超长型钢悬挑三角组合支撑平台的研制与应用

潘 成

(中铁十四局集团建筑工程有限公司,山东 济南 250000)

1 总体概况

1.1 工程概况

本工程主要依托位于北京市亦庄经济技术开发区中铁建开发的国际公馆一标段项目,总建筑面积约8.5万m2,共4栋预制率为41%的装配式建筑,主体外墙除高层1层到3层为现浇结构,其余楼层全部为预制剪力外墙结构。

1.2 悬挑构件支撑概述

本工程涉及主要悬挑构件为6号住宅楼消防连廊位置。其结构形式为装配式剪力墙结构,主体外围护结构为预制剪力墙结构,地上18层、地下3层。造型为“L”走向,共设置5道消防连廊,分别位于主楼一段、二段的12层、16层以及三段的12层部位(见图1)。

悬挑消防连廊为现浇结构,宽度为1.74 m,每段长度约为25.5 m,结构板板厚为120 mm,悬挑梁截面尺寸为200 mm×500 mm,200 mm×650 mm,200 mm×850 mm,连廊平台板内边距结构墙面最近处为1.46 m,最远处为4.30 m。悬挑消防连廊结构示意图见图2,悬挑消防连廊结构立面图见图3[1-2]。

2 研发思路及技术方案确定

2.1 传统技术方案

传统的悬挑连廊支撑平台多采用楼板锚固悬挑工字钢+端部斜支撑工字钢方式实现(如图4所示)。此支撑系统多适用于悬挑连廊造型较为简单,且有满足支撑及悬挑工字钢锚固板预留预埋的现浇结构段。但对于装配式建筑施工悬挑连廊无法满足此支撑方案的工字钢锚固段的固定,特别是底部斜支撑工字钢支撑点位无法满足要求。

由于本工程悬挑连廊造型较为复杂,悬挑长度较长(最大墙距4.3 m),且外墙为装配式预制剪力外墙结构,更无法满足支撑用工字钢底部的支撑锚固预埋工作[3-4]。

传统悬挑连廊支撑架施工存在的缺点主要有以下几点:

1)支撑工字钢安装就位困难。由于支撑工字钢与悬挑工字钢不能提前加工成型,需先安装悬挑工字钢后焊接支撑工字钢,此方案施工危险性较大。

2)预留洞封堵质量隐患较大。对于穿外墙的悬挑工字钢采取预留洞口穿墙固定的方式,此方式就是熟知的“槽钢层”。由于预留洞口较小,在后期封堵过程中会存在较大质量隐患,如混凝土外观质量问题、外墙渗漏质量问题等。

3)墙距较大悬挑部位方案优化难度较大。由于外墙立面造型不一致,会造成方案设计优化较为困难,特别是墙距较大的部位。按照悬挑1∶1.25计算锚固端与悬挑端的长度,会出现钢材选型困难、安装困难、拆除困难等一系列问题,造成过多安全及质量隐患。

综合而言传统的悬挑支撑平台适用于造型简单且悬挑位置较为接近外墙的结构,对于非传统方式的浇筑及造型复杂的结构,此方案就不能有效的解决施工难题。

2.2 创新研发思路

项目技术团队根据现场悬挑连廊的施工特点,集思广益,结合本项目施工过程中应用的外防护架的工艺,研发一种悬挑式超长型钢三角支撑架。

1)型钢三角支撑外防护架底部采用高强螺栓进行有效固定,既解决了预制剪力外墙的预留预埋问题,又有效地提高了防护架稳定性(见图5)[5-6]。2)项目根据现场凹廊处距离悬挑平台外墙较远的特点,思路是组建类似市政钢箱梁悬挑加腋形式(如图6所示)的平台组件,即研发一种双三角型钢支撑架的组合一体的平台体系。

根据设计思路项目会同专业厂家展开超长悬挑三角型钢组件平台的研制工作。

1)首先依据悬挑连廊的距墙尺寸确定采用的单片悬挑三角型钢长度为4.3 m,每个平台按照间距1.2 m设置三角型钢(见图7)。

2)对于凹廊处位置,采取横向固定两端预制剪力墙方式,端部采用2组高强螺栓组件与墙体两侧预制构件有效连接(见图8)。

3)将确定好的三角型钢和横向固定组件焊接,其空间连接部位采用8号槽钢作为组件支撑骨架相连接(见图9),以保证此悬挑组件的紧固可靠。

支撑平台现场施工图见图10。

3 技术关键节点要求

3.1 支撑平台结构验算

本支撑平台结构验算采用3D3S Design 2021.5(上海同磊土木工程技术有限公司)空间结构计算软件。

首先根据GB 50009—2012建筑结构荷载规范中平台上部架体相关荷载,初步分析架体各立杆传至梁上的荷载值。以4.3 m架体荷载分布值为例(见表1)。

确定完成荷载后,采用空间结构计算软件组建支撑架模型,整理完善模型几何信息、计算参数、设计参数、材料信息、荷载组合等相关信息。

从线性内力、线性位移等进行计算,并得出架体杆件应力比限值分布图(见图11)、杆件验算结果云图:强度应力比(见图12)、绕轴稳定应力比(如图13所示)等相关信息,确保满足结构安全要求。

3.2 安装部位主体结构要求

6号住宅楼主体结构连廊部位下支撑位于装配式预制剪力墙处,故安装前应满足主体结构稳定安全的前提之下进行平台组建的安装工作。

根据现场施工用灌浆料生产厂家提供的灌浆料配合比以及相应的规范要求,其安装部位的预制剪力墙灌浆料需满足如表2所示要求。

表2 灌浆料性能指标

综上所述,根据灌浆料性能指标以及悬挑连廊部位的混凝土强度要求(10层—18层墙柱混凝土强度都为C30),同时考虑结构安全性能以及搭设要求,施工方案经论证后采取预制竖向构件灌浆完成后3 d,方可进行平台整体安装工作。但由于施工过程中的不利因素,比如人为因素、环境因素等对灌浆施工造成的影响,现场采取预留足够灌浆浆料同条件试件(不少于7 d),随时掌握竖向节点灌注料强度,并确定平台安装就位时间。

3.3 型钢悬挑三角组合支撑平台使用有关要求

1)预留预埋及安装就位要求。装配式墙体:在墙体生产前提前设置直径30 mm预留洞用于穿墙螺栓安装(见图14)。

现浇墙体:在墙体钢筋绑扎阶段即按照预留预埋尺寸,在相应的节点预埋A30 PVC套管。固定方式采取与墙体预埋管线相同处理方案,即采用扎丝绑扎至墙体钢筋侧,对于节点不满足则采用增加固定节点钢筋方式来实现,同时为确保定位质量防止出现PVC管移位,可采用点焊方式进行有效固定。同时PVC套管应封闭两段,避免混凝土浆料流入堵塞。

安装就位:将墙体预埋螺栓位置洞口进行检查确保洞口贯通。其次将三角组合钢平台片状脚架吊装就位,再将钢平台支撑用螺栓(A20,长度300 mm～350 mm)由外墙外部穿入预留孔洞中,并采用M20螺栓将三角托架进行固定,拉线找平。平台三角型钢支撑架顶部架体支撑点位采用C20钢筋焊接至架体上,以确保支撑架体(扣件式脚手架)底部搭设稳固[7-8]。

2)平台架体搭设要求。由于主体悬挑结构构件造型非线性平面,存在踏步板及平台板,高差相差1.2 m,为保障平台架体支设符合规范要求,此平台架体搭设采用了扣件式钢管脚手架支撑体系(见图15)。

平台架体搭设应充分考虑施工荷载及临边安全防护要求。平台施工荷载按照规范要求最大限度进行设计验算,确保平台安全稳定。

型钢悬挑三角支撑架体平台架体搭设应严格落实方案要求,不得随意更改要求[9-10]。

设计方案支撑架的搭设必须符合JGJ 162—2008规范等检查标准要求,要符合相关文明标准化工地的有关标准。

架体搭设应依据现场实际进度进行安排部署,充分做好搭设及拆除前的各项准备工作,避免盲目施工。

3)平台卸荷节点要求。此方案采用的支撑平台架体充分考虑卸荷钢丝绳设置,采用6×19+1直径14 mm钢丝线,确保平台每片三角型钢架体有卸荷钢丝绳设置。卸荷钢丝绳应与平台三角型钢架体进行有效的连接,避免松动确保受力拉紧,且与结构外墙、梁拉结牢固。转角部位拉结做法与直角部位相同,在竖向预制构件上提前预留螺栓孔(见图16)。

卸荷吊件是采用卡具与钢丝绳组合,卡具为U型GD22型号。卸载吊件安装完成后,要将紧固螺栓拧紧,避免松动。钢丝绳应按照规范要求设置足够安全弯,以便及时发现钢丝绳受力情况。

4)平台架体拉结要求。平台架体在靠近墙体内侧设置拉结点,根据悬挑构件标高要求,水平方向需设置1道～2道墙体拉结点。

当连墙件遇洞口时拉结:连墙件采用φ48×3.0 mm(钢管依据现场情况设置,最低壁厚不应低于3.0 mm),其设置原则:脚手架或者建筑物应满足规范要求(采用直角扣件相连)[11-12]。

当支撑架与剪力墙遇到有洞口位置时:采用如图17所示连接方式。

当墙体无洞口时,应采取预留预埋方式或者后开洞方式进行设置。拉结点位预留洞直径应大于50 mm,确保扣件式钢管能插入墙体内,并能确保紧固在结构墙体上(一端采用双扣件固定在结构墙体上,一端采用十字扣件与立杆相连接)。

连墙杆宜靠近主节点设置,偏离主节点的距离不大于300 mm,与架体内外侧立杆连接。

4 安全监控要求

4.1 技术及验收要求

1)此方案的型钢悬挑三角支撑平台为新技术、新工艺,按照危险性较大的分部分项工程施工要求,由项目部统一组织相关技术方案的专家论证工作,确保方案有效可行。2)型钢悬挑三角支撑平台进场后,应由项目技术负责人对安装特种作业人员进行书面安全技术交底。并查询相关钢材的复试报告,以及焊接件的检查报告。3)安装后,项目技术负责人会同项目负责人依据专项施工方案组织安装验收,并报各参建单位进行联合验收,验收合格后方可使用。

4.2 平台使用要求

1)支撑平台安装及使用过程应采取专人专项负责制,由工长、技术员和安全员共同监督负责。全过程应有安全员进行监督管理检查,确保使用符合方案设计要求。

2)支撑平台施工阶段,施工人员及项目管理人员应在作业时全面检查架体安全,应确保无影响安全的各种不利因素,发现隐患后及时排查整改。在作业过程中应严格落实盯控制度,发现安全隐患及时停止作业,解决问题后方可正常施工作业。

3)作为悬挑构件混凝土浇筑过程中严禁使用天泵等带有较强冲击的浇筑方式,需采用吊装机械配合料斗运输浇筑,减小混凝土浇筑过程中对架体的冲击。

4.3 拆除要求

1)拆除前应有项目技术负责人对拆除作业人员进行技术交底,并有安全监督人员和技术人员全程旁站。

2)组合支撑平台拆除时应严格遵守规范要求,采取“由上而下,先搭后拆”的原则,顺序拆除支撑架拉结杆、脚手板、斜支撑、剪刀撑等,再顺次拆除顶板模板、立杆、水平杆等,安装规范要求依次有序拆除。

3)三角型钢支撑架应由专业人员拆除,并持证上岗,拆除应由连廊两端往中间拆除,拆除过程中应在连廊底部设置安全钢丝绳,确保人员操作安全绳悬挂稳定可靠。

5 结语

此平台的技术方案构思、方案确认等各个环节都与相关技术企业进行有效沟通,开展多次的技术研讨会议,并邀请系统内部权威专家进行指导,确保技术方案有效可行。同时在方案初步确认后,组织外部专家进行综合论证,进而得到了全面的技术分析和研判,有效提升了方案的理论严谨性和可行性,为方案的全面实施奠定了坚实的理论依据。

在装配式建筑技术不断推广的现阶段,传统的施工工艺已不能有效地满足其施工生产的需要。此悬挑三角型钢支撑组合平台的研制,充分解决了装配式建筑的悬挑构件特别是悬挑连廊的施工问题,同时也为传统的全现浇结构建筑的悬挑构件支撑平台提供一种全新高效的支撑模式,为此项技术的推广提供了可靠的实践依据。