改进型外挂防护架在某装配式混凝土建筑中的应用

引言：在推广运用装配式混凝土建筑的过程中，因其有别于现场浇筑混凝土的传统施工方式，除其本身施工工艺、施工方法等发生了较大的变化外，一些与其相配套的施工工艺、施工方法、防护设施也发生了变化，与装配式混凝土建筑的技术上下呼应，高度融合，起到了很好的辅助和保障作用，促进了装配式混凝土建筑的发展。这当中，有些属于创新型成果，有些属于改革型成果，但都凝聚了广大建设科技工作者的智慧。本文将要着重介绍的外挂式防护架技术在工程建设领域已应用多年，在与装配式混凝土建筑技术相结合后又萌发了新的生机，发挥了新的作用。1.工程概况某停车综合楼工程（以下简称“本工程”），总建筑面积49595㎡(其中地上16层，计42073㎡；地下二层，计7522㎡)，地上分高低二区，高区16层，低区8层，建筑高度为63.3m。主要建筑功能为车库及业务用房，设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度。结构形式分为二种，地下室以及一层采用传统框架剪力墙结构；二层以上结构为预制装配式混凝土结构（其中剪力墙部分为现浇），采用的预制构件主要有预制柱、叠合梁、叠合板、预制楼梯四种类型，预制装配率约57%。本工程于2015年4月10日开工，2016年11月30日竣工，获2018-2019年度国家优质工程奖。2.采用预制装配式建筑的背景本工程在开工建设之初，正值装配式建筑试点示范时期，当地政府和主管需要严格遵循国家及有关部门颁布的明文规定，落实社会节能减排基本国策，切实满足建筑领域侧供给改革需求，培育新的经济增长点，推动当地的装配式建筑发展进程，经认真商讨和仔细研究，将本工程定为装配式试点项目，努力探索和积累装配式建筑建造过程中有关管理和技术方面的经验，使建筑工程稳步趋向于装配化发展。承建本工程的施工企业具有特级资质，且其早在2010年时就已涉足装配式建筑领域，具备了一定的实力和能力。3.本工程外围立体防护的技术难点由于场地狭小，现场外脚手架的选用和布置受牵制因素较多，如何做好基础、主体结构、装饰修三个分部工程施工期间的外围立体防护工作是本工程的一个技术难点问题。4.采用外挂防护架的整体思路（1）根据以上对本工程外围立体防护的特点和难点问题的分析，施工单位技术人员在充分听取专家和有关参建单位建议的基础上，形成了以下选用外围立体防护体系的思路：①地下室及地上一、二层主体结构施工期间采用落地式扣件钢管脚手架。②三层以上主体结构施工期间采用外挂防护架。③装饰修工程施工期间采用吊篮。（2）在装配式混凝土建筑主体结构施工过程中使用的外挂防护架既可以采用传统的扣件钢管脚手架防护系统，也可以采用与装配式混凝土建筑相配套的简易外挂防护架，二者的优缺点比较见下表1：表1扣件钢管脚手架和改进型外挂防护架对比（3）外挂防护架选用原则①架体结构设计环节需要切实保障结构的安全性、可靠度，将造价建设成本控制在适宜范围之内。②要求支架需要在规定条件及使用期间内建设，从根本上保障支架整体的安全性、适应度。③在选择支架材料时，需要确保材料运输便捷、后续能够有效保养及维护。④构架选型环节还需要确保构架整体受力精准，要求构架结构稳固可靠，后续拆卸及安装便捷，能够通过安全质量检验。⑤外挂脚手架的搭设还必须符合JGJ59-2011的检查标准要求。（4）外挂防护架选用结果施工单位技术人员经对扣件钢管外挂防护架与改进型的外挂防护架进行技术经济比较分析后，结合本工程实际情况，参照自身公司已具备的类似工程外挂防护架的施工经验，最终决定选用改进型外挂防护架。5.改进型外挂防护架的设计计算5.1改进型外挂防护架剖面图图1改进型外挂防护架剖面图5.2荷载工况根据《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》（JGJ202-2010）以及专家在专项施工方案论证时提出的意见，验算了三个施工工况：（1）工作状态：此时考虑永久荷载、可变荷载、工作状态风荷载。（2）非工作状态：考虑永久荷载和非工作状态风荷载。（3）吊装工况：考虑永久荷载。5.3荷载计算（1）三角支托架最大间距按1.8m计算，上部操作平台两边超出三角架1.15m。（2）架体材料选用Q235钢，密度取7.85T/m3,冲压钢脚手板自重为0.3KN/㎡，安全钢丝网自重为1.5kg/㎡。（3）施工荷载按1KN/㎡考虑。（4）工作状态基本风压取值为0.3KN/㎡,考虑到迎风面为安全钢丝网，偏安全地考虑钢丝网每格单元尺寸为35mm×35mm,钢丝直径为4mm，则其有效迎风面与钢丝网面积之比为（35×2）×4÷（35×35）=0.23，风荷载体型系数为1.3×0.23=0.299，地面粗糙度按C类地区考虑，建筑高度63.3m,查《建筑荷载规范》（GB50009-2012）后知风压高度变化系数为1.2264，则工作状态风荷载标准值为：0.7×1.2264×0.299×0.3=0.077KN/㎡；非工作状态基本风压取值为0.45KN/㎡,其余参数同前，非工作状态风荷载标准值为：0.7×1.2264×0.299×0.45=0.116KN/㎡。（5）采用MIDAS软件计算，有限单元模型如下图2：杆件采用梁单元，部分杆件根据实际制作情况释放梁端约束，冲压钢脚手板和安全钢丝网自重荷载以及风荷载通过板单元传递，板单元厚度取1mm，弹性模量1×105MPa,以减少对结构的影响。（6）荷载效应组合①永久荷载+施工活荷载；②永久荷载+0.9（施工均布活荷载+风荷载）。以上两者取最不利情况。（7）计算结果经计算，该型外挂防护架满足要求，有安全保证。在此，笔者提醒初次使用者，1号杆件产生的应力最大，容易超限，如有超限情况发生，则须相应加大型钢截面或改变计算模型。6.施工工艺流程及方法6.1工艺流程6.2施工方法（1）本工程除地下室、一层、顶层外，均使用了预制构件，外挂防护架附着点大部分位于叠合梁上，所以在工厂制作叠合梁时预先已留好螺栓穿梁洞口，少量位于现浇梁上的附着点则采用预留套管的方法予以解决。（2）外挂防护架的受力主体采用槽钢/钢管焊接成的三角支托钢架，要求防护架的间距应当为1.8米，形成独立的使用与提升单元，钢架在楼面叠合梁中部附着点采用直径为Ф27mm的8.8级高强螺栓悬挂架体。（3）新进场首次投入使用的外挂防护架在搭建及安装完毕后，须经堆载试验，荷载取值2×3×75KG（每片限载3人，每人平均体重75KG），持载4h后未发现焊缝开裂，结构变形等情况后方可投入使用。荷载试验部位由项目部安全管理部门指定，试验过程中派专人在地面管理，外挂防护架下方10m范围内不得有人通过。（4）常温施工时，叠合梁现浇混凝土强度要求达到7.5Mpa以上（冬期施工要求达到10Mpa以上）才可组装外挂防护架。（5）本工程利用塔吊提升外挂防护架，首先拆除邻近的架体连接件，要求单元组合架结构中的连接杆件、护栏以及脚手板等始终保持稳固状态，操作平台上各种物料要清除干净，禁止在作业平台上堆放模板或者钢管的材料。（6）在每片三角架处设置两处起吊点。（7）在确保塔吊吊钩安装牢固后需要轻微起吊，测量平衡架体重量，卸除高强螺栓上的架体荷载，然后再松动高强螺栓内侧螺母，检查是否全部松动，确认无误后方可起吊，始终保持吊钩处于垂直、平衡、缓慢状态。在架体结构两侧以及上下绑扎架体平衡缆风绳，要求操作人员应当在楼层上控制缆风绳，使揽风绳能够使架体结构保持在左右平衡状态，辅助塔吊，使塔吊能够移动到拟就位的高强螺栓上。架体就位前高强螺栓必须装齐，每个高强螺栓配一个垫片和2个螺母，在架体就位后需要紧固内侧螺栓，在所有螺栓都紧固后，才可以摘除。（8）在外挂防护架重新投入使用前，着重检查架体结构的连接件，确保连接件始终处于紧固状态。借助上下三道短钢管，使架体结构能够连接成统一整体。（9）逐片提升外挂防护架，不得相互钩挂，固定完毕后，要求高强螺栓需要在防护架下层平台处拆除，实现高效运转使用目标。7.搭设时的安全保证措施及架体防护（1）操作层及防护层应当铺设脚手板，立面使用适宜规格的钢丝网片封闭。防护层的脚手架处使用密封式的安全网以及平网兜底，铺设18cm高挡脚板和1.2m高的防护栏杆。（2）架体与主体结构、两侧外挂防护架之间的间距以及竹篱片脚手板封闭应使用铁丝固定在架体上。（3）在每个流水段外挂防护架的端头、墙头阳角处没有防护栏杆情况下，用钢管进行封闭并设置安全网。（4）做好外挂防护架施工人员进场时安全教育和技术交底工作。（5）施工人员持证上岗，非专业人员不得参加安装和拆卸架体工作。（6）作业时，施工人员需要严格遵守安全管理规范，禁止穿硬底鞋、皮鞋、拖鞋上班，一律穿软底球鞋。（7）施工人员严格执行操作规程，按专项施工方案安拆，不得违章作业、违章指挥。（8）班前禁止饮酒。（9）安、拆架体时，在作业区下方划出警戒区，拉好警戒线，配备专门人员看护，禁止高空抛物。（10）遇有五级以上大风、大雨、大雾及恶劣天气时，停止作业。8.提升时注意事项（1）外挂防护架提升用的钢丝绳直径大于12.5mm，满足现行国家标准《重要用途钢丝绳》（GB8918）的要求。（2）在外挂防护架提升前首先挂号吊钩，拆除支架杆件，松动高强螺栓。螺栓需要穿入预留孔中，控制出墙距离，开展挂架工作。（3）提升过程中，确保吊钩处于外挂防护架重心部位，避免挂架失稳倒转，缓慢提到上层后，每榀的螺栓孔须保证同时挂在高强螺栓上。（4）在外挂防护架就位后，高强螺栓未紧固前，塔吊不允许脱钩。（5）在外挂防护架提升过程中严禁人员站在防护架上，安装完毕前不允许上人。（6）外挂防护架环节，需要严格遵守提升顺序，有效配合提升、固定与封闭工作，避免拆除两片以上的架体或连接件。（7）操作人员在穿钢丝绳挂钩过程中要系好安全带。9.外挂防护架验收及使用（1）本工程外挂防护架在每一层提升安装完毕后，由监理单位、总包单位、安拆单位、外架提供单位按照《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》（JGJ202-2010）第8.3.2条要求共同进行验收，验收合格后投入使用。（2）在主体结构施工期间，外挂防护架主要为施工人员提供操作面、通行条件、安全防护，禁止堆放其他材料和施工机具（如脚手架、钢管、模板、焊机、泵管等），架体允许最大施工荷载为0.8KN/m2，并挂牌限载。（3）外挂防护架经验收投入使用后，任何人不得擅自拆改，确因施工需要改动时，经项目经理批准，由架子工负责实施。（4）安全员随时检查外挂防护架使用情况，严禁施工人员在架体上集中停留或跑跳嬉闹。（5）项目部定期对外挂防护架使用情况进行检查、监测，以便发现异常情况后能及时处理。（6）动力线和照明线不允许直接搭在架子上，设有瓷瓶和支架。（7）除常规要求外，五级以上大风、大雾、大雨和大雪天气停止利用外挂防护架作业。结语：新技术、新材料、新工艺、新设备与新的建造方式之间是一种由量变到质变的循序渐进的关系。“四新”的变化大部分情况下只引起局部的变化，但其中一种发生了革命性的变化，抑或是几者变化叠加以后，带来的往往是建造方式的革命性变化，装配式建筑的出现就是一个很好的佐证。正因为装配式建筑的建造方式有别于传统的建造方式，对于工程建设者而言，它带来了一系列新的东西，如理念、认知、概念、技术、工艺等。我们