超高层建筑整体爬升外脚手架的设计与施工

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/mm2f=205;稳定验算取较长的腹杆：N3/φA=33640÷(0.423×489)=162N/mm2f=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)=l29.372l0N/mm2。螺栓σ=YC/A=43880÷(2×3.14×12.52)=44.72130N/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=142.62kNN=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)=148.62210N/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。