啮合式悬挑脚手架承力体系设计与应用研究

啮合式悬挑脚手架承力体系设计与应用研究

(金华职业技术学院浙江金华321007)Summary：本文通过设计不同部位啮合式转换结构将型钢直接固定在结构上，并用加劲肋进行端部加固，设计新型啮合式悬挑脚手架承力体系，并通过现场荷载试验验证承力体系的可靠性。该体系可以有效解决传统悬挑脚手架使用中存在的问题，提高悬挑脚手架安全性、经济性和施工便利性，对进一步推广悬挑脚手架在高层建筑中的使用具有十分重大的意义。Keys：啮合式悬挑脚手架承力体系应用研究近年来，悬挑式脚手架在高层建筑施工中越来越得到广泛应用。传统悬挑脚手架在实际使用中存在较多问题，如预留孔洞可能影响结构安全、一次性材料使用量大、建筑特殊部位安装困难、高空安装和拆除难度较大，同时还存在外墙渗漏隐患。本文从解决传统悬挑脚手架存在问题出发，通过不同形式的啮合式转换机构将型钢直接固定在结构不同部位上，并通过加劲肋进行加固，形成啮合式悬挑脚手架承力体系，有助于提高悬挑脚手架安全性、经济性和施工便利性，对进一步推广悬挑脚手架在高层建筑中的使用具有十分重大的意义。1啮合式悬挑脚手架承力体系简介啮合式悬挑承力架根据型钢规格主要有以下三种类别可选：NXTHN15（采用15HN型钢）、NXTI14（采用14#工字钢）和NXTI16（采用16#工字钢）。根据长度分为普通型和加长型，普通型长度为1.25m，加长型长度约为1.8m。啮合式悬挑承力架根部设有固定钢板和加劲板，上翼缘设置有立杆定位件和耳板，悬挑承力架可根据现场条件进行正装或反装。对于结构平面部位直接安装承力架有困难时，可通过平面转换构件进行转换连接，平面转换构件根据现场实际情况设计制作。平面转换构件与建筑结构以及承力架之间主要受力螺栓采用不小于Φ18mm的8.8级高强螺栓连接。同时设计啮合式悬挑脚手架角部通用承力体系转换构件，角部转换构件采用厚度为12mm的Q235钢板制作，为啮合式构件，长度为400mm，截面尺寸如图所示。选用长度1.5m的16#工字钢，并根据优化后的加劲肋方案进行加劲肋设置，结合转换机构，形成啮合式悬挑脚手架角部通用承力体系。2承力体系关键构件试验分析为了验证理论计算结果的正确性，对该啮合式悬挑工字钢承力体系进行了多次现场试验。2.1试验仪器采用DH3816型静态电阻应变仪采集数据，应变花和应变片测试应力，液压千斤顶（50t）施加荷载，经纬仪(2台)和位移计测量变形等。2.2试验荷载在楼层内上下倒置地安装了1套型钢梁，采用液压千斤顶从下部对型钢梁进行加压，代替上部架体荷载，尽量模拟实际工况。然后分3次进行加载，观察各构件是否存在破坏，同时应该采用分度计测量工字钢的变形情况，并且与计算得出的允许值进行对比，确定是否满足要求。考虑到实际荷载将使构件在不同位置产生不一样的变形，加载采用弯矩等效原理变脚手架双立杆作用为单点加载，加载位置位于对构件承载不利的远端，加载与实际悬挑架荷载作用方向相反，用千斤顶由下往上施加荷载。2.3试验结果根据上述要求，进行3次加载后，所有构件均未破坏，螺栓未松动，焊缝无裂纹，挠度测量结果显示3次加载变形量均未超过允许变形量，说明试验结果与计算结果完全符合。根据试验结果形成的荷载-位移曲线如图2.1所示，荷载位移曲线与有限元模拟分析得到的曲线变化趋势基本一致，该构件总体上设计是合理的，适合承受荷载。可以认定啮合式悬挑工字钢承力体系的安全计算过程合理，计算结果可以代表现场实际情况，实际使用安全可行。图2.1构件荷载-位移曲线3项目应用建议3.1工艺流程悬挑层结构施工→安装型钢梁预埋件→浇筑悬挑层混凝土→预埋件清理检查→安装型钢梁→起步架搭设→上一层结构施工→安装斜拉杆预埋件→浇筑上一层混凝土→预埋件清理检查→安装连接件→安装斜拉杆→上部架体搭设→使用及定期检查3.2操作要点3.2.1施工准备（1）啮合式悬挑脚手架在搭设之前，编制专项施工方案和安全技术措施。对于架体高度超过20m的悬挑式钢管脚手架，应按相关要求组织专家论证，论证通过后方可实施。（2）啮合式悬挑承力架安装时对应的主体结构混凝土强度应达到设计计算要求；上部钢管脚手架搭设时，对应主体结构混凝土强度不应低于C20；连墙件安装时，对应主体结构的混凝土强度应满足设计要求。3.2.2安装、搭设（1）结构混凝土浇筑完毕并达到方案要求的强度等级后，可进行啮合式悬挑承力架安装。啮合式悬挑承力架应按专项施工方案的平面施工图准确就位、安装牢固。安装前应检查构件型号、规格、安装位置，安装过程中应检查螺栓紧固情况。（2）连接角部转换构件的螺栓套筒预埋完成后，及时通过螺栓将转换构件预安装到模板外侧，待混凝土浇筑完成达到拆模条件时，卸下角部转换构件后进行拆模。3.2.3拆除（1）脚手架拆除作业必须由上而下逐层进行，严禁上下同时作业；连墙件必须随脚手架逐层拆除，严禁先将连墙件整层或数层拆除后再拆脚手架；分段拆除高差大于两步时，应增设连墙件加固。（2）架体拆除作业应设专人指挥，当有多人同时操作时，应明确分工、统一行动，且应具有足够的操作面。3.3检查与验收（1）制作悬挑承力架的材料应有产品合格证、质量检验报告等质量证明文件；构件焊缝的高度和长度应满足设计要求，不得有焊接裂缝、构件变形、锈蚀等缺陷。悬挑承力架的制作应按相关技术要求和检验方法进行检查。（2）啮合式悬挑脚手架在使用过程中，应加强日常检查，重点检查啮合式悬挑承力架与主体结构连接的预埋件是否有松动，各节点连接螺栓是否有松动，构件及节点是否有变形、锈蚀。4结论本文通过不同形式的啮合式转换机构将型钢直接固定在结构不同部位上，并通过加劲肋进行加固，设计研发啮合式悬挑脚手架承力体系，有助于提高悬挑脚手架安全性、经济性和施工便利性，对进一步推广悬挑脚手架在高层建筑中的使用具有十分重大的意义。Reference：[1]HaoZhang,KimJ.R.Rasmussen,BruceR.Ellingwood.Reliabilityassessmentofsteelscaffoldshoringstructuresforconcreteformwork[J].EngineeringStructures&Buildings,2012(36):81-89.[2]王家琪.新型斜拉式悬挑脚手架在高层建筑的应用[J].中国建筑金属结构，2020,（9）：94-95.[3]李勇.花篮拉杆工具式型钢悬挑脚手架施工技术[J].工程设备与材料，2020，（15）：127-129.[4]