新技术应用--超高层建筑整体爬升外脚手架的设计与施工

新技术应用--超高层建筑整体爬升外脚手架的设计与施工

在超高层建筑的主体施工中,整体爬升脚手架有明显的优越性,它用料少,只安拆一次,爬升快捷方便,经济效益显著,是一种很有推广使用价值的超高层建筑外檐脚手架,被建设部列入重点推广的10项新技术之一。

第1章          超高层建筑整体爬升外脚手架的设计

整体爬升外檐脚手架以电动葫芦为提升机,使整个外脚手架沿建筑物外墙或柱整体向上爬升。搭设高度依建筑物标准层的层高而定,一般取建筑物标准层4个层高加1步护身栏的高度为架体的总高度。脚手架为双排,宽以0.8~lm为宜,里排杆可距建筑物外皮0.4~0.6m。脚手架的横杆和立杆间距不宜超过1.8m,可将1个标准层高分为3步或2步架,以此步距为基数确定架体横、立杆的间距。

架体最下一步为整个架体的承力 桁架(图2-16-1),承力桁架仍是整个架体的一部分,只不过在每个节间内都有斜腹杆,且上下弦杆、斜腹杆均采用双管。承力桁架两端坐落在用型钢制作的承力托上。

承力桁架承受上部架体传下的全部荷载,并将其传递给承力桁架两端下面的简支点(承力托)上。在进行架体设计计算时可将架子沿建筑物外围分成若干单元,每个单元的宽度参考建筑物的开间而定,一般在5~9m之间,不宜大于9m。在架体单元与单元相连处的下面安装承力托,所以承力托的间距也是5~9m,承力托作为每个单元架体的简支点。荷载传递路线为每单元架体上部的全部荷载传递给承力桁架,再由承力桁架传递给承力托。从偏于安全考虑,承力桁架按简支计算。

以型钢制作的承力托里端用螺栓与建筑物外墙或边梁、柱固定,外端用斜拉杆与上层的相同部位固定,承力托外端的斜拉杆为主要受力杆件。

架体的提升动力使用7~10t电动葫芦,电动葫芦挂在用型钢制作的挑梁上。挑梁与建筑物的固定方式与承力托相同,挑梁固定的位置与承力托上下相对,与承力托相隔2个层高(图2-16-2)。电动葫芦下面的吊钩吊在承力托的花篮吊架上。架体每次爬升l个层高。在爬升前先拆开承力托与建筑物的连接点,此时架体荷载由电动葫芦及挑梁承受。设计时,这条传力路线上的所有构件、焊接点均应通过计算。架体爬升到位后安装承力托,架体使用期间,架体荷载由承力托承受，并通过斜拉杆等传递给建筑物,这条传力路线上的所有构件和焊接点亦应通过计算。.

架体爬升到位后,使用期间拆下电动葫芦及挑梁,用滑轮或手动葫芦倒至上一层相同部位并固定,以备下一次爬升。

使用期间架体还应与建筑物有足够的拉结点,拉结点的个数根据风载计算确定。在爬升过程中,因这些固定拉结点均须拆除,所以还应设有滑动拉结点或滑轮缆绳拉结点,在爬升过程中起拉结作用。

在爬升过程中,为防止架子内倾与建筑物产生摩擦,还应设有爬墙(柱)轮。

第2章          安装前的准备工作

1.按平面图先确定承力托及电动葫芦挑梁安装的位置和个数,在相应位置上的混凝土墙或梁内预埋螺栓或预留穿螺栓的孔眼。各层的螺栓位置要求上下相一致,误差不超过土10mm。

2.加工制作型钢承力托、挑梁、斜拉杆。准备电动葫芦、钢丝绳、脚手管、扣件、安全网、木板等材料。

3.因整体爬升脚手架的高度为4个标准层层高,而建筑物的首层层高往往与标准层不一致,所以一般在建筑物主体施工到5~6层时才能从2~3层开始安装、搭设爬升脚手架。此时要先搭设1~2层的落地外脚手架,作为安装爬升架子承力托和搭设爬升架子的操作面。

第3章          整体爬升脚手架的安装

1.先安装承力托,承力托内侧用￠25~30mm的螺栓与混凝土边梁固定,承力托外侧用斜拉杆与上层边梁拉结固定,用斜拉杆中部的花篮螺栓将承力托调平。

2.在承力托上面搭设架子,先竖承力托上的立杆,然后搭设最下一步的承力桁架,桁架下弦管的接头如用接头扣件连接,架子受荷后接头处会拔开,故须用帮焊钢筋连接。搭设时承力桁架上下弦管应中间起拱3cm。承力桁架内的各杆件宜用双管。

3.逐步搭起4层高的整个架体,随搭随设置拉结点,并设剪刀撑。

4.在比承力托高2层的相同位置安装工字钢挑梁,挑梁与混凝土边梁的连接方法与承力托相同。电动葫芦挂在挑梁下。将电动葫芦的吊钩挂在承力托的花篮提梁上。

5.在架体上铺板,每个层高满铺一层,宜用厚约30mm的轻质木板。架体外面满挂小眼网,小眼网应从架体底部兜满。

6.位于电动葫芦挑梁处2个单元架子搭接处的里排横杆应使用短管,提升时暂时拆除有妨碍的几根,待挑梁通过后再重新连接。

第4章          提升步骤

检查电动葫芦是否挂妥,挑梁是否安装牢固。

撤出架体上所有活荷载和施工荷载。

短暂开动电动葫芦,将电动葫芦与承力托之间的吊链拉紧,使其处在初始受力状态。

松开架体与建筑物的固定拉结点(此时滑动拉结点仍起作用)。

5.松开承力托与建筑物相连的螺栓和斜拉杆,观察架子的稳定状态(此时架体已经悬空,荷载由电动葫芦系统承受)。

6.开动电动葫芦开始爬升,爬升过程中应随时观察架子的同步情况,如发现不同步应暂时停机进行个别调整。每次爬升一个层高,爬升时间1~2h。

7.爬升到位后,先安装承力托与混凝土边梁的紧固螺栓,并将承力托的斜拉杆与上层边梁固定,然后安装架体上部与建筑物的各拉结点(此时脚手架处于稳定状态)。待检查脚手板等符合安全要求后,脚手架即可开始使用,进行上一层的主体施工。

8.在新一层主体施工期间,将电动葫芦及其挑梁摘下,用滑轮或手动葫芦倒至上一层重新安装,为一下层爬升做准备。

第5章          使用及安全注意事项

架子安装完毕,须经安全部门检查合格后方能使用。

2.主体施工时模板的支撑系统不能支在该脚手架上,模板、脚手管等不能存放在该脚手架上,砌外墙时外脚手架上不宜存放机砖、砌块、砂浆桶等,外檐装修时可存放部分装饰材料,但不能超过设计计算时确定的施工荷载。

3.进行脚手架设计时,施工荷载可取每平方米投影面积4~5kN,且应为均布荷载。

4.架子外围和兜底应全部用小眼安全网封严,每个层高满铺一层板。

5.由专人组成爬升架子操作班,负责架子的安装、爬升、维修和安全监护,他人不得改动架子。

6.安全员要经常检查承力托、挑梁等处的焊缝是否开焊,检查承力桁架上、下弦杆上的扣件是否滑扣等,发现异常情况随时修整。

第6章          计算实例

某大厦平面呈方形，每边边长35m，每面5个开间,最宽的架体单元取7m,架体高18.2m、l3步。横、立杆间距取1.4m，双排架子宽0.8m。

第1节                                承力椅架内力计算

承力桁架为每个单元架体最下面一步架，承受架体上部传来的荷载P，承力桁架被承力托简支(图2-16-3)。

1.荷载P计算：P由脚手架自重、脚手架附设构件重量(脚手板、安全网、护栏)、施工荷载3部分组成。

查《高层建筑施工手册》(中国建筑工业出版社出版，以下简称《手册》)表4-4-4，用插入法算得，由一步一个纵距脚手架自重产生的l个立杆内的轴力为0.388kN。

架体为13步，故轴力NGK1=0.388X13=5.044kN。

查《手册》表4-4-5，用插入法算得由1个立杆纵距的架子附设构件重量产生的轴力(铺5层板)NGK2=3.33kN。

查《手册》表4-4-6，用插入法算得由施工荷载(取5kN/m2)产生的轴力NQR=9.8kN。

故总轴力N=1.2(5.044+3.33.)+1.4×9.8=23.769kN。

因N是作用在双排架子上的，故单片桁架1个立杆纵距上的荷载P=N/2=11.885kN。

杆件内力计算：由平衡方程求得每单元架体承力托处支反力分别为

YA=35.66kN，YB=35.66kN。

用结点平衡法计算出：

受拉力最大的杆为中间的下弦杆，N1=35.65kN;受压力最大的杆为中间的上弦抨，N2=35.65kN;斜腹杆中压力最大的为边跨腹杆，N3=33.64kN。

杆件强度及稳定计算：上、下弦杆强度验算：

σ=N1/An=35650÷489=72.9N/mm2<f=205;

稳定验算取较长的腹杆：

N3/φA=33640÷(0.423×489)

=162N/mm2<f=205。

第2节                                承力托斜拉杆及连接螺栓的强度计算

承力托与建筑物连接处的螺栓承受剪力，斜拉杆承受拉力(图2-16-4)。设p’为由承力桁架传来的荷载，N＇为斜拉杆内力，Yc为螺栓承受的剪力。

每个承力托承受一个单元架体的荷载，每个架体单元有6根立杆。

故P＇=6P=11.885×6=71.3kN;

由平衡方程求得N＇=126.94kN，Yc=43.88kN

选用2根Φ25Q235钢为斜拉杆，选用2根Φ25的普通螺栓。

斜拉杆σ=N＇/A=126940÷(2×490.62)=l29.37<2l0N/mm2。

螺栓σ=YC/A=43880÷(2×3.14×12.52)=44.72<130N/mm2。

第3节                                电动葫芦挑梁与建筑物连接强度计算

电动葫芦挂在挑梁下，位于双排架子中间，故距建筑物距离为400+500=900mm，设

N"为斜拉杆内力，w为1个单元架体的荷载，Y＇为连接螺栓的剪力(图2-16-5)。

由平衡方程算得:

W=2P＇=2×71.31=142.62kN

N"=145.83kN， Y＂=0。

斜拉杆及螺栓的规格同承力托:

斜拉杆σ=N"/A=145830÷(2×490.62)=148.62<210N/mm2。

第4节                                电动葫芦起重量的确定

由于规定了在架子爬升时要卸下所有的施工荷载，故电动葫芦的起重量不必达到W=14.2t，而只取脚手架自重及附设构件两项荷载。

故Nw=1.2(5.044+3.33)=l0.05kN，(1个立杆纵距的荷载)W＇=10.05×6=

60.3kN以W＇=6.03t确定电动葫芦的起重量即可。