花篮拉杆工具式型钢悬挑脚手架施工技术

李 勇

（云南建投第二建设有限公司，云南 昆明 650228）

近几年，工程建设工期相对较紧，绝大多数的项目都需考虑工序穿插施工，其中传统悬挑架锚固在楼板上，锚固端型钢严重影响到了该层的室内工程施工。传统悬挑架工程通过在墙上预留洞口和楼板上预埋U型螺栓实现悬挑，后续处理工序复杂，处理不好将会增加外墙地面渗漏的风险，且在外墙转角暗柱处会对钢筋造成破坏，增大了主体结构安全隐患。

因而急需寻找一种切实可行、可靠、安全、高效、经济的悬挑方案，在满足施工要求的同时减少原方案存在的弊端。本文结合七彩云南·古滇名城花园里01号地块建设工程使用的花篮拉杆工具式型钢悬挑脚手架施工技术进行研讨，为同行提供一种新的悬挑架选择。

1 项目概况

1.1 工程概况

七彩云南·古滇名城花园里01地块项目位于昆明市晋宁区环湖路七彩云南古滇王国，总建筑面积为243631.27m2，地上建筑面积约147160.25m2，其中12栋高层建筑及4栋多层建筑外架需采用悬挑架进行外架搭设。

1.2 悬挑架概况

结合项目工程概况特点，为了不影响地下室顶板室外工程施工，项目策划时考虑外脚手架从三层悬挑；考虑到挑架层为不影响后续工序穿插施工，传统悬挑方案不能满足要求，故需寻求一种新型悬挑方案。该工程的主体层高均为2.95m，结合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130—2011）和住建部31号文件《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》（建办质〔2018〕31号）的要求，布置时每挑挑架高度控制在20m以内，以减少工程施工安全风险。

2 方案比选及设计思路

2.1 悬挑方案比选

传统悬挑脚手架工程施工是按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130—2011）进行悬挑。该悬挑方式采用的是16#工字钢作为悬挑主梁，悬挑主梁通过在楼板上预埋U型螺栓进行固定，锚固端长度为悬挑段的1.25倍。该方式需占用大量的工字钢，且悬挑层严重影响了挑架层后续室内装修施工，故不考虑。

依据爬架的施工经验，项目部决定采用螺栓将悬挑工字钢直接固定在剪力墙或结构梁上，以代替传统的工字钢悬挑方式。该悬挑方式将传统悬挑架的锚固端省去，为确保悬挑架的安全应对悬挑端进行加固。对悬挑端进行加固主要有两种方式，一种为下设三角支撑，另一种为上部设置拉杆，将悬挑受力变为简支梁受力。采用三角支撑的方式，需确保三角斜撑有固定点，当遇到有线条和梁的位置，斜撑杆可能影响后续工序施工；上部设置拉杆不但满足了对悬挑梁承载力的要求，还有效解决了三角斜撑存在的不足。

2.2 拉杆方案比选

按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130—2011）的规定，悬挑架的反拉钢绳不参与受力计算，其主要考虑钢丝绳是一种柔性材料，在作为反拉钢绳时无法正确预估其能承受多少力。在该方案中，拉杆需参与计算，若钢丝绳失效则荷载全部由悬挑工字钢承担，存在较大的施工风险。在集群式建筑中，风会在局部产生旋风，风螺旋在上升的过程中会使脚手架产生一个升力，当升力大于脚手架自重时，脚手架将失稳，从而引发施工事故。因此，挑架的上拉杆应采用刚性材料施工，在确保挑架稳定受力的同时避免因风旋产生负压而造成脚手架失稳。

刚性材料制作拉杆不但满足正常工况下的受拉，还满足风旋作用下的受压工况，能较好保证挑架的使用安全，但对拉杆长度精度要求较高，且无法实现可调节功能。为了改变刚性拉杆适应性差、长度精度要求高的情况，策划时考虑在拉杆上设置一个可调节装置，降低拉杆长度的精度要求，同时满足拉杆在不同层高、不同位置的适应性。根据市场调查，现成的可调节装置主要是锻造或者铸造生产的花篮螺栓，但市场上的成品花篮螺栓承载能力和可调节长度都较低，考虑调节花篮的安全储备和调节范围，借鉴铝模斜撑杆的设计思路自行制作花篮螺栓以满足使用需求。拉杆通过螺栓分别和上部墙体及工字钢端部的焊接连接钢板连接，使得各榀悬挑架形成一个稳定的受力体系。新型花篮拉杆工具式型钢悬挑脚手架的实现方式如图1所示。

图1 花篮拉杆工具式型钢悬挑脚手架

2.3 计算思路及计算重点

工字钢悬挑主梁固定在墙或者梁上，墙梁混凝土等级最低为C30，墙厚最小为200mm，梁最小截面尺寸为200mm×500mm。悬挑工字钢在混凝土浇筑完成1.5d后开始安装，第3天悬挑工字钢安装完毕，第4天开始搭设两步脚手架（此时无拉杆）。第4天同时开始绑扎悬挑层钢筋，第5天安装模板，第8天浇筑混凝土，第8.5天至第9天安装拉杆，第10天搭设脚手架（拉杆需全部安装完毕）、绑扎钢筋。计算考虑两个阶段，工况一为未安装拉杆时（两步、3.5m）；工况二为安装拉杆，且达到最高安装高度[18.6m+1.2m（栏杆）=19.8m]。

（1）计算思路。花篮拉杆工具式型钢悬挑脚手架的拉杆和工字钢构成一个简支梁受力体系，实际施工时为避免拉杆和脚手架内立杆发生碰撞，拉杆与悬挑工字钢需存在2.6°的夹角。通过计算可知，拉杆轴力计算时可不考虑夹角的影响。由于夹角的存在，简支工字钢结构会产生一个扭矩，产生扭矩的力是拉杆拉力的0.02倍（cos60°×sin2.6°=0.02）。该工程最长简支梁为1.9m，根据江苏地标《建筑施工悬挑式钢管脚手架安全技术规程》（DGJ32/J121—2011）第3.2.5条中的计算模型不考虑水平力产生的扭矩，因此为平衡扭矩在简支梁端部构造设置一根Φ48mm×2.8mm联系钢管，用以增强悬挑架的平面外刚度。项目的小高层在第三层、第八层、第十四层进行悬挑，多层在第四层悬挑。计算时离地高度按照第十四层悬挑取值，离地高度为38.4m；架体安装高度[立杆底座下皮至架体栏杆（1.2m）上皮间的垂直距离]最高为19.8m，架体计算高度按照20m计算。《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130—2011）要求钢管为Φ48mm×3.6mm，但市场材料不规范，实际到场钢管在Φ48mm×2.8mm～Φ48mm×3.0mm，因此在计算过程中选用钢管Φ48mm×2.8mm代入计算；考虑到钢管为旧钢管且存在锈蚀，故钢管强度考虑0.9的折减系数，其抗压强度为205×0.9=185N/mm2；考虑到部分钢管沾有混凝土，钢管重量按照Φ48mm×3.6mm考虑，荷载按照同一挑架一层作业层（2kN/m2）进行计算。根据《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB 50068—2018）第8.2.8条悬挑架的结构重要系数取1，锚固端混凝土结构重要系数取1.1；第8.2.9条恒载分项系数取1.3，活载分项系数取1.5。挑架布置时参照《建筑施工悬挑式钢管脚手架安全技术规程》（DGJ32/J121—2011）第3.2.5条，悬挑长度在1800mm以内的设置一根拉杆，1800～3000mm设置双拉杆，在拉杆轴力计算时均按照设置一根拉杆进行计算。工况二在验算工字钢和固定钢板的焊缝强度、固定螺栓强度、混凝土的局部承压验算时，按拉杆不受力的极限工况考虑。

（2）计算重点。该悬挑方案在拉杆失效的情况下，仅靠固定在墙梁上的两根锚固螺栓受力来承受外架传递下来的荷载，一旦工字钢锚固螺栓或锚固位置处的墙梁失效时，则整个悬挑系统失效，脚手架将必然发生坍塌事故，故工字钢处的锚固螺栓及墙梁受力复核计算成为计算的首要重点。参照《建筑施工悬挑式钢管脚手架安全技术规程》（DGJ32/J121—2011）第6.1.7条，悬挑脚手架安装时主体结构混凝土强度不应低于C10，脚手架搭设时对应的结构混凝土强度不低于C15。混凝土强度以同条件混凝土抗压强度进行控制，通过现场试验，气温日气温在16～28℃，C30混凝土16h强度为4.3MPa，27h强度为10.6MPa，36h强度为15.3MPa，满足要求。拉杆作为该悬挑架的安全储备，制作时有较多的部位是采用焊接工艺进行加工，在计算时需对该部位进行重点计算，确保其满足设计要求。

3 悬挑架加工

悬挑主梁和花篮螺栓及其配件采用工厂加工、现场组装的方式；涉及的所有焊接工艺，均采用二氧化碳气体保护焊进行焊接，焊接焊缝质量按照二级焊缝进行控制。

3.1 悬挑主梁加工

悬挑主梁采用16#工字钢进行加工，根据主梁长度及内立杆间距进行编号，喷涂在工字钢腹板位置以方便安装。如“1300-900型”表示悬挑总长度为1300mm，内外立杆间距为900mm；“1900-900/400型”表示悬挑总长度为1900mm，共用3排立杆，立杆从外到内的间距依次为900mm和400mm。

悬挑主梁由工字钢、固定钢板、连接钢板、定位钢筋、连接钢管组成，如图2所示。固定钢板采用200mm×180mm×10mm的钢板制作，工字钢末端焊接在固定钢板的中部，在距固定钢板上边70mm的位置开设两个长条形的孔用于悬挑主梁和混凝土结构螺栓固定，具体如图3所示。连接钢板采用10mm厚的钢板加工完成，连接钢板位置开有直径22mm的连接孔，用于悬挑主梁和拉杆系统螺栓连接，如图4所示。为确保外架钢管搭设时钢管不会在悬挑主梁上滑移，依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130—2011）第6.10条，在悬挑主梁上焊接定位钢筋，定位钢筋长200mm，直径25～30mm；为增强各榀悬挑主梁间的平面外刚度，在悬挑主梁前端焊接一根直径48mm、长200mm的连接钢管。悬挑主梁的各配件间均采用二氧化碳气体保护焊进行角焊缝焊接，焊缝高度≥6mm，其中悬挑主梁前端与构造钢管的中心距离为24mm，构造钢管与第一根定位钢筋的中心距离为100mm，第一根定位钢筋与连接钢板的中心距离为100mm，连接钢板与第二根定位钢筋中心的距离为800mm，第二根定位钢筋与固定钢板的中心距离为300mm；两定位钢筋的间距需和内外爬立杆横距相匹配，当悬挑长度＞1800mm需设置双拉杆时，需在距第二根定位钢筋内侧100mm处再焊接一块连接钢板。

图2 悬挑主梁（1300—900型）

图3 锚固钢板（单位：mm）

图4 连接钢板（单位：mm）

3.2 拉杆加工

拉杆选用A20的圆钢制作，拉杆加工时应根据悬挑主梁的长度及楼层层高计算拉杆长度，加工时拉杆总成长比计算少0.1m，中部采用0.5m的花篮螺栓进行调节。1300—900型的拉杆总长为，上下拉杆各长1.5m。上拉杆加工成“9”字型，并套入一块连接耳板用于固定时和上部结构连接，另一端滚压长300mm螺纹；下拉杆一端焊接开有连接槽的连接钢板，另一端滚压长300mm螺纹，上下拉杆螺纹开为正反丝。

花篮螺栓采用直径为50mm的45钢和A18的圆钢制作，45钢用于加工螺母，丝牙和拉杆丝牙匹配，A18的圆钢对称焊接在两个加工好的螺栓上。拉杆系统如图5所示。

图5 拉杆系统（单位：mm）

4 安装要点

4.1 实施流程

混凝土浇筑前根据挑架平面布置图安装预埋套管，预埋套管应采用对拉螺杆定位，防止浇筑混凝土时造成套管位移。混凝土浇筑完成待强度达到1.2MPa以上拆除侧面模板，当混凝土强度达到10MPa时开始安装悬挑主梁；悬挑主梁安装完毕，先采用钢管和扣件通过构造钢管将各榀悬挑主梁连接起来，验收合格后搭设两步脚手架作为上层主体施工的防护架；上层混凝土浇筑前在指定位置预埋拉杆套管后再浇筑混凝土，混凝土浇筑完成达到拆模条件后拆除模板安装拉杆；验收合格后，方可继续搭设上部脚手架。

4.2 注意要点

（1）预埋套管问题。为了满足悬挑主梁和拉杆和主体结构的固定问题，策划时考虑运用螺栓进行连接，螺栓的固定可采用直接预埋螺栓或预埋套管后再采用螺栓固定两种方式。设计时螺栓考虑采用8.8级直径20mm的普通螺栓，当采用直接预埋螺栓的方式时，螺栓无法再次回收利用，且施工完毕后需对螺栓进行切除。以现有的工具无法将螺栓一次性切平墙面，需进行二次处理，处理不当则会造成螺栓生锈、鼓包并影响外立面效果。采用预埋套管的方式进行固定，可以实现螺栓的全部回收利用，传统套管存在二次封堵困难的问题，为解决传统套管封堵存在的渗漏、工序复杂、成本高的问题，考虑采用锥形套管及锥形水泥条的方式进行套管预埋和封堵，如图6所示。锥形套管在安装时大头安装在墙内侧，安装悬挑主梁前从墙外侧将锥形套管敲出，穿入固定螺栓和垫板采用双螺母将悬挑主梁固定在墙或者梁上。拆除悬挑主梁后，用表面涂有水泥基的防水水泥锥进行预留套管孔封堵。该方式不但解决了螺栓回收的问题，还解决了传统套管洞口渗漏的问题。预埋套管处在套管上下位置各设置两根1000mm长C14的钢筋，套管侧边按照50mm的间距各布置四道同梁尺寸的箍筋。

图6 锥形套管及锥形水泥条

（2）安装注意问题。花篮拉杆工具式型钢悬挑脚手架安装前需对加工的产品进行验收，验收合格后才可进行安装。安装时利用塔吊辅助吊装，下层脚手架作为安装的临时支座，借助塔吊将悬挑主梁吊至指定位置，采用两根8.8级直径20mm的普通螺栓固定，螺栓从梁（墙）内侧穿出，外侧采用双螺帽进行固定。在梁（墙）内侧和螺栓间需设置200mm×100mm×10mm的垫板，垫板上开有两个直径22mm间距同锚固钢板连接孔的安装孔；螺栓外侧在螺母和悬挑主梁连接板间设置80mm×80mm×10mm的垫片；拉杆与混凝土连接位置内外均采用80mm×80mm×10mm垫片辅助固定。安装拉杆后需先预紧拉杆，确保拉杆受力。为防止拉杆被工人误操作，转动花篮导致拉杆失效，故在安装时在拉杆靠近花篮位置安装一个锁紧螺母，当拉杆拉紧后将锁紧螺母上紧。拉杆系统安装完成后，为避免螺纹被混凝土污染，采用黄油或套管对螺纹进行保护。

（3）脚手架搭设。脚手架搭设要求同传统的外架搭设，在此不赘述。当施工挑架上层时，外架搭设两步，该阶段无拉杆、无连墙件，在风荷载作用下外架一侧有向内倾覆、另一侧有向外倾覆的危险，故该阶段需对外架的稳定性进行加强。由于风向的不确定性，故加强时应采取刚性构造措施。为解决该问题，在转角、窗洞、阳台等位置预埋短钢管，通过活动扣件和钢管将预埋短钢管和外架相连，如图7所示。上层连墙件安装完毕后方可拆除。

图7 脚手架临时加强方案图

4.3 挑架验收

除工厂加工完材料及设备的进场验收外，每层挑架需进行四次验收：第一次验收为悬挑主梁安装完毕搭设两步架时；第二次验收为拉杆安装完毕后；第三次验收为外架搭设三层时；第四次验收为挑架搭设完毕时。使用过程中注意巡检，防止构件失效和外架超载使用。

进场验收需重点对设备的加工质量进行验收，特别是对焊缝质量进行验收，防止构件带病工作。悬挑主梁和拉杆安装完毕后需重点对安装质量进行验收，螺帽拧紧力矩应在540～650N·m，其余验收同传统外架不再赘述。

5 社会经济性分析

以该工程悬挑1.3m及2019年3月16#工字钢市场价4650元/t（95.38元/m）进行经济性分析。提供型钢给工厂代加工，每套需材料费和加工费225元（进场后可直接安装），洞孔封堵每个洞0.5元。传统挑架预埋件35元/套，洞口封堵每个洞50元。该工程采用该悬挑方式和传统悬挑方式劳务费用相同，假设加强钢筋费用及周转次数相同的情况，则传统挑架：95.38×(1+1.25)×1.3+35×3+50=433.99元；花篮拉杆工具式型钢挑架：225+95.38×1.3+0.5×3=350.49元；合计每榀挑架节约433.99-350.49=83.5元。该工程共计43挑，每挑按100榀计算，合计节约83.5×43×100=359050元。

该悬挑实施方案顺利通过监理、公司层级的审批和得到了专家的一致肯定。

6 结束语

花篮拉杆工具式型钢悬挑脚手架施工技术解决了传统悬挑架型钢占用量大、预留洞口多、洞口封堵后渗漏风险高、预埋螺栓处细部处理困难等问题，还提高了周转效率，降低了摊销成本。该悬挑架形式尤其适用以建筑外立面线条少、造型简单的工程施工。文章仅叙述了一种花篮拉杆形式，实际悬挑架可通过多种形式来实现，最为重要的是，施工管理者和设计者应结合项目特点和自身管理水平选择最适合的方式。文章谈到的局部旋风问题是设计者容易忽视的问题，特别是在风力较大的地区，设计者应引起重视。创新决胜未来，传统的建筑行业也需要创新、需要改变，而建筑行业的创新更是需要建设者的不断推陈出新，为工程建设提供可靠安全、经济高效的产品，推动其向前发展。