單元式定型化掛腳手設(shè)計(jì)與施工*

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海船廠（浦東）區(qū)域2E5-1地塊T1樓位于上海市陸家嘴區(qū)域，地面以上結(jié)構(gòu)總高度為255.35 m，55 層，現(xiàn)澆混凝土框架核心筒結(jié)構(gòu)，9層以下層高為4.5 m，9層以上標(biāo)準(zhǔn)層高為4.2 m，非標(biāo)層高有4.4 m以及4 m+2.2 m避難層，結(jié)構(gòu)平面布置如圖1所示。

圖1 T1樓主樓及核心筒平面結(jié)構(gòu)示意

在超高層結(jié)構(gòu)施工中，豎向結(jié)構(gòu)通常采用挑排腳手、液壓爬模以及整體鋼平臺(tái)等施工方式。

本工程在塔吊間（核心筒左下角），采用上海建工集團(tuán)自主研發(fā)的液壓爬模施工。而原塔吊設(shè)計(jì)為了保證塔吊能覆蓋最大半徑范圍，所以塔吊一側(cè)與混凝土墻體距離較小，爬升框到墻面距離僅為1 195 mm，如圖2所示，而且在這狹小的空間還要完成塔吊翻轉(zhuǎn)鋼梁工作，因此無(wú)法采用液壓爬模。

圖2 塔吊平面布置

因此，核心筒右側(cè)需單獨(dú)采用另一種施工體系與液壓爬模配合。傳統(tǒng)的挑腳手效率較低，與液壓爬模體系無(wú)法貫通，不能同步進(jìn)行，無(wú)法滿足本工程施工要求。因此，有必要在塔吊與墻面間設(shè)計(jì)一種操作簡(jiǎn)單便捷的施工架體解決上述問題。

2 單元式定型化掛腳手設(shè)計(jì)[1,2]

本設(shè)計(jì)為單元式定型化掛腳手，均采用鋼構(gòu)件預(yù)加工，地面拼裝完成后，一次性吊裝到施工樓層，施工提升過程中，采用塔吊整體提升，中間無(wú)須拆卸，節(jié)約了施工時(shí)間。

本單元式定型化掛腳手有如下特點(diǎn)：

（a）掛腳手為單元式，每個(gè)單元獨(dú)立受力，中間通過翻板相連，施工中連通，爬升過程中翻板打開；

（b）掛腳手分為下部三腳架承重體系和上部鋼結(jié)構(gòu)操作平臺(tái)架，鋼結(jié)構(gòu)操作平臺(tái)共5 層，下部3 層為模板操作層，上部2 層為鋼筋操作層，其施工操作層布置與液壓爬模體系高度一致，從而可以實(shí)現(xiàn)操作層貫通，便于施工開展，操作平臺(tái)架荷載通過下部鋼大梁傳遞到2 榀三腳架上，三腳架掛載于墻體預(yù)埋螺栓上，形成穩(wěn)固的體系，如圖3所示；

圖3 定型化掛腳手立面示意

（c）掛腳手下部采用三腳架和預(yù)埋螺栓支撐在混凝土墻面上，其預(yù)埋螺桿與爬模用預(yù)埋螺桿相同，承載力高，如果墻面處有開洞，則采用型鋼橫梁支撐，如圖4所示；

圖4 掛腳手三腳架

（d）架體立柱采用腳手管，橫梁采用雙拼50 mm×50 mm×5 mm角鋼，上鋪鋼板網(wǎng)，如圖5所示。

圖5 定型化掛腳手操作平臺(tái)剖面及平面示意

3 計(jì)算分析

3.1 工況分析

在這里分析2 種情況。

工況一：架體使用工況，即架體通過預(yù)埋螺栓連接承重三腳架，上部支撐架體結(jié)構(gòu)，架體上面有施工人員，該工況包含架體自重和施工活荷載。

工況二：架體處于提升工況，采用塔吊四點(diǎn)提升，一次將一個(gè)單元架體提升一個(gè)層高，此時(shí)只包含架體自重。

3.2 荷載

（a） 自重。主要為架體結(jié)構(gòu)以及圍護(hù)設(shè)施的質(zhì)量。（b） 施工荷載。最上層施工活載為2.5 kN/m2，其余各層均為1 kN/m2。

3.3 有限元模型

有限元模型如圖6所示。

圖6 定型化掛腳手有限元模型

3.4 定型化掛腳手計(jì)算結(jié)果

3.4.1 使用工況

架體最大應(yīng)力為36.5 MPa，底部撐腿輔助梁最大應(yīng)力為76.9 MPa；掛架最大變形為3.92 mm，應(yīng)力與變形均滿足施工安全性和適宜性要求。撐腿輔助鋼梁對(duì)混凝土水平推力為11.7 kN（圖7），掛鉤預(yù)埋件拉力為11.7 kN，掛鉤預(yù)埋件豎向力為24.9 kN（圖8）。

圖7 定型化掛腳手三腳架水平反力（單位：kN）

圖8 定型化掛腳手三腳架豎向反力（單位：kN）

承載螺栓為M30螺栓，材料為45#鋼，Rc25-30調(diào)質(zhì)處理，其強(qiáng)度可以滿足上述承載力要求。

螺栓與混凝土接觸處的混凝土沖切承載力驗(yàn)算如下：

承載接頭所受拉力最大為F=30.3 kN，混凝土強(qiáng)度為C15，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，ft=0.91 N/mm2，接頭埋入長(zhǎng)度s=400 mm，接頭末端采用彎頭形式，保守考慮取d=30 mm。

2.8×（d+s－30）×（s－30）ft=2.8（30+400－30）×（400－30）×0.91=377 104 N=377.1 kN，所以F=24.9 kN＜377.1 kN，混凝土抗沖切滿足要求。

3.4.2 提升工況

提升過程采用四點(diǎn)起吊，提升工況下架體最大應(yīng)力為21.6 MPa。架體最大變形為6.95 mm。各吊點(diǎn)提升力總計(jì)為22.6 kN。在塔吊提升能力范圍內(nèi)。

4 單元式定型化掛腳手施工

4.1 掛腳手施工平面部署

本工程塔吊間采用液壓爬模與掛架相結(jié)合，設(shè)置4機(jī)位液壓爬模1 部，編號(hào)N1，設(shè)置5 個(gè)單元掛架，編號(hào)分別為1#～5#，如圖9所示。

提升過程中，臨邊圍護(hù)的拆除順序是重要的安全控制因素，因此特別規(guī)定如下：

（a）首先對(duì)1#及5#與內(nèi)爬架N1相鄰處臨邊進(jìn)行封閉，臨邊采用腳手管臨時(shí)封閉，翻板翻起；

（b）提升內(nèi)爬架N1；

（c）2#與1#臨邊、4#與5#臨邊采用腳手管臨時(shí)封閉；

圖9 掛腳手平面布置

（d）1#、5#挑腳手整體起吊1 層；

（e）2#與3#、3#與4#挑腳手臨邊采用腳手管進(jìn)行臨時(shí)封閉；

（f）2#、4#挑腳手整體起吊1 層；

（g）3#挑腳手整體起吊；

（h）從液壓爬模與1#架之間臨邊開始，到5#架與爬模臨邊結(jié)束，順序依次拆除臨時(shí)圍護(hù)，工作狀態(tài)圍護(hù)連接。

4.2 掛腳手施工標(biāo)準(zhǔn)層施工流程

本次定型化掛腳手為單元式設(shè)置，T1有5 個(gè)掛腳手單元，施工完一層后，將其用塔吊分別提升到下一層，與預(yù)埋螺栓連接后固定，標(biāo)準(zhǔn)化施工流程如下：

流程一：澆筑第N層混凝土，此時(shí)掛架掛裝在第N-1層預(yù)埋螺栓上；

流程二：第N層混凝土養(yǎng)護(hù)期間，綁扎第N+1層混凝土鋼筋；

流程三：N+1層混凝土綁扎完成后，此時(shí)N層混凝土已經(jīng)達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度，拆除該層墻體側(cè)模，采用塔吊分別提升各單元定型化掛腳手，提升后將掛架掛載于第N層混凝土預(yù)埋螺栓上；

流程四：第N+1層合模，并澆筑該層混凝土，如此循環(huán)進(jìn)入下一個(gè)施工流程。

5 結(jié)語(yǔ)

單元式定型化掛腳手可以解決本工程塔吊間操作空間狹小的問題，并且操作便捷，可以同時(shí)進(jìn)行模板和綁筋施工，每層施工完成后通過塔吊整體提升。

各單元式架體受力合理，變形小，能夠滿足施工中安全性和適宜性要求，架體自重較小，滿足塔吊提升能力要求。