爬升式脚手架的工程应用技术

爬升式脚手架的工程应用技术

高层建筑主体结构施工,外脚手架既与脚手装备及摊销费有关,又直接影响主体结构和装饰工程施工。习惯作法为落地搭设扣件式钢管脚手架,脚手架随结构施工进度超前一层搭设。受脚手架立柱钢管承载能力的限制,到了约40m高度时,设一道三角形型钢挑梁,将上部脚手架荷载通过钢挑梁传递给主体结构。也有的采用逐层或间隔层拉撑结合的方法，逐渐将脚手架荷载分卸给主体结构。但落地式脚手架钢管和扣件的用量大,占用时间长，对于20层左右的高层,耗用100t左右的钢管及20t左右的扣件去搭设外脚手架不足为奇。

爬升式脚手架是一种新型脚手架。该脚手架于1988~1989年间在江苏开始采用,爬升脚手架的应用对象从高层剪力墙结构发展到框架剪力墙结构、滑模施工的主体结构装饰等；脚手架的爬升从两片爬架为一爬升单元发展到多片爬架组成爬升单元,直至整体爬升。爬升式脚手架技术在工程中得到创新应用,并逐步完善。

第1章          脚手架爬升的基本原理.

爬升式脚手架通常由爬架结构和爬升设备两大部分组成。爬架结构又主要由小爬架套在大爬架中的爬架片、连接爬架片的纵向水平杆、剪刀撑以及脚手板等组成。一般大小各有两个固定支座与混凝土构件固定(图2-15-1a)。同悬挑外脚手架一样,整个爬脚手架的荷载亦通过爬架片构成的钢桁架传递给已有一定承载能力的混凝土构件。现以图2-15-l所示的爬脚手架爬升过程为例,说明脚手架爬升的基本原理:

1.在爬升脚手架正常使用状态下,主体结构正施工N层。对每片爬架,大爬架下部内侧两个固定支座构成的钢挑梁由穿墙螺栓固定于N-1以及N一2层的混凝土墙体中,小爬架内侧的两个固定支座也由穿墙螺栓同时固定于N一1层混凝土墙体中。各操作层上的施工荷载分别由大小爬架的固定支座传递给混凝土墙体(图2-15-1a)。

2.当主体结构向上施工N+1层时,松开固定小爬架的穿墙螺栓,利用悬挂在大爬架顶部的手拉葫芦,将小爬架从N一1层提升至N层并固定(囱2-15-1b)的。

3.将手拉葫芦移至小爬架上,钩住大爬架,松开固定大爬架的穿墙螺栓,将大爬架从N一1层提升到N层支并固定(图2-15-1c)。爬脚手架能够爬升是大小爬架互为作用,交替爬升,但都以混凝土墙体为支承点。

第2章          爬升脚手架形式及各自特点

虽然爬架的基本原理相同,但在工程应用中又有不同的形式。已应用的主要有3种。

第1节                                "架子爬架子"

“架子爬架子”的爬升式脚手架是最常见的一种。如图2-15-1所示,小爬架套在大爬架中,在大爬架上部留出的空间内滑动,这种爬脚手架结构简单,经济实用,加工量不大,加工简便,特别是大小爬架共有4个固定支座与墙拉结,脚手架的爬升安全可靠,爬升过程简单明了,易为一般架子工掌握。该形式脚手架已在22层的南京大学留学生宿舍楼、16层的上海航空电器厂高层住宅、上海仙霞两幢26层高层住宅、海口怡园小区22层商住楼和踏浪小区20层公寓楼、海口28层南华大厦、江苏溧阳18层燕山大厦、无锡国家高新技术开发区23层管理中心楼等工程中应用。

第2节                                "架子爬挑梁,挑梁爬架子"

“架子爬挑梁,挑梁爬架子”的爬脚手架以整体爬升式脚手架最为典型(图2-l5-2)。这种脚手架除专门制作型钢小挑梁外,其余基本与普通双排扣件式钢管脚手架相同。整个脚手架搭设在底部型钢挑梁上,钢挑梁一端由穿墙螺栓与混凝土构件拉结,另一端由斜拉杆拉住,形成斜拉三角形承力架。脚手架的爬升依靠上部斜拉在结构上的另一型钢挑梁,用挂在该挑梁上起重能力较大的提升设备如小型卷扬机等整体提升脚手架。提升到位后下部钢挑梁与混凝土构件固定,而上部型钢挑梁则利用挂在脚手架顶部的手拉葫芦提升。

该形式的爬升脚手架可以在其底部搭设成脚手钢管空间桁架,型钢挑梁间距(即桁架支承跨度)最大可达7m。由于脚手架重量主要由底部钢挑梁传给主体结构,因此,这种形式的爬升脚手架对于等层高和变层高的内筒外框架、框架一剪力墙结构更具适用性。

第3节                                "架子爬附墙轨道"

“架子爬附墙轨道”的爬升式脚手架是利用固定在墙体上的两附墙挂钩,挂钩间用槽钢导轨相连,用设置在固定挂钩臂上的手拉葫芦钩住脚手架使其向上爬升。爬升过程中,脚手架脱钩后外倾,先升入附墙挂钩上方,在轨道内侧安置楔形塞,迫使下降的脚手挂座向内偏移至挂钩垂直线上,并使上挂钩插入挂座,然后利用脚手架将下挂钩和轨道向上提升固定(图2-15-3)。

“架子爬附墙轨道”脚手架是爬脚手架中高度最小的一种,脚手架轻巧,加工制作简单,操作方便。

第3章          工程应用技术

第1节                                爬升方法

爬升脚手架的爬升方法主要有两片爬架同时爬升、多片爬架同时爬升以及整体爬升3种。

由两片爬架和纵向水平杆组成一个爬升单元,用2只1~2t手拉葫芦进行同时升或降作业。这种爬升方法至今仍为一些施工单位所采用。该方法的优点是爬架的每一爬升单元受力明确,爬架间的自重以及施工荷载由两片分担(图2-15-4a)。其主要缺点是爬架片的数量过多,增加了一次性投资和加工量。脚手架在爬升过程以及使用中晃动较大,若作临时连接,则会增加爬升前后装拆连接钢管的工作量。

为解决“两片爬架同时爬升”方法中存在的上述问题,我们在无锡国家高新技术开发区管理中心楼和溧阳燕山大厦工程中采用每4~5片爬架组成一个爬升单元,用4~5只2t左右手拉葫芦进行同步爬升(图2-15-4b)。这种多片分区域爬升方法具有爬架的数量相对较少,加工量亦较少,脚手架在爬升过程及使用中稳定,晃动小等优点。但每跨的自重和施工荷载几乎由一片爬架承担,对爬架片的稳定性以及附墙固定支座承载力要求更高,为此可在构造设计中作加强处理,并作承载力复核验算。多片爬架同步提升或下降,因工人操作手拉葫芦用力大小不一,爬架上升速度略有快慢,极易造成同一爬升单元的爬架间有“爬升差异"。脚手架爬升时,脚手架上的荷载以自重为主,且以大爬架的爬升为最不利受力状态。经对无锡国家高新技术开发区管理中心楼工程爬脚手架分析,若不考虑爬升差异影响,大爬架爬升时,小爬架的每个固定支座承受约3.25kN的垂直荷载。按不利情况,若两连续跨(3片爬架组成)的中爬架先爬升,此时受力成“挑担"状态,两跨大爬架恒载全部由中间小爬架支座承担,每个支座承受的荷载为原来的2倍。由小爬架上的纵向水平杆组成的“扁担",在此受力状态下,向上挠曲达470mm,这显然不可能出现。设控制的提升差异最大值为100mm,反算荷载增值,相当于小爬架每个支座增加1.4kN,即考虑提升差异后,小爬架每个支座可能承受的最大荷载为4.65kN。对比装饰阶段,小爬架有两个作业层,每个支座承受的最大荷载为5.13kN。分析表明:爬升脚手架多片同时爬升利多于弊,虽有爬升差异,但不足为虑,相邻爬架的爬升差异控制在100mm以内。

整体爬升的脚手架稳定性更好,特别是采用电动提升设备,能够做到整体同步爬升,节约大量人工。但电动设备及同步控制设备一次性投资较大,若用手拉葫芦,则数量过多,多人操作同步升降困难。

第2节                                爬升脚手架与墙拉结固定支座的合理问距

对于每两片爬架与纵向水平杆组成的爬升单元,其受力特征为简支梁受荷。考虑两片爬架间有3人同时作业,在1kN/m2荷载作用下,当固定支座间距l=5m,最大挠度为σ/60;当l=4m,最大挠度为l/116。

对于多片爬架与纵向水平杆组成的爬升单元,其受力特征为3跨连续梁受荷。在上述同样荷载条件下,l=5m,最大挠度为l/117;l=4m,最大挠度为l/228。

由此,对于“架子爬架子,,和“架子爬附墙轨道”的爬升式脚手架,当采用两片爬架同时爬升,与墙拉结固定支座的合理间距应<4m;当采用多片爬架同时爬升,与墙拉结固定支座的合理间距应≤4.5m。

对于“架子爬钢挑梁、钢挑梁爬架子”的整体爬升式脚手架,因其底部实际为1.8m步高的空间钢管桁架,底部钢挑梁固定支座的间距可≤7m。

第3节                                爬升式脚手架依附的构件

对于全现浇剪力墙结构,当采用大模板施工时,爬脚手架的固定支座可直接依附在混凝土外墙上。外墙除窗洞以外,均可留置爬升脚手架固定支座的穿墙螺栓孔,能满足固定支座间距≤4~4.5m的要求。施工中,爬脚手架的固定螺栓孔原则上与外墙大模板的穿墙螺栓孔共用。

对于滑模施工的结构装饰施工,应用爬升脚手架时,可利用墙上的窗台口,用一种卡在窗台口的上下挂架夹具固定大小爬架的4个固定支座(图2-15-5)。

对于框架、内筒外框架或框架-剪力墙结构,当柱距≤4.5m时,爬架可直接依附在柱上,方法为预留￠25~30mm拉结爬架的螺栓孔。若每次爬升的高度为半个楼层,则每一楼层间柱身上预留两处螺栓孔。因对框架柱不利,这种作法往往被结构设计人员反对。若用钢抱箍代替柱上预留孔,虽可行,但给砌筑围护墙带来不便。为对结构有利,又能应用爬升式脚手架,可用工具式钢挑梁作为爬架依附的构件,挑梁临时固定在混凝土楼板上(图2-15-6),每次爬升的高度达一个楼层。因爬架的固定支座最终依附在楼板上,这就使爬架的水平间距不受柱距限制,以最合理的间距沿结构物四周均匀布置,使爬升脚手架具有更强的通用性,也可将爬|架固定在框架连系梁侧面上,但连系梁上留孔不如楼板上留孔准确方便。

第4节                                爬升脚手架固定支座及节点设计

整体爬升式脚手架的施工准备集中在钢挑梁以及斜拉杆的加工制作上,而对于其他两种爬升脚手架,其施工准备工作集中在爬架加工制作上。大爬架由Φ48×3.5脚手钢管组拼焊接而成,其总高度达8~l0m；小爬架由Φ63.5×4的立杆与脚手钢管组拼焊接而成,其高度常为一步高。因小爬架立杆的钢管直径大,管壁稍厚,受荷却小,所以设计的重点应在大爬架固定支座上。为解决大爬架固定支座短臂与立杆薄壁钢管的焊接,兼顾加工制作方便,目前几种主要作法如图2-l5-7所示。图2-15-7中的(@)(c)两种具有制作方便、安全可靠等特点。

对于爬架节点部位,因两薄壁钢管焊接成T形,其抗扭能力较差,所以有的在节点角区直接用钢板加强(图2-15-8a);也有的为使纵向水平杆与爬架横杆用扣件扣接方便,节点角区加固成空心三角形(图2-l5-8b)。一些工程中,大小爬架平面内设斜腹杆,在节点部位,斜腹杆离横杆约50mm,留出扣件位置(图2-15-8c)。