜拉桿為主要受力桿件。

架體的提升動(dòng)力使用7~10t電動(dòng)葫蘆,電動(dòng)葫蘆掛在用型鋼制作的挑梁上。挑梁與建筑物的固定方式與承力托相同,挑梁固定的位置與承力托上下相對(duì),與承力托相隔2個(gè)層高(圖2-16-2)。電動(dòng)葫蘆下面的吊鉤吊在承力托的花籃吊架上。架體每次爬升l個(gè)層高。在爬升前先拆開承力托與建筑物的連接點(diǎn),此時(shí)架體荷載由電動(dòng)葫蘆及挑梁承受。設(shè)計(jì)時(shí),這條傳力路線上的所有構(gòu)件、焊接點(diǎn)均應(yīng)通過計(jì)算。架體爬升到位后安裝承力托,架體使用期間,架體荷載由承力托承受，并通過斜拉桿等傳遞給建筑物,這條傳力路線上的所有構(gòu)件和焊接點(diǎn)亦應(yīng)通過計(jì)算。.

架體爬升到位后,使用期間拆下電動(dòng)葫蘆及挑梁,用滑輪或手動(dòng)葫蘆倒至上一層相同部位并固定,以備下一次爬升。

使用期間架體還應(yīng)與建筑物有足夠的拉結(jié)點(diǎn),拉結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)根據(jù)風(fēng)載計(jì)算確定。在爬升過程中,因這些固定拉結(jié)點(diǎn)均須拆除,所以還應(yīng)設(shè)有滑動(dòng)拉結(jié)點(diǎn)或滑輪纜繩拉結(jié)點(diǎn),在爬升過程中起拉結(jié)作用。

在爬升過程中,為防止架子內(nèi)傾與建筑物產(chǎn)生摩擦,還應(yīng)設(shè)有爬墻(柱)輪。

第2章    安裝前的準(zhǔn)備工作

1.按平面圖先確定承力托及電動(dòng)葫蘆挑梁安裝的位置和個(gè)數(shù),在相應(yīng)位置上的混凝土墻或梁內(nèi)預(yù)埋螺栓或預(yù)留穿螺栓的孔眼。各層的螺栓位置要求上下相一致,誤差不超過土10mm。

2.加工制作型鋼承力托、挑梁、斜拉桿。準(zhǔn)備電動(dòng)葫蘆、鋼絲繩、腳手管、扣件、安全網(wǎng)、木板等材料。

3.因整體爬升腳手架的高度為4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層層高,而建筑物的首層層高往往與標(biāo)準(zhǔn)層不一致,所以一般在建筑物主體施工到5~6層時(shí)才能從2~3層開始安裝、搭設(shè)爬升腳手架。此時(shí)要先搭設(shè)1~2層的落地外腳手架,作為安裝爬升架子承力托和搭設(shè)爬升架子的操作面。

第3章    整體爬升腳手架的安裝

1.先安裝承力托,承力托內(nèi)側(cè)用￠25~30mm的螺栓與混凝土邊梁固定,承力托外側(cè)用斜拉桿與上層邊梁拉結(jié)固定,用斜拉桿中部的花籃螺栓將承力托調(diào)平。

2.在承力托上面搭設(shè)架子,先豎承力托上的立桿,然后搭設(shè)最下一步的承力桁架,桁架下弦管的接頭如用接頭扣件連接,架子受荷后接頭處會(huì)拔開,故須用幫焊鋼筋連接。搭設(shè)時(shí)承力桁架上下弦管應(yīng)中間起拱3cm。承力桁架內(nèi)的各桿件宜用雙管。

3.逐步搭起4層高的整個(gè)架體,隨搭隨設(shè)置拉結(jié)點(diǎn),并設(shè)剪刀撐。

4.在比承力托高2層的相同位置安裝工字鋼挑梁,挑梁與混凝土邊梁的連接方法與承力托相同。電動(dòng)葫蘆掛在挑梁下。將電動(dòng)葫蘆的吊鉤掛在承力托的花籃提梁上。

5.在架體上鋪板,每個(gè)層高滿鋪一層,宜用厚約30mm的輕質(zhì)木板。架體外面滿掛小眼網(wǎng),小眼網(wǎng)應(yīng)從架體底部兜滿。

6.位于電動(dòng)葫蘆挑梁處2個(gè)單元架子搭接處的里排橫桿應(yīng)使用短管,提升時(shí)暫時(shí)拆除有妨礙的幾根,待挑梁通過后再重新連接。

第4章    提升步驟

檢查電動(dòng)葫蘆是否掛妥,挑梁是否安裝牢固。

撤出架體上所有活荷載和施工荷載。

短暫開動(dòng)電動(dòng)葫蘆,將電動(dòng)葫蘆與承力托之間的吊鏈拉緊,使其處在初始受力狀態(tài)。

松開架體與建筑物的固定拉結(jié)點(diǎn)(此時(shí)滑動(dòng)拉結(jié)點(diǎn)仍起作用)。

5.松開承力托與建筑物相連的螺栓和斜拉桿,觀察架子的穩(wěn)定狀態(tài)(此時(shí)架體已經(jīng)懸空,荷載由電動(dòng)葫蘆系統(tǒng)承受)。

6.開動(dòng)電動(dòng)葫蘆開始爬升,爬升過程中應(yīng)隨時(shí)觀察架子的同步情況,如發(fā)現(xiàn)不同步應(yīng)暫時(shí)停機(jī)進(jìn)行個(gè)別調(diào)整。每次爬升一個(gè)層高,爬升時(shí)間1~2h。

7.爬升到位后,先安裝承力托與混凝土邊梁的緊固螺栓,并將承力托的斜拉桿與上層邊梁固定,然后安裝架體上部與建筑物的各拉結(jié)點(diǎn)(此時(shí)腳手架處于穩(wěn)定狀態(tài))。待檢查腳手板等符合安全要求后,腳手架即可開始使用,進(jìn)行上一層的主體施工。

8.在新一層主體施工期間,將電動(dòng)葫蘆及其挑梁摘下,用滑輪或手動(dòng)葫蘆倒至上一層重新安裝,為一下層爬升做準(zhǔn)備。

第5章    使用及安全注意事項(xiàng)

架子安裝完畢,須經(jīng)安全部門檢查合格后方能使用。

2.主體施工時(shí)模板的支撐系統(tǒng)不能支在該腳手架上,模板、腳手管等不能存放在該腳手架上,砌外墻時(shí)外腳手架上不宜存放機(jī)磚、砌塊、砂漿桶等,外檐裝修時(shí)可存放部分裝飾材料,但不能超過設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)確定的施工荷載。

3.進(jìn)行腳手架設(shè)計(jì)時(shí),施工荷載可取每平方米投影面積4~5kN,且應(yīng)為均布荷載。

4.架子外圍和兜底應(yīng)全部用小眼安全網(wǎng)封嚴(yán),每個(gè)層高滿鋪一層板。

5.由專人組成爬升架子操作班,負(fù)責(zé)架子的安裝、爬升、維修和安全監(jiān)護(hù),他人不得改動(dòng)架子。

6.安全員要經(jīng)常檢查承力托、挑梁等處的焊縫是否開焊,檢查承力桁架上、下弦桿上的扣件是否滑扣等,發(fā)現(xiàn)異常情況隨時(shí)修整。

第6章    計(jì)算實(shí)例

某大廈平面呈方形，每邊邊長(zhǎng)35m，每面5個(gè)開間,最寬的架體單元取7m,架體高18.2m、l3步。橫、立桿間距取1.4m，雙排架子寬0.8m。

第1節(jié)           承力椅架內(nèi)力計(jì)算

承力桁架為每個(gè)單元架體最下面一步架，承受架體上部傳來的荷載P，承力桁架被承力托簡(jiǎn)支(圖2-16-3)。

1.荷載P計(jì)算：P由腳手架自重、腳手架附設(shè)構(gòu)件重量(腳手板、安全網(wǎng)、護(hù)欄)、施工荷載3部分組成。

查《高層建筑施工手冊(cè)》(中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版，以下簡(jiǎn)稱《手冊(cè)》)表4-4-4，用插入法算得，由一步一個(gè)縱距腳手架自重產(chǎn)生的l個(gè)立桿內(nèi)的軸力為0.388kN。

架體為13步，故軸力NGK1=0.388X13=5.044kN。

查《手冊(cè)》表4-4-5，用插入法算得由1個(gè)立桿縱距的架子附設(shè)構(gòu)件重量產(chǎn)生的軸力(鋪5層板)NGK2=3.33kN。

查《手冊(cè)》表4-4-6，用插入法算得由施工荷載(取5kN/m2)產(chǎn)生的軸力NQR=9.8kN。

故總軸力N=1.2(5.044+3.33.)+1.4×9.8=23.769kN。

因N是作用在雙排架子上的，故單片桁架1個(gè)立桿縱距上的荷載P=N/2=11.885kN。

桿件內(nèi)力計(jì)算：由平衡方程求得每單元架體承力托處支反力分別為

YA=35.66kN，YB=35.66kN。

用結(jié)點(diǎn)平衡法計(jì)算出：

受拉力最大的桿為中間的下弦桿，N1=35.65kN;受壓力最大的桿為中間的上弦抨，N2=35.65kN;斜腹桿中壓力最大的為邊跨腹桿，N3=33.64kN。

桿件強(qiáng)度及穩(wěn)定計(jì)算：上、下弦桿強(qiáng)度驗(yàn)算：

σ=N1/An=35650÷489=72.9N/mm2<f=205;

穩(wěn)定驗(yàn)算取較長(zhǎng)的腹桿：

N3/φA=33640÷(0.423×489)

=162N/mm2<f=205。

第2節(jié)           承力托斜拉桿及連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算

承力托與建筑物連接處的螺栓承受剪力，斜拉桿承受拉力(圖2-16-4)。設(shè)p’為由承力桁架傳來的荷載，N＇為斜拉桿內(nèi)力，Yc為螺栓承受的剪力。

每個(gè)承力托承受一個(gè)單元架體的荷載，每個(gè)架體單元有6根立桿。

故P＇=6P=11.885×6=71.3kN;

由平衡方程求得N＇=126.94kN，Yc=43.88kN

選用2根Φ25Q235鋼為斜拉桿，選用2根Φ25的普通螺栓。

斜拉桿σ=N＇/A=126940÷(2×490.62)=l29.37<2l0N/mm2。

螺栓σ=YC/A=43880÷(2×3.14×12.52)=44.72<130N/mm2。

第3節(jié)           電動(dòng)葫蘆挑梁與建筑物連接強(qiáng)度計(jì)算

電動(dòng)葫蘆掛在挑梁下，位于雙排架子中間，故距建筑物距離為400+500=900mm，設(shè)

N"為斜拉桿內(nèi)力，w為1個(gè)單元架體的荷載，Y＇為連接螺栓的剪力(圖2-16-5)。

由平衡方程算得:

W=2P＇=2×71.31=142.62kN

N"=145.83kN， Y＂=0。

斜拉桿及螺栓的規(guī)格同承力托:

斜拉桿σ=N"/A=145830÷(2×490.62)=148.62<210N/mm2。

第4節(jié)           電動(dòng)葫蘆起重量的確定

由于規(guī)定了在架子爬升時(shí)要卸下所有的施工荷載，故電動(dòng)葫蘆的起重量不必達(dá)到W=14.2t，而只取腳手架自重及附設(shè)構(gòu)件兩項(xiàng)荷載。

故Nw=1.2(5.044+3.33)=l0.05kN，(1個(gè)立桿縱距的荷載)W＇=10.05×6=

60.3kN以W＇=6.03t確定電動(dòng)葫蘆的起重量即可。