王晨 张安政 李轩 刘建利 黄幼蓝
中建三局城市投资运营有限公司 湖北省武汉市 430000
摘要：随着科技进步及人们对建筑空间艺术追求的不断提高，独特的建筑外檐造型成为建筑师表现建筑空间艺术的一个重要手段，从而也给建筑施工技术提出了更高的要求。常见的普通型钢悬挑外脚手架存在材料周转度较低、焊接安装施工工序多等缺点。江西信丰某厂房项目12层办公楼为悬挑混凝土框架结构，根据工程的特点及现场实际情况，采用壁挂式工字钢上搭设脚手架体系。文章通过工程实例对高空悬挑脚手架的成功选用和施工应用进行论述，针对常见悬挑脚手架的不足，对锚固螺栓、连墙件及斜拉杆进行了优化。
关键词：高空；悬挑结构；工字钢；工具式；支撑
1工程概况
项目位于江西省赣州市信丰县，智能设备产业园一期项目规划为工业厂房，包含2栋12层办公楼、4栋丙类厂房、5栋研发厂房、3栋6层宿舍、1栋2层食堂，建筑面积约23.2万m2，办公楼区域设计一层地下室，地下室建筑面积约1.2万m2，地上部分结构形式为框架结构，基础形式为钻孔灌注桩基础。
12层办公楼及11层宿舍采用悬挑脚手架，其余楼栋及地下室采用落地式脚手架。悬挑工字钢采用新型工字钢进行悬挑，其连墙件均采用预埋工具式连墙件拉结，并采用斜拉杆进行保护。悬挑工字钢采用20a号型钢，通过可拆式预埋高强度螺栓与楼层外墙固定。混凝土浇筑前，利用卷尺、水平尺按悬挑工字钢平面布置图进行定位，每根悬挑工字钢间距≤1.5m，利用水平尺调平后，采用电钻在模板上进行钻孔（每根工字钢2根高强度螺栓）。高强度螺栓预埋件预埋至板面往下40cm位置，螺栓间距为18.5cm，并确保各预埋件在同一水平面上。
2工艺原理
可选方案包括外挑工字钢上搭设满堂架模板支撑体系、钢管桁架模板支撑体系、型钢桁架模板支撑体系、从3层开始搭设满堂脚手架。通过计算可知，若悬挑工字钢端部无向上受力的 结点，则工字钢强度及变形均不能满足要求，因此考虑在工字钢端部设斜撑或斜拉钢丝绳。若在工字钢端部设斜撑，斜撑的加工及安装因无外架而难度很大；因此选择在20a号悬挑工字钢端部设斜拉钢丝绳的方案，此方案可满足要求。
3关键技术
3.1悬挑钢梁布置：
工字钢挑梁按挑梁平面布置图沿建筑物外墙四周架设，每隔1.5m架设一根，钢梁悬挑长度小于等于2600mm时，设置1根钢筋拉杆；悬挑长度大于2600mm且小于等于3000mm时，设置内外2根钢筋拉杆，钢筋拉杆的水平夹角应不小于45°。下图为工字钢挑梁剖面图。
工字钢挑梁剖面图
钢挑梁设置由18#工字钢与10mm厚连接钢板满焊，采用2根M22×260穿墙螺栓与结构固定联接。
3.2立杆搭设要求：
在支撑架上搭设双排钢管脚手架，纵距1.5m，步距1.8米，横距0.85m，内立杆距建筑物0.3m，下图为立杆搭设局部图：
1、立杆上的对接扣件应交错布置，两根相邻立杆的接头不应设置在同步内，同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不宜小于500mm，各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1／3。
2、开始搭设立杆时应设置一根抛撑拉接，有三跨的隔跨设一根（共两根），直至连墙件安装稳定后，或者对撑杆安装稳定后方可拆除。
3、当立杆基础不在同一高度上时，必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于1m。靠上方的立杆轴线到边坡的距离不应小于500mm。每搭完一步脚手架后，应按落地钢管扣件脚手架规范规定校正步距、纵距、横距及立杆的垂直度。在搭设中不得随意改变构架设计、减少杆配件设置和对立杆纵距作≥100mm的构架尺寸放大。确有实际情况，需要对构架作调整和改变时，应提交技术主管人员解决。
3.3小横杆搭设横距为1.5m一道，标准长度为1.05m；纵向水平杆分内外两道，内侧纵向水平杆距建筑物350mm，外侧纵向水平杆与内侧水平杆距离850mm。
横杆搭设要求：
（1）、纵向水平杆设置在立杆内侧，其长度不小于3跨。对于多跨脚手架，如需接长纵向水平杆，应采用对接扣件，对接扣件交错布置，两根相邻水平杆的接头不宜设置在同步或同跨内，不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不小于500mm，各接头至最近主节点的距离不大于纵距的1/3。
（2）、主节点处必须设置一根横向水平杆，用直角扣件扣接且严禁拆除。
（3）、双排脚手架的横向水平杆两端，应用直角扣件固定在立杆上。
3.4拉杆布置要求：
拉杆为A18圆钢车丝，中间采用无缝钢管花蓝调节管。钢挑梁由M18可调节拉杆加固拉紧，上拉杆与结构采用2个M22×260穿墙螺栓联接，下拉杆与距离工字钢端头250mm处，焊接100（上宽）/100（下宽）×100（高）×10mm（厚度）钢耳板，耳板与上拉杆采用M22×120高强螺栓联接。下图为拉杆的节点图。
下拉杆节点图
3.5连墙件安装要求：
1、连墙件设置全部采用钢管拉结。连墙钢管的预埋沿每一个楼层对应主框架的位置建筑物梁上预埋一道，预埋钢管的长度不得小于0.4m，埋深不得小于0.25m。
2、连墙件均匀布置，每个拉结间距不得超过两步三跨且每个拉结屏蔽的脚手架投影面积不得大于27m2；在规定距离如不存在预埋钢管，则采用钢管夹持柱作为拉结固定点的办法，使钢管拉结的控制范围在规范规定的范围内。
3、连墙件中的连墙杆宜水平布置且与墙体垂直，连墙杆与架体连接可稍下斜，绝对不允许上翘，下斜角度必须小于15°
连墙件不能水平设置时应向下斜拉示意图
4悬挑体系搭设方法
4．1施工工艺流程
施工准备→确定悬挑梁预留洞正确性或进行适当调整→悬挑梁安装→立杆定位→摆放扫地杆→竖立杆并与扫地杆扣紧→装扫地小横杆，并与立杆和扫地杆扣紧→装第一步大横杆并与各立杆扣紧→安第一步小横杆→铺设脚手笆→安第二步大横杆→安第二步小横杆→加设临时斜撑杆→上端与第二步大横杆扣紧（装设与柱连接杆后拆除）→铺设脚手笆→安第三、四步大横杆和小横杆→安装二层与柱拉杆→安装拉接杆→再接立杆→加设剪力撑→铺设脚手笆→绑扎防护及档脚板→立挂密目安全网→安全平网。
4.2铺悬挑工字钢
（1）工字钢挑梁按挑梁平面布置图沿建筑物外墙四周架设。
（2）每隔1.5m架设一根，工字钢挑梁长度见工字钢平面布置图，标准长度1.3m。
悬挑工字钢及立杆平面布置图
4.3摆放纵向扫地杆
（1）当立杆基础不在同一高度上时，必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于1m。靠上方的立杆轴线到边坡的距离不应小于500mm。
（2）在脚手架立杆底端之上≤200㎜处设纵向扫地杆，与立杆连接牢固。横向扫地杆采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。
4.4安装立杆
（1）立杆支撑在工字钢上，工字钢上焊高200mm的C25短钢筋2条用来固定立杆。
（2）立杆步距1.8m、横距1.5m，内排立杆距建筑350mm
4.5安装横向扫地杆
（1）横向扫地杆亦应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上；
（2）竖立杆并与扫地杆扣紧；
（3）装扫地小横杆，并与立杆和扫地杆扣紧。
4.6安装连墙件
（1）拉结从首步做起，水平方向每4.5米（三跨）设1根；竖直方向每2.9米（每层）设1根。
（2）当与水平结构连接时，采取在边梁内预埋短钢管的方法；
（3）从底层第一步纵向水平杆处开始设置，偏离主节点的距离≤300mm，连墙件应保持水平；
4.7安装剪刀撑
（1）剪刀撑由6米的架管通过3个旋转扣件搭接，搭接长度1米，剪刀撑与地面的倾角为45°~550，跨越立杆5根；
（2）连续布置剪刀撑，用旋转扣件固定在与之相交的大横杆上或立杆上。5支撑体系受力分析
5体系验算
5．1计算假设
1）钢管与钢管、钢管与工字钢之间所有连接均视 为铰接。2）模板支架无失稳现象。3）工字钢锚固件处连接为铰结。根据上述假设，经计算，悬挑工字钢、满堂架的强度、稳定性、挠度变形均符合要求。
5.2体系强度验算
本工程层高2900，考虑外挑600空调板阳角处的转角挑梁区域为最不利条件，A点按固定支座，C点按铰链支座：
阳角最外端C点处立杆传递的集中力Nc= R1=1.474P= 13.354KN，
内侧B点处由立杆传递的集中力 Nb=N=9.06KN
1）C点受力图（挑梁最外端）：斜拉杆的水平夹角x
Sinx==0.77，cosx==0.6376
T1+T2=Ncd / Sinx=（2.4*Nc+1.0*Nb）/（2.4*Sinx）
=（2.4*13.354+1.0*9.06）/（2.4*0.77）
=17.129/0.77 =22.245KN
2）D点受力（上拉点）：
RDx2=（T1+T2）cosx=22.245×=14.184KN
RDY2=（T1+T2）sinx=22.245×=17.297KN
3）A点受力（AC挑梁杆件支承根部）：
RDX=（T1+T）×sinx
由∑MC=0：
RAY=Nb*LBC/LAC=9.06*1.4/2.4=5.285KN
由∑MD=0：
RAX=（Nb*LAB+NC*LAC）/LAD=（9.06*1.0+13.354*2.4）/2.9=14.176KN
挑梁最大弯矩M在B点处：
MB= RAY*Lab= 5.285*1.0=5.285 KN.m
3、上拉式型钢支撑架杆件验算
1）AC挑梁杆件承载力验算：
① AC挑梁杆件选用18#工字钢，AC挑梁在水平轴向压力RAX、弯矩MB作用下，为压弯杆件。其截面力学性质如下：
截面积A=30.74cm2，抵抗距WX=185.4 cm2，i=7.37cm；
λ= L0/i =kμh/i = 1.155*1.5*240/7.37=56.4，查表ψ=0.76。
σ=+
=+ =6.068+28.506=34.574N/mm2<[f] =205N/mm2，强度满足要求。
② 挑梁根部联接板焊缝验算
挑梁根部联接板焊缝长250mm，角焊缝高度高4~6mm。根部为剪力RAY与水平轴向压力RAX复合作用，焊缝按下式验算：
（5）斜拉杆下拉点焊缝与连接验算：
① 斜拉杆筋下拉点焊缝验算
斜拉钢筋与连接板焊缝（如图3），焊缝高度4mm，2条焊缝贴面角焊缝。
==99.3N/mm2< =160N/mm2，满足要求。
图3
② 下拉点焊连接验算
6综合效益
6.1经济效益
（1）对型钢挑梁的锚固螺栓进行了深化设计，使锚固螺栓可拆卸、可周转使用（工具式），从而降低了工程成本。1）需要使用预埋锚固螺栓15500套，按照当地 市场价格1套不可周转的U形锚环价格为24.00 元，一次性材料费用总投入为37. 20万元。而釆用可拆卸式锚环投入量为5 600套，按照当地价格单套为36.00元，一次性材料投入费用为20.16万元。
（2）使用不可周转连墙件约为18300套，按照不 可周转预埋钢筋价格为20. 00元，材料总投入为36.60万。而可拆卸的连墙件约为6500套，单价为21.00元，材料一次性投入13.65万元。
6.2品质提升效果
（1）采用的悬挑工字钢通过可拆卸锚固螺栓固定在楼板面上，结合斜拉钢丝绳柔性卸荷使得悬挑 支撑体系具有多重保险，充分保证了悬挑支撑的安全。
（2）将预置锚件（螺母）预埋在梁、柱或剪力墙 中，待侧面模板拆除后，用锚栓把事先与钢管焊好的锚板与预置锚件（螺母）连接，再将与锚板焊好的钢管与脚手架立杆扣件连接，形成连墙件。该连墙件具有操作性强、经济性佳、可靠性好、安全性高等优点。
（3）钢挑梁上一般常用的固定式定位桩优化为可拆卸式定位桩，减小了挑梁穿外墙时所需预留洞 的高度，减小了对结构的影响。
（4）针对建筑钢筋混凝土外墙转角处主筋密集，型钢挑梁贯穿困难的情况，开发了转角处不穿墙构造，避免了对主体结构的损伤。
7结语
通过采取上述措施，该工程高空悬挑脚手架快速完成安装，验收指标完全满足设计要求，模板支撑体系安全、经济，该脚手架比传统产品减少了穿越墙体伸入室内锚固在楼面梁和楼面板上的长度，其重量减轻了56%以上，节省了大量的钢材；悬挑型钢梁与建筑物主体结构的固定是采用可拆式预埋高强螺栓，型钢梁拆除后，预埋螺栓还可回收重复使用。同时，安装新型悬挑架时，施工简便，轻量化操作，且不影响其他工序施工，有效地提高施工效率，优化了施工流程。现场不再需要现场实施焊接、切割等工序，有效消除了火灾隐患。全新的安装搭设方式，杜绝渗水漏水隐患。
参考文献：
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论文作者:王晨,张安政 李轩,刘建利,黄幼蓝
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第13期
论文发表时间:2019/12/3
标签：工字钢论文; 立杆论文; 脚手架论文; 拉杆论文; 横杆论文; 水平论文; 扣件论文; 《建筑细部》2019年第13期论文;