裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)施工工法研究

余新樂(lè)YU Xin-le；江世堂JIANG Shi-tang；程卓CHENG Zhuo；籍夢(mèng)JI Meng；楊攀YANG Pan；陳祖旭CHEN Zu-xu；董瑞DONG Rui

（武漢建工集團(tuán)股份有限公司，武漢 430056）

0 引言

為了提高裝配式建筑的施工速度，通常裝配式建筑的樓梯均采用預(yù)制樓梯。但裝配式建筑的預(yù)制剪刀梯吊裝難以與樓層結(jié)構(gòu)面同步施工，導(dǎo)致樓梯間存在洞口臨邊安全隱患，本層樓梯間模板施工無(wú)操作臺(tái)和無(wú)上下樓通道。因此，有必要研制一種裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)，以提高裝配式建筑剪刀式樓梯間的施工安全和施工速度。目前，裝配式建筑樓梯間多功能平臺(tái)的研究成果較多，但同時(shí)具備能支模、洞口臨邊防護(hù)和上下作業(yè)面的裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)研究較少。

本文結(jié)合裝配式建筑的預(yù)制剪刀梯吊裝難以與樓層結(jié)構(gòu)面同步施工的特點(diǎn)，武漢建工集團(tuán)股份有限公司熱電廠宿舍片地塊項(xiàng)目部成立課題小組，開(kāi)展了裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)施工技術(shù)研究，總結(jié)出一種新型裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)施工工法，闡釋了該施工工法特點(diǎn)及其操作要點(diǎn)。該工法在熱電廠宿舍片地塊一標(biāo)段項(xiàng)目成功應(yīng)用，有效解決作業(yè)人員在裝配式建筑剪刀式樓梯間處支模、洞口臨邊防護(hù)和上下作業(yè)面的難題。

1 工法特點(diǎn)

1.1 制作簡(jiǎn)單

本工法只有操作臺(tái)處的鍍鋅壓型鋼跳板采用燕尾釘固定，其他均為焊接，且可整體在現(xiàn)場(chǎng)加工棚完成生產(chǎn)后再直接吊入樓梯間投入使用。

1.2 使用功能豐富

該多功能平臺(tái)設(shè)置兩層支模操作臺(tái)，便于整個(gè)作業(yè)層區(qū)域的樓梯間處墻柱和預(yù)制樓梯牛腿梁的支模作業(yè)；高于作業(yè)層混凝土面上方設(shè)置有兩道水平防護(hù)，間距60cm 一道，距離樓梯間長(zhǎng)度方向墻柱和寬度方向預(yù)制樓梯牛腿梁各30cm，確保作業(yè)人員開(kāi)展臨邊作業(yè)的安全；中間位置布置有上下作業(yè)面的樓梯，為作業(yè)人員提供了上下作業(yè)面的通道；8 根可伸縮橫桿端部的底部均焊接有8cm 高的墊塊，確保平臺(tái)在使用過(guò)程中與預(yù)制樓梯無(wú)接觸。

1.3 使用安全性高

該多功能平臺(tái)的操作臺(tái)設(shè)置有兩道水平防護(hù)，間距60cm 一道[1]，確保操作人員支模的安全；底層的兩邊操作臺(tái)中間設(shè)置有翻板和掛板，提高作業(yè)人員上下作業(yè)面的通行安全性；操作臺(tái)采用鍍鋅壓型鋼跳板，有效攔截鋁模的銷釘銷片和混凝土等雜物，大大降低了在樓梯間上下人時(shí)被掉下的雜物擊中的可能性。

1.4 人工投入成本低

該多功能平臺(tái)二次搭設(shè)耗時(shí)0 分鐘，二次吊裝10 分鐘，二次移出10 分鐘，吊裝和移出只需要塔吊各起吊1次，1 名操作工人配合塔吊即可，且循環(huán)使用次數(shù)越高，成本越低。

1.5 施工作業(yè)效率高

該工法實(shí)施后，樓梯間處可同時(shí)提供人員上下樓通道和多工種施工作業(yè)平臺(tái)，相對(duì)常規(guī)施工工法，可使每個(gè)單元每層泥工封堵墻腳和柱腳節(jié)省1 個(gè)工，木工安裝和拆卸樓梯間模板節(jié)省0.4 個(gè)工，鋼筋工綁扎樓梯間墻柱鋼筋節(jié)省0.1 個(gè)工。

依據(jù)《河北省土地整治項(xiàng)目管理辦法》，對(duì)責(zé)任主體滅失的礦山廢棄地進(jìn)行修復(fù)綠化時(shí)，對(duì)適宜復(fù)墾的礦山廢棄地，實(shí)施土地復(fù)墾工程。復(fù)墾新增的耕地可用于耕地占補(bǔ)平衡，增加的建設(shè)用地指標(biāo)可調(diào)整到異地使用。此外，指標(biāo)流轉(zhuǎn)的收益可用于礦山環(huán)境恢復(fù)治理。在此過(guò)程中，將工礦廢棄地復(fù)墾與耕地占補(bǔ)平衡、土地轉(zhuǎn)用、項(xiàng)目資金整合等多方面政策結(jié)合，適用了相關(guān)政策和支持政策，整合了資金和力量，有效推進(jìn)了示范區(qū)建設(shè)進(jìn)程。

1.6 可周轉(zhuǎn)使用

該多功能平臺(tái)一次加工成型后，可施工裝配式建筑的預(yù)制樓梯采用剪刀梯的樓梯間，若樓梯間長(zhǎng)寬凈空尺寸比本樓梯間大，可通過(guò)增加操作臺(tái)副板實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)使用。若樓梯間層高凈空尺寸比本樓梯間大或小，可通過(guò)增加臨邊防護(hù)實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)使用。

2 適用范圍

適用于裝配式建筑剪刀式樓梯間的施工。

3 工藝原理

3.1 平臺(tái)工作原理

本工法利用已完成施工的樓梯間牛腿梁為載荷體，用8 根可伸縮方管挑起平臺(tái)的自重和施工荷載，裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)主要由三大功能（能支模、能防護(hù)和能上下作業(yè)面）組成，BIM 模型示意圖如圖1 所示，功能一（能支模）由相互焊接的若干根方管和鍍鋅壓型鋼跳板通過(guò)燕尾釘固定組成，相互焊接的若干根方管組成功能二（能防護(hù)），功能三（能上下作業(yè)面）由兩根角鐵和花紋鋼板相互焊接組成，最上層踏步的花紋鋼板通過(guò)合頁(yè)與方管固定。三大功能通過(guò)相互焊接構(gòu)成裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)。

圖1 BIM 模型示意圖

3.2 平臺(tái)受力驗(yàn)算

在裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)初步設(shè)計(jì)完成后，為了準(zhǔn)確了解平臺(tái)在施工過(guò)程中的受力情況，采用有限元建模，并對(duì)其進(jìn)行合理簡(jiǎn)化。在最不利條件為活荷載作用情況下，對(duì)多功能平臺(tái)的截面應(yīng)力比、最大位移、支座最大反力等進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果滿足安全和穩(wěn)定性要求[2]。

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

工藝流程如圖2。

圖2 工藝流程

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 設(shè)計(jì)

①使用功能的舒適性設(shè)計(jì)上，兩層支模操作臺(tái)距離樓梯間四周混凝土墻面為30cm，便于支模和多功能平臺(tái)吊裝；兩層支模操作臺(tái)寬度為40cm，二層支模操作臺(tái)距離底層支模操作臺(tái)凈高為2m[3]，最高一層踏步平面的標(biāo)高與作業(yè)完成面的混凝土標(biāo)高一致，滿足作業(yè)人員正常通行；②在使用功能的預(yù)制樓梯保護(hù)性設(shè)計(jì)上，8 根可伸縮橫桿端部的底部均焊接有8cm 高的墊片，底層兩邊操作臺(tái)中間翻板的端部焊接有直徑25 的鋼筋頭，確保平臺(tái)在使用過(guò)程中不接觸預(yù)制樓梯；③使用功能的安全性設(shè)計(jì)上，洞口臨邊和操作臺(tái)臨邊均設(shè)置兩道間距為60cm 的水平桿防護(hù)，踏步正下方處的二層操作臺(tái)的鍍鋅壓型鋼跳板滿鋪至踏步，確保平臺(tái)使用過(guò)程的防護(hù)安全；對(duì)平臺(tái)的截面應(yīng)力比、最大位移、支座最大反力等進(jìn)行驗(yàn)算，確保該平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全可行。

4.2.2 生產(chǎn)

①按圖施工，避免平臺(tái)使用的舒適性受影響；②采取燕尾釘固定的鍍鋅壓型鋼跳板無(wú)松動(dòng)，采取焊接連接的焊縫飽滿。

4.2.3 吊裝、使用和移出過(guò)程

①平臺(tái)的可伸縮橫桿在吊裝、使用和移出過(guò)程均要用插銷鎖定，避免可伸縮橫桿移動(dòng)；②平臺(tái)起吊前，鍍鋅壓型鋼跳板上的銷釘銷片和混凝土等雜物必須先清理干凈，避免起吊過(guò)程雜物掉落。

5 材料與設(shè)備

5.1 材料

一個(gè)裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)所需主要材料見(jiàn)表1。

表1 一個(gè)裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)所需主要材料

5.2 設(shè)備

主要設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 主要設(shè)備

6 質(zhì)量控制

本工法的質(zhì)量控制主要涉及臨邊防護(hù)、各焊接點(diǎn)的焊接位置和焊接質(zhì)量。

6.1 必須遵循的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》JGJ 80-2016；

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017；

《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB 50661-2011；

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50205-2020。

6.2 生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制

方管、角鐵、花紋鋼板和鍍鋅壓型鋼跳板完成下料后，管理人員先根據(jù)圖紙對(duì)各部分尺寸進(jìn)行檢查，避免因下料不滿足設(shè)計(jì)要求造成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)間斷和原材料浪費(fèi)；平臺(tái)焊接過(guò)程，及時(shí)對(duì)照?qǐng)D紙要求檢查操作臺(tái)和防護(hù)的凈空尺寸，且全數(shù)檢查各焊接點(diǎn)的焊接質(zhì)量，確保平臺(tái)焊接一次成活。

7 安全措施

本工法的安全措施主要包括裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)本身的安全措施和使用該多功能平臺(tái)期間的安全措施。

7.1 本身的安全措施

各部分方管截面的大小選擇需經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，焊縫連接需滿足驗(yàn)收規(guī)范要求；定期對(duì)平臺(tái)進(jìn)行防腐防銹。

7.2 使用期間的安全措施

平臺(tái)每次起吊前，平臺(tái)上的銷釘銷片和混凝土等雜物必須先清理干凈；平臺(tái)的吊裝、使用和移出過(guò)程均應(yīng)確?？梢苿?dòng)伸縮橫桿處于鎖止?fàn)顟B(tài)；超過(guò)5 級(jí)大風(fēng)時(shí)靜止該平臺(tái)的起吊作業(yè)。

8 環(huán)保措施

提倡綠色施工，盡量使用施工現(xiàn)場(chǎng)的廢舊材料，如使用臨時(shí)建筑的殘料余料；平臺(tái)生產(chǎn)在施工現(xiàn)場(chǎng)的鋼筋加工棚內(nèi)作業(yè)，作業(yè)人員進(jìn)行平臺(tái)焊接時(shí)應(yīng)佩戴安全帽和手持防護(hù)面罩。

9 效益分析

9.1 經(jīng)濟(jì)效益

本施工工法與施工現(xiàn)場(chǎng)用“鋼管+熱鍍鋅壓型鋼跳板”搭設(shè)的常規(guī)施工工法相比，在使用安全性和減少人工投入方面均有較大提高，具體表現(xiàn)在：①平臺(tái)力的傳遞途徑是直接傳遞給樓梯間牛腿梁，平臺(tái)整體高度和有效寬度得到優(yōu)化，平臺(tái)發(fā)生側(cè)翻可能性大大降低；操作臺(tái)的踏板采用滿鋪并用燕尾釘固定，有效避免操作臺(tái)踏板出現(xiàn)踩空情況；②平臺(tái)無(wú)需二次搭設(shè)，二次吊裝和二次移出均只需1名操作工人用時(shí)10 分鐘即可完成，且無(wú)需額外搭設(shè)上下作業(yè)面樓梯架，就能實(shí)現(xiàn)三大功能（能支模、能臨邊防護(hù)和能上下作業(yè)面）；③該工法在樓梯間處就可提供人員上下樓通道和多工種施工作業(yè)平臺(tái)，相對(duì)常規(guī)施工工法，每個(gè)單元每層泥工封堵墻腳和柱腳可節(jié)省1 個(gè)工，木工安裝和拆卸樓梯間模板可節(jié)省0.4 個(gè)工，鋼筋工綁扎樓梯間墻柱鋼筋可節(jié)省0.1 個(gè)工；④平臺(tái)適用裝配式建筑的預(yù)制樓梯采用剪刀梯的樓梯間，當(dāng)裝配式建筑剪刀式樓梯間的長(zhǎng)寬高凈空尺寸比本樓梯間大，可通過(guò)在多功能平臺(tái)操作臺(tái)上增加翻板和調(diào)整多功能平臺(tái)的防護(hù)實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)使用。

9.2 社會(huì)效益

本工法使裝配式建筑剪刀式樓梯間的臨邊安全得到顯著提高，提供了多工種操作臺(tái)和上下作業(yè)面通道，有效減少了人工投入，得到了工程參建主體的一致認(rèn)可，并有望在全國(guó)大范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用。

10 應(yīng)用實(shí)例

新建居住、公園綠地、復(fù)合公共停車場(chǎng)庫(kù)及供應(yīng)設(shè)施項(xiàng)目一標(biāo)段（熱電廠宿舍片地塊一標(biāo)段項(xiàng)目）。

本項(xiàng)目位于武漢市武昌區(qū)積玉橋，和平大道與新河后街交匯處。計(jì)劃開(kāi)工日期為2020 年11 月10 日，計(jì)劃竣工日期為2023 年7 月27 日，施工總工期989 日歷天。

2#樓（33 層）為裝配式建筑，建筑面積29815.5m2，裝配率50.63%，分兩個(gè)單元，都為預(yù)制剪刀梯，樓梯間長(zhǎng)寬高凈空尺寸為4820mm×2600mm×2900mm，兩個(gè)單元的樓梯間均應(yīng)用了裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)施工工法（見(jiàn)圖3 和圖4），因裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺(tái)無(wú)需二次搭設(shè)，平臺(tái)吊裝和移出時(shí)間大大縮短，且提升了泥工、木工和鋼筋工的施工效率，經(jīng)核算，相對(duì)常規(guī)施工工法，兩個(gè)單元可節(jié)省費(fèi)用87865.84 元（不考慮周轉(zhuǎn)使用），經(jīng)濟(jì)效益見(jiàn)表3。

表3 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比表

圖3 一單元使用效果

圖4 二單元使用效果

11 結(jié)語(yǔ)

本施工工法與傳統(tǒng)施工工法相比，有效解決作業(yè)人員在裝配式建筑剪刀式樓梯間處支模、洞口臨邊防護(hù)和上下作業(yè)面的難題，有望在全國(guó)大范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用。