关于外墙脚手架连墙件构造选型的探讨

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803_wantao
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  摘要:本文从工程实例出发多方面探讨了外墙脚手架连墙件构造选型问题,包括分析各连墙件的优缺点、构造选型、构造改进等。
  关键词:脚手架连墙件构造预埋钢筋法
  Abstract: in this paper, starting from the engineering aspects of the scaffold wall connecting piece structure selection problem, including the analysis of the advantages and disadvantages of each wall component, structure selection, structure improvement.
  Keywords: scaffold, the wall connection structure, rebar embedding method
  
  中图分类号:TU767+.5文献标识码:A文章编号:
  
  前言
  改革开放至今已有三十余载,纵观我国高速的建筑业发展史,不难看出与其它发达国家一样受土地资源稀缺(大中城市)的制约,建筑物由原来的多层向高层、超高层方向发展。由此带来了一系列的施工安全问题,其中包括外墙脚手架的强度、刚度、稳定性问题,而对于稳定性起关键作用的非连墙件不可,国内数不胜数的脚手架坍塌事故很多都是拆除连墙扣件不当或设置不当引起的。
  1外墙脚手架连墙件的作用
  建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2011)6.4说明了连墙件的作用是传递水平荷载、约束变形、中间支座、抗倾覆等。
  1.1传递水平荷载
  外墙脚手架连墙杆件的扣件节点与主体建筑物连接为刚性时,与外墙脚手架的连接可看作为半刚性节点,因此连墙件可以传递轴向拉、压应力。脚手架必须依靠与建筑物的可靠连接才具备承受其自重、施工荷载和水平荷载的能力。
  1.2约束变形
  对于脚手架这种横高比巨大的结构形式,只有设置了刚性的连墙件才能约束其在横向的变形,不至于产生大波浪变形失稳。
  2.3中间支座
  试验证明:不设置连墙件导致脚手架增大的竖向间距将使立杆的承载力大幅度下降,而设置了脚手架与结构主体之间约束连杆,可作为承受水平力作用的支座,并大提高了立杆的稳定性。JGJ130规范中立杆计算长度的取值与连墙件的设置是有明文规定的。
  1.4抗倾覆
  约束脚手架在竖向荷载作用下的变形,减少立杆计算长度,增强脚手架横向刚度,提高其向内或向外的抗倾覆能力和承载稳定性。
  连墙件的作用表明它的设置对保证脚手架的稳定性至关重要,工程技术人员在选择连墙件的构造形式时应该采取严谨的科学态度,从安全、适用、经济、普及性等角度通过比选而定,而绝不能信手拈来。
  2工程简介
  2.1建筑概况
  广州医学院第二附属医院新门诊综合楼工程位于广州市海珠区昌岗东路250号,本工程建筑面积44866平方米;地下2层,地上15层;正立面玻璃幕墙设计、大开间铝合金窗且立面造型凹凸变化多样,其余外立面均为铝塑板材饰面。
  2.2脚手架搭设概况
  根据施工现场的实际情况,1/1 X 1/C~E轴西北弧角处搭设落地式钢管双排脚手架至屋顶。其他位置因场地限制,拟从二层楼面(标高5.0m)搭设悬挑式钢管双排脚手架至屋顶。落地式钢管排栅架搭设最高高度为64.10m,悬挑式为38.80m。根据规范及现场实际情况连墙件的设置为二步三跨,查该工程脚手架施工专项方案的安全计算书连墙件轴向力计算值为NL = 8.617kN。
  3 外墙脚手架连墙件构造选型
  3.1可供比选的连墙件构造形式
  工程上常见的或新型的(专利产品)连墙件可分为两类:一类是拉筋与顶撑配合使用的附墙连接,一类是刚性连墙件与建筑物可靠连接。
  3.1.1拉筋与顶撑配合的构造形式由拉筋(8#钢丝或Ф6mm钢筋)、顶撑、扣件等构件组成(如图1),其拉筋只能承受拉力,压力由顶撑传递。拉撑结合法的不足之处是承载力较差,脚手架的横向刚度相比于刚性连接形式较弱,起顶撑作用的钢管无法紧密连接脚手架与主体结构,导致脚手架易产生晃动,并且在外墙装修时易被全部拆除从而产生安全隐患。故其受到限制使用,只适合低于24m以下的建筑物,且风压不能大于6.0KN/M2的地区,但优点是省工、省料。本工程属高层,不适合采用该法。
  3.1.2刚性连墙件与建筑物可靠连接:由连墙杆、扣件与预埋件组成。其连墙杆件既能承受拉力又能承受压力,具有较大刚度,在荷载作用下变形很小。此类型共分为三大类:预埋钢管法、锚固钢板法、箍柱法。本工程对这三大类进行优缺点的综合比选,从而选择合适的构造形式。
  (1)预埋钢管法(如图2、3)
  预埋钢管法是目前最为常用的连墙件构造形式,能起到刚性连接作用。预埋钢管法的优点是刚性好、埋设位置准确、施工方便。不足之处是成本较高,拆卸预埋短管麻烦,并且必须对砌体的后留洞口进行后期封堵。采用该法时,在砌体施工时必须对连墙件的竖向短钢管位置留设洞口,待连墙件拆除后采用细石砼进行封堵,对外墙防水留下难以弥补的渗漏隐患(如图3)。但因其施工取材方便,现阶段该法应用较广泛。
  (2)预埋锚固钢板法(如图4)
  预埋锚固钢板法是在相应柱梁等位置预埋带锚脚的钢板。模板拆除后用钢管与露出梁侧或柱侧的钢板焊接,钢管的另一侧与脚手架的立杆用扣件连接。该形式有两种做法,做法一:预埋钢板在加工场与预埋钢筋焊接好,预埋在侧模内,拆模后再与外墙脚手架连接,因此拆模前外墙脚手架与建(构)筑物之间没有可靠连接。另一做法:在侧模上开洞穿预埋钢筋,然后再与锚固钢板焊接。此法后期装修时需修补钢板与外墙的空隙。预埋锚固钢板法的优点是刚性好,无砌体补洞工序,无渗水隐患。不足之处是施工麻烦,需两人配合;锚固钢板被模板隐蔽后易走位,易被砼埋没;外墙装修时需动火作业拆除构件,存在安全隐患。预埋锚固钢板法目前在工程中应用比较少。
  (3)后置锚固钢板法(如图5)
  后置锚固钢板法是在梁柱砼达到一定强度后在其侧面钻孔,安装膨胀锚栓或化学锚栓,再用预先与钢管焊成一体的锚固钢板连接即可。后置锚固钢板法的优点是刚性好,无补洞工序因而也无渗水隐患。后置锚固钢板法的不足之处是施工不方便;后置锚固钢板容易松动,存在较大安全隱患。与建(构)筑物连接不可靠性限制了它的广泛应用,但因为不需预先预埋构件,所以当后期需要额外增加连墙件时常采用该法 。
  (4)箍柱法 (如图6)
  箍柱法是柱子模板拆除后,用四根短钢管和四个扣件将砼柱箍住,并通过一根长钢管与脚手架立杆连接的方法. 箍柱法的优点是刚性好,施工灵活方便。箍柱法的不足是所需要材料最多同预埋钢管法一样,仍存在墙体补洞工序,同样存在着外墙渗水隐患。同时,箍柱法连墙件必须要等柱子模板拆除后进行安装,导致施工作业层的脚手架与主体结构无可靠拉结,存在着明显的安全隐患。实际工程应用中不会单独采用该法,可与其它形式配合应用,例如因结构原因无法预埋构件或需拆除原来连墙件时都使用该法。
  (5)预埋钢筋法(如图7、8)
  预埋钢筋法是指在主体结构的梁柱砼施工前,在相应位置预埋预先与钢管侧壁焊好的钢筋。钢管的另一侧与脚手架的立杆用扣件连接,预埋钢筋法的优点是施工方便,无砌体补洞工序,无渗水隐患,由于施工现场有大量的钢筋杂碎料,因此节约了大量的材料。预埋钢筋法的不足之处是刚性较差;现场通常是采用2Ф6钢筋,另一端与钢管焊接,焊接质量比较难把握握,承载力稍低。预埋钢筋法在我国 “住房保障和房屋”项目中被广泛推广应用。
  3.1.3此外还有一些专利产品,如螺杆式连墙件、瑞利得连墙件等。这里只探讨瑞得利连墙件。瑞利得连墙件采用预置锚件预埋在梁、柱或剪力墙中,等侧面模板拆除后,用锚栓把预先与钢管焊好的锚板与预置锚件连接即可。具有连接快捷,无砌体补洞工序,无渗水隐患特点。不足之处:由于是专利产品基本上还没有普及,市场上只有厂家直销而没有一、二级代理商,购买不简捷且需要提前定货,对项目部计量材料用量要求准确;对定位要求较高,特别当需要双螺栓受力时工人不易操作,在浇筑砼时外骨架稍有轻微倾斜就导致前盖板不能与螺栓固定;只能与梁或柱水平对接而不能垂直连接,因此布置不灵活。目前该产品普及率不是很高,只在少数地区推广应用。
  3.2各种外墙脚手架连墙件构造筛选
  表1各连墙件应用参数
  
  
  表1的分析费用是按高层建筑脚手架施工平均周期12个月和现在的钢管、扣件的租金计算每处连墙件的成本。
  
  根据本工程特点,对连墙件要求如下:1)不能由于装修阶段或其它原因,工人可随手拆除;2)当脚手架沉降时,避免连墙件产生弯矩;3)连墙件不能在外墙产生大孔洞(铝塑板材不能后期修补),因此只能与窗台连接,导致连墙件迎风受力面积局部比较大;4)连墙件与建(构)筑物接触点要小,且要易于拆除;基于上述要求比照各连墙件优缺点,经筛选预埋钢筋法+箍柱法(局部及后期使用)适合本工程应用。
  4预埋钢筋法连墙件构造改进
  针对预埋钢筋法常规做法的力学性能较差特点需对其作进一步的改进,具体包括三个方面:连墙件构造设计、连墙件加工、连墙件预埋及安装。
  4.1连墙件构造设计(如图9、10)
  首先在不增加成本、常规作法2Ф6的基础上改为1Ф20钢筋并设置1350弯钩(本工程的主钢筋为Ф20,充分利用钢材杂碎料,大大节约成本),不仅增加焊接接触面积,同时极大改善其力学性能及可焊性。其次钢筋外露长度由常规的150mm(不含焊缝部分)改为>350mm,从而使钢管不妨碍其它工序施工。最后改单面焊工艺为双面焊,进一步改善力学性能。
  4.2连墙件加工
  主要改进焊接加工工艺,根据管厚、材质、焊条焊丝直径、具体条件选择焊接工艺,一般 I=(20~30)δ, 在保证外围系统(送丝、导电)良好的前提下, I<200A时,U=(14+0.05I)±2V。最佳焊接规范的主要特征: a. 焊缝成形好;b. 焊接过程稳定,飞溅小;c. 焊接时听到沙…沙的声音;d. 焊接时看到焊机的电流表、电压表的指针稳定,摆动小。良好的焊缝质量为构件力学性能提供了有力的保障。
  4.3連墙件预埋及安装
  改进思路主要是严格控制圆钢埋设安装轴线偏差,为了保证连墙件位置正确以及后续施工的及时插入。放线时首先根据轴线放测出连墙件30cm的控制线,标记红三角,每条轴线红三角的个数不少于两个,横向控制线用钢尺传递,并弹在钢筋上,确保安装轴线的准确性,减少连墙构件偏心受压(拉)。钢筋在加工场加工定型、与钢管焊接质量检验合格后方可进入下道预埋工序,预埋时与周边钢筋点焊固定防止位移。
  5连墙件安全验算
  连墙件构造改进后还应进一步对它的力学安全性能进行验算。
  5.1焊缝承载力验算
  采用直角焊缝:E43型焊条,手工电弧焊hf=5mm,Lw=100mm,焊接允许抗拉、抗压强度ffw=160N/mm2。即焊缝允许承受的最大轴向力:N=heLwffw=0.7 hfLwffw =0.7X5X100X160=56KN。
  5.2钢筋抗拉抗压承载力验算
  抗拉承载力验算,钢筋有效直径de=20mm;有效截面面积: 314.2mm2;安装后最大长度350mm;钢筋抗拉强度设计值fy=210N/ mm2,钢筋承受的最大拉力为:N拉=Aefy=314.2X210=65.9KN;
  抗压承载力验算,由λ=L/(1/4de)=350/(1/4X20)=70得=0.623,钢筋可承受的最大压力为N压=0.85Aefy=0.85X0.623X314.2X210=34.9KN。
  根据以上计算钢筋连墙件的容许荷载为[NL]= 34.9KN,大于Nl= 8.617+3=11.617KN,验算结算通过。
  6结语
  在工程实际应用中,不能一成不变、生搬硬套理论知识。而应根据建筑物特点、经济要求、装饰阶段对连墙件的要求等进行优化选取合适的连墙件构造类型。再根据脚手架体型、高度、基本风压和地面粗糙度类别等,按JGJ130-2011的规定计算风荷载,可按下式确定连墙件允许覆盖的脚手架迎风面面积Aω=([NL]-N0)/1.4ωk=([NL]-N0)/1.4(0.72sω0)。然后依照脚手架的步距、纵距确定脚手架连墙件的布置方案,才可以为外墙脚手架的稳定性打下坚实的基础。
  参考文献
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  [2] 中华人民共和国住房和城乡建设部、标准化管理委员会。钢结构设计规范[S]。北京:中国建筑工业出版社GB 50017-2003 2003
  [3]潘新民,熊昱栋。外墙脚手架新型连墙件施工技术应用[J]。劳动保护,2010(4):1。
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