基于高层建筑螺栓拉接式悬挑脚手架施工技术

成功

（中铁十六局集团城市建设发展有限公司，北京 100018）

0 引言

悬挑式外脚手架在国内高层建筑施工中被普遍应用，目的是利用建筑结构边缘往外悬挑的构件来支承外脚手架[1]。传统悬挑架的楼板预埋铰接安装方式是现行工程建筑中不可或缺的重要连接途径。楼板预埋铰接形式悬挑的作用是剪力、拉力、压力的传递，其作用力主要在铰接点。传统铰接点连接形式及过程安装工艺较为复杂，安全隐患较多，悬挑层现场杂乱，且与其他工序施工相掣肘。本文就悬挑脚手架的安装形式进行工艺改良，介绍一种新型的施工方法，此新型工艺有利于提升整个架体的安全稳定性，提高工作效率，装拆方便，节能环保，适用于房建悬挑脚手架施工领域。

1 工程概况

石家庄铁道大学科技楼项目位于石家庄市北二环石家庄铁道大学院内，总建筑面积约55483m2，其中A座地上23层，高98.45m，B座地上15 层，高66.45m。结构形式为框架-核心筒结构，基础形式为筏板基础[2]，外脚手架钢管采用Ф48×3.5，水平杆步距h=1.8m，立杆纵（跨）距la=1.5m，立杆横距lb=0.83m，内立杆距建筑距离=0.3m。连墙件每两步两跨采用扣件与主体结构进行连接[3]。

2 螺栓拉接式悬挑脚手架工艺原理

螺栓拉接式悬挑脚手架由工字钢组件、型钢梁底座预埋体系、斜拉杆体系、斜拉杆预埋体系、下支撑杆、下支撑杆预埋体系等组成。悬挑型钢梁安装的位置需依据结构的外部构造及高度等确定。根据设计的结构外侧边梁或外墙，经受力分析，确定悬挑型钢梁的安装部位及型钢梁悬挑的尺寸，根据结构外侧边梁宽度或板墙厚度确定高强螺栓长度[4]。

在悬挑层楼面浇筑混凝土前进行螺栓套管的预埋，预埋前采用临时螺杆进行预定位，待混凝土初凝，24小时后拆除“临时固定螺杆”。选择长度150mm的预埋件用于悬挑下层的预埋件配合单耳拉环的预埋施工，悬挑上层的预埋件配合双耳拉环的预埋施工。悬挑型工字钢梁由厂家预制完成，出厂前具备闭式花篮、工字钢原材、工字钢探伤、拉杆抗拉检测、双耳拉环、双头螺杆等检测合格，方可进行现场安装。

结构混凝土浇筑完成后，外墙模板拆除，清理出预留的螺栓孔洞，随后将悬挑型钢梁与预埋件采用8.8级M20的高强螺栓相连。相连完成后进行下支撑杆、斜拉杆体系的安装。此项新型施工工法对于悬挑架在房建领域的施工具有推广意义。

3 螺栓拉接式悬挑脚手架施工设计

施工前，需对建筑结构外形尺寸及高度等进行分析，建立计算模型，合理布置悬挑型钢梁的平面位置以及悬挑尺寸，同时型钢梁间距不得超过1.8m。对角悬挑工字钢梁上部设置联梁。根据设计的结构外侧边梁或外墙尺寸，计算确定高强螺栓的规格。高强螺栓的直径为20mm，强度级别为A8.8 级（M20*230mm）。上悬斜拉杆的尺寸由结构层高及型钢梁悬挑长度经计算得出，斜拉杆的长短可由花篮螺栓调节。见图1、图2。

图1 高强螺栓预埋、脚手架立杆与挑架连接示意图

图2 螺栓拉接式悬挑工字梁示意图

4 施工要点

4.1 螺栓拉接式悬挑脚手架螺栓连接可行性验算

承压型连接高强螺栓受拉、剪作用。考虑到拉杆作用时内支座可能只受最大剪力作用，因此对承压型连接高强螺栓进行受剪、受压、拉剪承载力计算，可行性验算要求按上拉下撑式承力架失效时计算。根据GB 50017-2017《钢结构设计标准》11.4中公式进行验算。

1）承压型连接高强螺栓的受剪承载力验算公式如下：

2）承压型连接高强螺栓的承压承载力验算公式如下：

3）承压型连接高强螺栓在弯矩作用下的抗拉验算公式如下：

4）通过受剪、受压、拉剪承载力计算验证螺栓是否安全，然后进行螺栓同时受剪和受拉承载力验算。承压型连接高强螺栓同时承受剪力和拉力承载力验算公式如下：

通过计算，螺栓同时承受剪力和拉力承载力符合要求后，方可满足现场使用[5]。

4.2 工艺流程

螺栓套管预定位→临时固定螺杆安装→拆模后双头螺杆安装→上拉杆、下支撑杆预埋体系安装→悬挑型钢梁安装→下支撑杆及上拉杆的安装→拉拔试验。

4.2.1 螺栓套管预定位

根据计算得出的脚手架构造要求，标记出内外立杆的位置，同时根据标记的定位线安放脚手架垫板及底座，垫板必须铺设平整，不得悬空，预埋套管必须准确定位。本工程采用长度为180mm的预埋件用于悬挑层，使用高强螺栓固定工字钢梁。见图3、图4。

图3 预埋定位辅助工具

图4 预埋测量定位实操图

4.2.2 临时固定螺杆安装

预埋测量定位后，使用充电电钻在木模板上开孔，安装预埋件，紧固“临时固定螺杆”。

根据悬挑梁定位位置，用电钻在外侧模板上钻两个Φ12.5mm的圆孔，采用配套专用螺杆临时固定，螺栓套管与配套螺杆为专业厂家加工制作。螺栓套管安装过程中，为防止混凝土浇捣时水泥浆渗入螺栓套管内，需将套管与模板内侧接触面进行顶紧。配套专用螺杆安装完成后，现场校核螺杆位置，允许偏差为±2mm。预埋件安装完毕后，混凝土浇捣时严禁振动棒直接与预埋件接触，以确保预埋件不被损坏或发生偏移。见图5、图6。

图5 螺栓套管安装实际效果图

图6 配套专用的螺杆临时固定效果图

4.2.3 拆模后双头螺杆安装

待混凝土初凝，24小时后拆除“临时固定螺杆”，然后通知木工拆除外边模板，拆除时不能损坏螺栓套管管口，防止垃圾进入管内。混凝土强度达到5MPa或可上人时，方可安装双头螺杆，双头螺杆外露长度为6cm。双头螺杆采用人工安装，安装时对准螺栓套管，严禁随意安装造成螺杆扰动破坏管内螺纹，如图7。

图7 双头螺杆现场安装工况图

4.2.4 上拉杆、下支撑杆预埋体系安装

上拉杆预埋体系选择厂家预制150mm长螺栓套管用于悬挑下层预埋件配合单耳拉环连接下撑杆，下撑杆连接工字钢梁的下部单耳板，用于施工电梯部位的4根工字钢梁的下部支撑。预埋位置垂直于悬挑层的下一层，标高为楼层标高-0.150m。

经验算，下支撑杆预埋体系在型钢梁尺寸大于1.75米时使用，选择厂家预制150mm长度的螺栓套管用于悬挑上层，悬挑上层的预埋件配合双耳拉环连接上拉杆，上下拉杆通过封闭式可调节花篮连接在工字钢梁的上部双耳板。预埋位置垂直于钢梁层的上一层右侧200mm，标高为楼层标高-0.150m。

4.2.5 螺栓拉接式悬挑型钢梁安装

结构混凝土浇筑完成后，外墙模板拆除，剔凿出预埋的高强螺栓孔，检查悬挑型钢梁安装部位结构面，确保连接钢板与结构面充分接触，受力均匀，若安装基面不平整，则须修补平整。

先将悬挑型钢构件的悬挑一端临时固定在悬挑层下方的脚手架上，待上部结构完成后进行上悬斜拉，根据施工悬挑梁的布置图纸，采用8.8级M20的高强螺栓将悬挑型钢梁根部与预埋件固定[6]。为避免上部钢管架加载后外挑型钢梁端部产生下挠现象，安设时外挑型钢的外端应预抬高2cm。

悬挑梁底座板与建筑结构面的接触如不平整，需采用特制规格50mm*6mm“挂钩垫片”进行垫平，以确保整体稳定性。悬挑梁安装完成后，应及时将“螺母保护盖”扭好组装，以防混凝土掉落粘贴在螺杆上，如图8、图9。

图8 挂钩垫片使用展示

图9 悬挑型钢梁安装完成效果图

4.2.6 下支撑杆及上拉杆的安装

下支撑杆及斜拉杆采用Ф50*3.0（Q235材质）无缝钢管，调节套管采用焊接Ф34×5（Q235材料）无缝管。为防止浇筑混凝土时混凝土粘贴在调节套管上，下支撑杆安装调整至受力状态后应及时用胶带将调节套管包裹好。

在悬挑层的上一层结构混凝土浇筑前，需将斜拉杆的“上端拉接点”预埋件安装到位，悬挑层的上一层主体结构强度满足要求、拆完侧模板后，为确保架体安全，须尽快将斜拉杆连接固定。

两段拉杆用花篮螺丝连接斜拉杆，杆件应长度合适、丝牙一正一反。将拉杆的两端分别与上层结构的预埋件和悬挑型钢梁端部相连。为确保使拉杆受力均匀，在斜拉杆连接完成后，通过中段的花篮螺丝进行调整[7]。

4.2.7 施工前拉拔试验

首次预埋施工时，提前预埋2根×3组×180mm长共计6根预埋件。预埋部位的混凝土经养护一定周期达到强度后，方可做拉拔试验。

现场进行预埋件拉拔检测时，拉拔力应控制在设计值以内，避免造成混凝土结构破坏。拉拔试验检测的抗拔力满足计算内的“受拉承载力设计值”，方可进行现场施工。

5 螺栓拉接式悬挑脚手架技术优势

1）采用螺栓拉接式的悬挑脚手架的安全质量满足施工及设计要求，不损伤现浇楼板，所有悬挑构配件均不需穿越墙体，无需对电梯井、楼梯间等部位进行特殊处理。

2）建筑施工完毕后可方便、迅速拆除，节约了大量的人工与时间。梁侧螺栓套管预埋悬挑脚手架与传统悬挑脚手架相比，可节省工字钢材料56%以上，螺栓等配件材料能重复利用，回收利用率高达90%以上。

3）文明施工得到保障，工字钢无需穿墙入室，不影响其他工序正常进行，建筑垃圾的清理及室内、外墙面粉刷都变得极为方便，各施工工序可交叉进行。一次性辅助材料投入少，现场加工工序少，几乎不产生建筑垃圾。

6 经济效益

以本项目的安全质量、技术改进、工期为例，采用螺栓拉接式的悬挑脚手架比传统悬挑脚手架施工成本降低45%，螺栓拉接式的悬挑脚手架的人工费、材料费、厂家加工费、专家论证费总成本为17.38万元，共计5288m2，折合每平方米外脚手架搭设综合单价为32.86元/m2；而采用传统悬挑架人工费、材料费、现场加工费用总成本为27.69万元，折合每平方米外脚手架搭设综合单价为52.36元/m2。本工程累计可节省成本约10.31万元。结合工期节省16天，按正常施工管理成本、机械租赁等，本工程可节省成本约22.27万元。

7 结语

通过本工程对螺栓拉接式悬挑脚手架的综合评估，以安装精度及质量、稳定性、装拆便捷性、工期要求、施工效率、环保及成本等为切入点，经安全可行性验算、现场实际应用，得出此种综合全优性的新型施工工艺更具安全保障、先进性、节能环保。通过深层挖掘该技术发现，其不但适用于现浇结构，也适用于预制楼板的装配式建筑，解决了传统悬挑脚手架在房建施工中的难点问题，在房建施工中有很强的实效性和推广性。