装配式超长外挂防护三角架应用技术

马爱丽，靳樊华，孙梦楠

(济南一建集团有限公司,山东 济南 250132)

0 引言

装配式建筑构件的工业化预制,能够减少现浇混凝土墙体的质量通病,增加了构件的耐久性,且大幅减少施工现场人员高空操作时间,提高了施工人员的安全性,加快工期进度,较之传统方式进度平均提高30%左右[1],符合国家绿色节能的建筑理念,因此建筑工业化、产业化是我国住宅建筑的大势所趋。为提高装配式建筑施工中门窗洞口超宽处外防护三角架体的搭设速度,缩短了施工工期,计划采用装配式超长外挂防护三角架进行施工过程外侧周围的安全围护,并进行结构受力验算及现场模拟试验进行受力验证。

1 超长外挂防护三角架构造设计

普通外挂架不得超过1 500 mm,装配式超长外挂防护三角架最长可达2 550 mm。装配式超长外挂防护三角架由三角形主架、角钢平台、木脚手板、钢防护网等组成,每榀防护三角架两端各采用一套三角形主架与铺设其上的L50×3的角钢平台架体焊接成型,平台上铺设木制脚手板,外沿焊接钢管防护网形成封闭操作平台,并采用M8.8级高强螺栓通过预留孔与装配式预制混凝土墙体进行连接。

1.1 三角形主架及超长角钢平台

三角形主架采用60 mm×30 mm×3 mm槽钢焊接成型,三角形主架宽度为700 mm,贴墙固定的主槽钢上端打孔,用以固定穿墙高强螺栓。角钢平台宽0.7 m、按最长跨度为2 300 mm,长度方向采用两根间距700 mm的L50×3 mm角钢做托架;宽度方向在角钢托架之上设置间距300 mm的Φ14短钢筋,与角钢托架焊接成操作平台。

1.2 脚手板

外挂防护三角形主架操作平台上部满铺木制多层板15 mm厚,用电动手枪钻将5号自攻丝与角钢骨架固定牢固。

外挂防护三角形主架脚手板对接铺设,接头处设置短三级钢钢筋进行架体加强,两榀架体水平间距小于50 mm。外挂防护三角架立面布置图如图1所示。

1.3 防护网

平台外侧立面防护网采用规格2 000 mm×1 500 mm的钢网片,焊接固定在φ48.3 mm×3.6 mm钢管护栏上,钢管护栏附焊在平台槽钢上。两榀架体端部应用钢管及钢板网进行封闭防护。

1.4 高强螺栓固定

在三角形主架的槽钢上端打孔,使用M8.8级φ25 mm高强螺栓固定与主体结构连接。

2 超长外挂防护三角架搭设步骤

2.1 工艺流程

吊装施工层预制墙体坐浆并安装→复核预制墙板预留孔→拆除并吊装下层外挂防护三角架→吊装并安装施工层外挂防护三角架。

2.2 复核外挂防护三角架预留孔

搭设外挂防护三角架前,复核墙体预制构件的预留孔洞进行清理,保证预留孔通顺、预留位置正确;如有偏差,及时打孔调整,检查无误后,再进行外挂防护三角架的吊装和安装。

2.3 外挂防护三角架吊装及安装

外挂防护三角架预留眼清理调整→拆除下一层外挂防护三角形架体→吊装本层外挂防护三角架→外挂防护三角架调试就位→安装高强螺栓→螺栓初拧紧→外挂防护三角架微调→螺栓终拧安装完成→验收合格使用。

3 安装质量验收及安全防护要求

3.1 安装质量验收

1)每提升一层外挂防护三角架后应有安全人员验收外挂防护三角架立杆垂直度偏差,合格后方能使用。

2)检查事项:a.安装前,检查扣件是否松动,若松动及时拧紧再进行操作。b.检查冲孔网与钢管之间绑扎是否牢固,若出现松动马上进行绑扎。c.检查脚手板是否有脱落现象,发现及时处理。d.检查脚手板的搭接情况,禁止其移位。e.检查钢管与三角架焊接的焊缝质量,有明显裂纹时禁止下步操作,补焊;检查三角架之间的焊缝是否符合要求。f.检查螺栓预留孔周边是否出现裂纹,如有裂纹应马上更换三角架。g.检查螺栓的强度,是否出现滑丝现象,及时更换不合格螺栓。检查螺栓与结构连接数量、位置是否正确,连接是否牢固、有无松动现象。

3.2 安全防护

1)三角形防护架安装时建筑物操作层临边四周无围护结构时,必须设置三道1 500 mm高的防护栏杆。

2)外挂防护三角架安装完成,其外侧采用架管及防护冲孔网封严,与结构外墙间缝隙符合规范要求。三角架体底面跳板铺设牢固严密,不得有探头板。

3)防护三角架安装验收合格后,所有外侧模板方可拆除,拆除三角挂架前将所有外墙模板及支撑拆除干净。高处作业严禁抛掷物料。

4)防护三角架防护网有破损松动的及时修整及更换。

4 超长外挂防护三角架受力验算

本计算书参考GB 50017—2020钢结构设计规范、JGJ 202—2010建筑施工工具式脚手架安全技术规范,JGJ 130—2021建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范。外挂防护三角架示意图如图2所示。

4.1 超长外挂防护三角架计算参数

4.1.1 基本参数

按三角架纵向间距la最大为2 300 mm计算;外挂防护三角架宽度700 mm;超长外挂防护三角架采用[60 mm×30 mmm×3 mm厚槽钢;连接采用M8.8级高强螺栓。与L50×3 mm的角钢平台焊接成一体,角钢平台长度2 300 mm,角钢上焊接14的三级短钢筋,钢筋间距300 mm,形成平台骨架,面层铺设木模板,进行满铺。三角架钢管外围护架焊接钢板网,钢板网搭设高度1 500 mm。

4.1.2 荷载参数

防护用冲孔网自重为2.24 kg/m2,操作平台采用木模板自重为0.20 kN/m2,施工均布荷载为0.8 kN/m2,L50×3 mm的角钢2.05 kg/m,48.3 mm×3.6 mm钢管3.968 kg/m,[60 mm×30 mm×3 mm厚槽钢2.68 kg/m,直径14 mm钢筋1.208 kg/m。

4.2 超长外挂防护三角架计算

超长外挂防护三角架计算时,以按单跨三角架计算,按桁架结构模型,各杆件间按铰接点计算。并将挂架上荷载转化为集中力,进行计算结果合格,符合安全规范要求。

最长2 300 mm外挂防护三角架自重:

角钢质量:2.05×2.3×2=9.43 kg。

三角架质量:2.68×2.38×2=12.76 kg。

钢管及卡扣外防护架质量:(1.5×3+2.3×3)×3.968+2.5×3=55.74 kg。

防护用钢板网自重为2.24 kg/m2。

钢筋骨架:7.61 kg。

上人活荷载:0.8 kN/m2。

4.2.1 荷载计算

将荷载均转化为面荷载进行计算:

1)操作人员荷载q1=0.8 kN/m2。

2)三角架、钢筋骨架、角钢、防护钢管自重为:

q2=(12.76+7.61+9.43+55.74)×10/(1 000×2.3×0.7)= 0.53 kN/m2。

3)钢板网自重q3=1.5×2.3×2.24×10/(1 000×2.3×0.7)=0.048 kN/m2。

4)面板自重q4=0.200 kN/m2。

5)总荷载q=1.2×(q2+q3+q4)+1.4×q1=2.05 kN/m2。

4.2.2 计算简图

计算时考虑最不利情况,即荷载的分布偏于外挂防护三角架外侧时,单位面积上的荷载化为节点集中荷载,P=q×0.7×2.3/2=1.65 kN。

4.2.3 杆件内力计算

以最不利的情况杆件内力进行强度校核,计算过程及结果如下:

1)挂架的支座反力:

RAV=P1=1.65 kN;RAH=RBH=P1=1.65 kN。

2)各杆件的轴向力计算,用截面法,求出桁架中各杆件的轴向力。

根据桁架各杆件的几何关系可知:

θ=arctan(H/l)=45.0°。

S1=P1=1.65 kN(拉杆)。

S2=-P/sinθ=-2.33 kN(压杆)。

S3=-RBH/sinθ=2.33 kN(拉杆)。

3)截面强度验算:

对于①杆件,杆件承受拉力,S1=1.65 kN,采用的材料为槽钢,截面面积为A=3.42 cm2。

考虑到杆件之间连接的焊缝有一定的偏心,其容许内力乘以0.95的折减系数。

σ=S1/A=1 650/342=4.82 N/m2<0.95f=0.95×215=204.250 N/m2。

杆件材料的强度能够满足要求。

对于②杆件,杆件承受压力,其最大内力S3=2.33 kN,采用的槽钢截面面积为A=3.42 cm2。

杆件材料的长细比λ=l0/i=54.49<[λ]=150。

σ=2.33/(φ×A)=7.6 N/m2<0.95f=0.95×215=204.250 N/m2。

故②杆件在强度和容许长细比方面均满足要求。

对于杆件③,杆件承受拉力,S3=2.33 kN,采用的材料槽钢截面面积为A=3.42 cm2。

杆件材料的受拉应力为:

σ=S3/A=2 330/342.00=6.81 N/m2<0.95f=0.95×215=204.250 N/m2。

杆件材料的强度能够满足要求。

杆件的计算长度为:l0=H=0.7×700=490 mm。

材料的长细比λ=l0/i=26.97<[λ]=400。

4.2.4 焊缝强度验算

取腹杆中内力最大的杆件S3进行计算,S3=2.33 kN。

σ=2.33×1 000/(60×2.1)=18.49 N/m2<160 N/m2。

焊缝的强度符合规范要求。

4.2.5 支座强度验算

1)支座A采用φ25挂架螺栓强度等级为8.8。

Nt=RAH/A=
1 650/490.625=3.37 N/m2<800.000 N/m2。

螺栓的受拉应力符合规范要求。

对挂架螺栓受剪验算:

Nv=RAv/A=1 650/490.625=3.37 N/m2<640.000 N/m2。

螺栓的受剪应力符合规范要求。

对于同时承受杆轴方向拉力和剪力的普通螺栓,将数据代入公式计算得到0.062 0<1,螺栓的综合应力满足要求。

2)支座处混凝土的局部受压验算。

σ=RAH/A=1 650/10 000.00=0.165 N/m2

混凝土的承载力符合安装挂架时规范要求。

5 装配式超长外挂防护三角架现场模拟受力试验

5.1 现场模拟超长外挂防护三角架受力试验方法

现场采用2根工字钢作为支撑和配重,再逐渐加47 kg 配重进行试验,模拟外墙挂架上部操作平台以及外部防护情形(见图3)。

本模拟试验采用的配重:6 m 18号工字钢2根,24.1×6×2=289.2 kg。

7块47 kg标准配重块的质量:7×47=329 kg。

2个三角架的质量:2×2.68×2.38=12.76 kg。

总质量为289.2+329+12.76=630.96 kg。

630×10/1 000=6.3 kN,则一个三角架承担的重量为P1′=3.15 kN。

因P1′=3.15 kN大于《外墙挂架施工方案》中的计算总荷载P1=1.65 kN,若试验后架体保存完好,功能使用正常,并未出现弯曲断裂情况,则证明三角架能够承担荷载,符合现场施工要求。

5.2 现场模拟超长外挂防护三角架试验过程

1)安装架体;2)增加荷载;3)加载完成后观察测量架体变形情况;4)加载完成。

5.3 超长外挂防护三角架模拟试验记录

模拟试验记录表见表1。

表1 模拟试验记录表

5.4 超长外挂防护三角架模拟试验结果及结论

1)试验结果:从试验的记录过程以及试验的后期情况,可以看出装配式混凝土超长外挂防护三角架加载完成后变形符合规范要求,架体功能正常,并未出现架体的扭曲或断裂情况。

2)试验结论:在大于本工程荷载的情况下,架体能够保持力学性能未受到破坏。因此在试验的证明下,本方案设计的装配式混凝土结构超长外挂防护三角架满足施工要求,能够保证安全性能。

6 结语

设计一种适用于装配式混凝土结构外墙围护施工的装配式超长外挂防护三角架,并进行结构受力验算及现场模拟试验,试验及验算结果符合设计及施工要求。装配式超长外挂防护三角架具有安全性好、质量轻、易安装、周转使用率高等优点,在和平大院及融汇城·锦绣里三期房地产开发项目中成功应用,有效提高了施工效率,并可在同类型工程中推广使用,具有广阔的发展应用前景。