装配式混凝土结构桁架式悬挑外防护架技术分析

贾宇，孔祥辉，张大勇

（中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070）

1 引言

桁架式悬挑外防护架、工具式三角悬挑架、附着式升降电动脚手架、电动升降平台及双排落地式脚手架等，为当前装配式混凝土结构施工安装中较为常用的几种外防护体系，其中，桁架式悬挑外防护架有着更为理想的应用优势，值得进行深入探究。

2 装配式混凝土结构桁架式悬挑外防护架的构造设计

桁架式悬挑外防护架在高层装配式混凝土剪力墙结构中的应用更为频繁，其主要构件包含连接件、防护网、U形钢筋、型钢梁、双排脚手架、卸荷钢丝绳、穿墙螺栓、桁架式型钢架等，单层桁架可以承担多层外防护架体，受力明确且结构相对简单，对现场预制构件的施工影响较小，不需要进行多次起重机吊装处理，因此，有着更为明显的应用优势。

3 装配式混凝土结构桁架式悬挑外防护架施工验算

3.1 基本规定与要求分析

上部双排脚手架、型钢梁以及底部桁架式型钢架的计算，是装配式混凝土结构桁架式悬挑外防护架施工验算中需要着重完成的工作。桁架式悬挑外防护架是一种新型外防护结构体系，要求严格依照GB 50210—2016《建筑施工脚手架安全技术统一标准》中的相关要求展开施工验算，其脚手架部分的综合安全系数应不小于2.2。

3.2 双排脚手架计算分析

立杆稳定性计算是双排脚手架施工验算中需要着重把握的内容，在不考虑风荷载的情况下，立杆稳定性可根据式（1）验算：

式中，σ为立杆的轴心压力实际计算值，N；N为立杆的轴心压力设计值，N；A为立杆的净截面面积，mm2；φ为轴心受压立杆的稳定性系数；[f]为立杆抗压强度设计值，N/mm2。

在考虑风荷载的情况下，立杆稳定性验算公式为：

式中，MW为由风荷载设计值在立杆处产生的弯矩，kN·m；W为立杆的净截面模量。

连墙件的分析计算也是双排脚手架施工验算中需要重点完成的工作内容，所使用的连墙件轴向力N1的计算公式为：

式中，N1V为风荷载所产生的连墙件轴向力设计值，N；N0为连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力，N。

3.3 型钢梁及底部桁架式型钢架计算分析

参考具体布设情况，结合多跨连续梁展开对桁架式悬挑外防护体系承载力以及挠度的计算，底部桁架式型钢架需要针对钢杆件的承载力以及稳定性展开施工验算，并计算螺栓处混凝土局部抗压强度以及穿墙螺栓的承载力。

以某装配式混凝土住宅建筑为例进行说明，结合架体布设以及荷载分布，选用受力较不利的外防护体系，依托MIDAS GEN软件，针对其底部桁架式型钢架以及型钢梁展开施工验算，计算模型如图1所示。选取Q235B级方钢作为衡钢桁架式型钢架，并将其焊接为整体桁架式三角架；在MIDAS模型中，剪力墙与架体之间使用螺栓完成连接，并设定为铰接模式；在针对墙体与混凝土与架体底部的接触区域设定为单侧受力约束，以此体现出对型钢架相对于墙体变形情况的有效限制，双排脚手架立杆区域作为竖向集中荷载加至桁架式型钢架的相应位置。

在极限状态标准组合工况条件下，该MIDAS计算模型中，型钢架杆件与型钢梁的最大挠度设定为1.6 mm，如图2所示，满足JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架，安全技术规范》对挠度限值的相关要求，即有：

式中，[v]为挠度限值；I为悬挑构件的长度，通常为悬挑梁长度的2倍。

4 装配式混凝土结构桁架式悬挑外防护架的施工技术要点

4.1 预制悬挑构件的施工技术要点

桁架式外悬挑防护体系需要对设置于装配式混凝土剪力墙结构中的阳台板、预制空调板等悬挑构件部位进行避让处理，相应部位的型钢架普遍选用有着更大悬挑的特定架体，此时型钢架悬挑跨度一般在2~3 m，可以设置承插式脚手架作为以上预制悬挑结构的支撑构件，并确保主体结构与架体之间有效、可靠刚性拉结。在此过程中，要重点规避预制悬挑构件断裂问题的发生，要求在起吊构件的过程中促使预制悬挑构件依照设计位置装配于主梁上，避免在吊装期间与其他构件发生碰撞而导致预制悬挑构件断裂。同时，为确保预制悬挑构件能够与装配式主梁之间形成更为牢固的结构体系，还需要在完成预制悬挑构件的固定后实施混凝土浇筑，保证两构件固定良好。

4.2 型钢梁的施工技术要点

桁架式悬挑外防护架顶部的脚手架立杆基础一般设定为工字形型钢梁，施工中，依托U形筋以及螺母对型钢梁进行固定；型钢梁与型钢架之间必须设置不少于3个锚固点，具体而言，需要设置至少3个U形卡环，以此完成对型钢梁与型钢架的锚固处理；针对单个型钢梁，必须使用独立搭设的方式，严禁其与相邻型钢梁之间进行焊接等连接处理；依托调平垫片的方式，针对型钢架顶部放置的型钢梁展开提前抄平处理；结合上部双排脚手架位置完成对定位钢筋的焊接处理，将其设定在型钢梁的上部，并且钢筋的直径不小于25 mm。同时，在实际施工过程中，要求在定位钢筋内部插入双排脚手架立杆。

4.3 连墙件的施工技术要点

使用刚性连接的方式对连墙件与主体结构进行连接，在每2步3跨的位置需要设置至少1套连接连墙件；其中，在电梯位置、卸料平台等外防护体系开口区域，需要在两侧各布设至少1套连墙件[1]；应当在脚手架主节点区域投放连墙件，且控制连墙件与主节点之间所偏离的距离始终不超过300 mm；使用扣件使连墙件与主体结构之间固定拉结，若单扣件承载力难以满足连接需求，可以选择双扣件连接、焊接或螺栓连接等拉结方式；水平设置连墙件，保证其与架体内外排立杆保持在固定连接状态；窗口位置可以使用钢管与洞口形成的整体，并与外侧架体展开牢固连接处理；针对无洞口位置或两侧山墙可以投放预制外墙板，或在墙体后浇区内落实螺栓孔预留处理，并以此为基础，保证连墙件与架体之间可靠连接。

4.4 卸荷钢丝绳的施工技术要点

卸荷钢丝绳是桁架式悬挑外防护架体的主要安全措施结构，因此，其并不参与架体受力计算，实际施工过程中，要求选择直径不小于15.5 mm，且抗拉强度不小于1 770 MPa的钢丝绳作为桁架式悬挑外防护架体系的荷载钢丝绳结构。同时，要求控制型钢梁与钢丝绳之间的水平夹角不超过45°。施工中，出于安全性考量，需要选用直径不小于20 mm的HPB300级钢筋作为主体结构与荷载钢丝绳拉结吊环；吊环预埋锚的设置过程中，要求严格遵守GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》，确定其预埋锚固长度。需要提前在预制墙体构件或现浇墙体构件内预留安装卸载钢丝绳时需要使用的穿墙孔，并保证穿墙孔直径不小于24 mm[2]，使钢丝绳能够在墙体结构内得到有效固定。在此基础上，还要控制相应穿墙孔与现浇构件端部之间的距离不小于100 mm。

4.5 桁架式悬挑外防护架体系的施工注意事项

4.5.1 桁架式悬挑外防护架体系的施工工艺流程

在装配式混凝土结构桁架式悬挑外防护架体系的施工过程中，一般需要遵循的施工工艺流程为：对装配式混凝土结构桁架式悬挑外防护架的安装位置以及立杆位置进行定位处理；安装悬挑外防护型钢架；对型钢梁进行立杆定位筋的焊接；完成型钢梁的敷设；连接固定型钢架以及U形筋；固定卸荷钢丝绳，此时需要在上墙体施工完毕后落实该操作；组织纵向水平杆、立杆以及剪刀撑的精准放置；进行连接件的设置，若无法设置连接件，则需要进行抛撑的搭设；进行脚手板的敷设；落实对防护栏杆以及挡脚板的安装处理；组织密目式安全网或是硬质外防护的挂设。

4.5.2 桁架式悬挑外防护架体系的施工要点

展开装配式混凝土结构桁架悬挑外防护架的搭设施工之前，必须组织相关施工人员完成对悬挑防护架安装位置以及立杆定位控制线的测设，通常情况下，楼板结构标高900 mm处可设定为型钢架第一道穿墙螺栓；针对所有型钢架均使用两道穿墙螺栓完成其与墙体之间的连接；安装型钢架的过程中可以投放并使用塔式起重机，依照立面安装设计图、平面布置图将型钢架安装至准确位置，在此过程中，要求控制穿墙螺栓从墙内向墙外穿出[3]；对承重架的竖向位置以及水平位置进行微调处理，从而确保型钢架与主体结构之间的连接始终保持在高度可靠的状态下；完成就位调整后，即可对穿墙螺栓的螺母结构进行拧紧处理，并剔出塔式起重机吊钩。对于桁架式悬挑外防护架体系的结构，其上部双排脚手架的搭建需要参考结构施工进度，落实逐层向上搭设处理的施工方法；单层架体必须依托主体结构与连接件完成可靠拉结，保证固定可靠；若桁架式悬挑外防护体系的搭建需要经过机房位置，则展开桁架式悬挑外防护架的搭设要求搭设至机房层顶，并保证架体与主体结构之间实现可靠性拉结。

5 结语

综上所述，桁架式悬挑外防护架的施工优势明显，在当前的高层装配式建筑施工中更加常用。施工中，需要在合理完成施工验算且保证结果达标的条件下，把握并落实预制悬挑构件、型钢架、连墙件、卸荷钢丝绳等桁架式悬挑外防护架体系关键结构的施工要点，能够提升桁架式悬挑外防护架的施工质量水平。