《施工技术》好文推荐一种新型装配式悬挑轻钢模架施工平台体系

摘要

提出一种新型装配式悬挑轻钢模架施工平台体系，该新型施工平台由轻钢模架支撑系统、轻钢模架与剪力墙连接系统以及模架施工平台防护系统构成。轻钢模架支撑系统采用轻型方钢管三角桁架结构，长细比较大的压弯杆件采用局部钢管混凝土加强构造。采用高强螺栓附墙节点作为轻钢模架与剪力墙连接系统，将施工平台体系与装配式剪力墙相连。模架施工平台防护系统由脚手架框架以及施工模板平台构成。所提出的新型施工平台体系结构设计合理，支撑系统以及节点构造牢固可靠，工业化与装配化程度高，特别适用于装配式剪力墙结构的建造、设备安装以及外墙装饰等工程。

引言

悬挑轻钢模架施工平台体系如图3所示。①轻钢模架支撑系统 该新型施工平台体系下部的三角轻钢桁架结构(简称“三角架”)为轻钢模架支撑系统，采用100×100×4方钢管焊接而成，钢管采用Q345级钢材。三角架沿墙面外伸1200mm, 可允许施工人员双向并排通过。②轻钢模架与剪力墙连接系统 每个三角架结构采用高强螺栓附墙节点通过2根M24高强螺栓与墙体相连，形成节点连接系统。螺栓穿过钢管螺栓孔与墙体预留孔通过螺母紧固，从而将三角架与墙体固定；为避免螺栓紧固过程中造成钢管屈曲，需在钢管开孔部位焊接螺栓套筒。③模架施工平台防护系统 脚手架框架以及施工模板为安全围护系统；为方便上部脚手架框架与下部三角架连接，在三角架上预焊套筒，而后通过螺栓连接方式将内外侧竖向脚手架钢管与下部三角架固定，竖向脚手架钢管间距按规范规定进行设置。④预制混凝土剪力墙上预留的螺栓孔后期处理方式 墙体外页部分可采用特制胶塞配合注浆填充型防水材料进行封堵，墙体内页使用微膨胀抗渗性混凝土，可规避预留孔洞渗漏以及冷桥风险；开洞部位可被外装饰线条掩盖，保证后期观感效果。悬挑轻钢模架施工平台体系布置如图4所示。

图3 悬挑轻钢模架施工平台体系设计方案   

图4 悬挑轻钢模架施工平台体系布置  

轻钢模架支撑系统主要由三角架构成。三角架采用100×100×4方钢管焊接制成，三角架竖杆高1 500mm, 上部高出横杆顶面150mm, 下部在斜杆底边伸出150mm, 三角架横杆长1400mm, 斜杆长1690mm。若三角架斜杆长细比过大或杆端弯矩与压力过大，极易造成三角架斜杆失稳。因此提出局部采用钢管混凝土构造加强措施，即在三角架斜杆中段浇筑局部混凝土，杆件两端约300mm范围内钢管保持中空。采用局部钢管混凝土加强后，在不增加用钢量及结构自重的前提下，三角架斜杆的稳定性得到显著增强，同时三角架斜杆的防火及耐腐蚀性能得到提高。三角架剖面如图5所示。

图5 三角架剖面 

由图4可知，该新型施工平台的防护系统与传统施工平台围挡不同，设计中将内侧脚手架竖杆、外侧脚手架竖杆以及内外侧脚手架竖杆连接系杆使用脚手架扣件进行连接，形成“门式刚架”结构，并通过脚手架套筒连接节点与三角架进行连接，其平面内稳定性得到增强。加之脚手架横向系杆对同层各脚手架“门式刚架”的连接，其平面外稳定性得到保障。横向方钢管上焊接L5×5支撑，框内设支撑钢筋并满铺模板作为施工平台系统。同时在方钢管外端部设置200mm高挡脚板，外侧刷黄黑相间油漆。内侧及外侧脚手架竖杆通过套筒连接方式与轻钢三角架连接，脚手架竖杆与轻钢模架支撑系统连接节点构造如图6所示。

图6 脚手架套筒连接节点构造

外侧脚手架套筒连接节点构造如下：在三角架横杆上焊接外径为50mm的钢管接头，其高度为150mm。在外侧脚手架竖杆底部开螺栓孔，并在螺栓孔位置焊接螺母；钢管接头上开设螺栓可穿过的圆孔，开孔高度及孔径与外侧脚手架竖杆一致。当上部安装外侧脚手架竖杆时，可将竖杆直接套入预先焊接好的钢管接头，随后使用螺栓连接外侧脚手架竖杆上焊接的螺母，并穿过接头钢管上的圆孔，随着螺栓拧紧，外侧脚手架竖杆与接头钢管外壁紧密接触，如图6a所示。内侧脚手架套筒连接节点与外侧节点类似，将内侧竖向脚手架插入三角架竖杆上端的竖孔中，通过竖杆上端焊接的螺母将螺栓拧入，螺栓穿过内侧脚手架竖杆的圆孔，随着螺栓的拧紧，内侧脚手架竖杆外壁与三角架竖杆内壁紧密接触，如图6b所示。该节点连接形式特点是安全可靠、连接便捷、装配部件标准化。

4.1 上部螺栓附墙节点

轻钢模架与剪力墙连接系统由上部螺栓连接附墙节点、下部螺栓连接附墙节点构成。上部螺栓连接附墙节点构造如图7所示，螺栓孔布置在三角架横杆下方100mm处，采用M24 S10.9级高强螺栓。钢管相应位置焊接内径26mm的圆钢管套筒，焊好后将焊接位置打磨平整，保证垫片与钢管壁以及钢管壁与墙体紧密连接。螺栓套筒圆钢管内径比螺栓杆公称直径大2mm, 主要考虑施工装配误差。通过紧固上部螺栓连接附墙节点，将轻钢模架与剪力墙可靠连接在一起，有效地传递轻钢模架的荷载。

图7 上部螺栓附墙节点  

4.2 下部螺栓附墙节点

下部螺栓连接附墙节点构造如图8所示，位于三角架斜杆底边以下50mm处，采用M24 S10.9级高强螺栓。

图8 下部螺栓附墙节点 

此处与上部螺栓连接节点不同。钢管相应位置焊接内径29mm的圆钢管套筒，焊好后将焊接位置打磨平整，保证垫片与钢管壁以及钢管壁与墙体紧密连接。螺栓套筒圆钢管内径比螺栓杆公称直径大5mm, 主要考虑施工装配误差以及上下螺栓连接装配过程中的易调节性。

1)工厂预制悬挑轻钢模架结构三角架及脚手架。三角架与脚手架数量均按照2层墙体施工所需数量预制，以便施工过程中交替轮换作业。

2)预制剪力墙板运达施工现场后将其中一套悬挑轻钢模架支撑平台安装至结构1层剪力墙板上，将带有悬挑支撑平台的1层剪力墙板安装到结构基础上，1层预制剪力墙板无需使用悬挑支撑平台，由施工人员在地面进行装配即可，如图9a所示。

图9 施工装配流程

3)将另外一套悬挑轻钢模架支撑平台安装至住宅结构的2层剪力墙板上，1层装配式墙板、楼板安装完成后，将带有悬挑支撑平台的2层墙板吊装至相应位置，施工人员在1层墙体的悬挑支撑平台上进行2层墙板的装配施工，如图9b所示。

4)2层墙板施工完成后，拆除1层墙体上的悬挑支撑平台，并将其安装到3层墙板上，将带有悬挑支撑平台的3层墙板吊装到相应位置，施工人员在2层墙板的施工平台上安装3层墙板，如图9c所示。3层施工完成后将2层施工平台拆除安装到4层墙板上。

5)按以上步骤类推，每2层墙板为1个施工周期，顶层施工完成后，将施工平台拆除存放或投入另外工程使用。

提出并研发的新型装配式悬挑轻钢模架施工平台体系，在传统下撑式悬挑施工平台基础上进行了优化与创新，主要技术特点如下。

1)轻钢模架支撑系统 结构设计合理，传力路径明确。相比传统下撑式悬挑施工平台，该悬挑轻钢模架施工平台体系，在受力系统截面形式、节点连接构造以及组合结构构件应用等方面实现了创新与发展。该体系采用方钢管作为受力杆件，相比传统施工平台中的工字钢或角钢杆件截面强度和稳定性得到提高，由于方形截面无强弱轴之分，所以杆件平面外以及平面内稳定性均能得到保障。对于长细比较大压弯杆件，创造性地提出了局部钢管混凝土构造，在不增加用钢量的基础上有效提升了构件稳定性、耐久性以及防火性能。

2)模架施工平台防护系统 采用脚手架框架体系，其抗侧刚度较高，可以有效避免防护结构外倾失稳。提出并研发了与轻钢模架支撑系统连接的脚手架套筒式新型构造节点，采用螺栓紧固的方式，形成兼具销栓作用和挤压顶紧作用的独特连接构造，传力明确，受力安全，装配便捷，显著提升了上部安全防护系统与下部轻钢模架支撑系统连接的可靠性。

3)轻钢模架与剪力墙连接系统 同时在三角架竖杆上布置上、下两个螺栓附墙节点，有效解决了受力系统的平面外转动问题。针对方钢管螺栓紧固时可能产生的局部屈曲，采取了钢套筒加强构造，轻钢模架与剪力墙连接传力明确、受力安全、装配便捷，显著提升了轻钢模架支撑系统与剪力墙连接的可靠性。

4)新型装配式悬挑轻钢模架施工平台体系装配化程度与工业化水平高，材料易得，成本较低；在实际工程中采用流水施工方式，占用施工场地少；该新型施工平台共制作2层，进行2层交替流水施工作业，具有操作灵活以及施工场地占用率低的优势。

提出的新型装配式悬挑轻钢模架施工平台体系结构设计合理，节点构造简单可靠，较传统悬挑支撑脚手架施工平台，其承载能力与稳定性均有提高。该施工平台组装简便，装配化、工业化程度高，在保证施工质量的同时可以提高施工速度；该施工平台结构部件可循环利用、多次周转，显著降低用钢量，节约施工成本，在实际工程中取得了良好的应用效果。

[1]吴柯娴,王竹君,金伟良,等.装配式混凝土结构可持续成本量化分析[J].建筑结构学报,2021,42(5):133-144.

[2]王莹瑞,潘和平,蔡伟芹.中国装配式建筑产业政策、现状及发展趋势探究[J].安徽建筑大学学报(自然科学版),2020,28(4):47-51.

[3]方丽,张余力.建筑工业化的城镇住宅建造设计[J].建筑结构,2020,50(22):173.

[4]刘李智,吕远贵,江涛,等.高层装配式剪力墙建筑高效建造技术研究与应用[J].建筑结构, 2020,50(S2):395-400.

[5]刘树宝.下撑式悬挑型钢施工平台设计方案研究与应用[D].济南:山东大学,2020.

[6]陈志华,陆征然,王小盾,等.基于有侧移半刚性连接框架理论的无支撑模板支架稳定承载力分析及试验研究[J].建筑结构学报,2010,31(12):56-63.

[7]PENG J L,PAN A,CHEN W F,et al. Structural modeling and analysis of modular falsework systems[J].Journal of structural engineering,1997,123(9):1245-1251.

[8]ＤＡＲíＯ ARISTIZABAL-OCHOA J．Matrix method for stability and second-order analysis of Timoshenko beam-column structures with semi-rigid connections[J].Engineering structures,2012,34:289-302.

[9]张勇,田亮,苏梓儒,等.公建装配式建筑结合铝合金模板施工技术[J].施工技术,2020,49(14)：55-59.

[10]孙旭军.超高层建筑斜立面伸缩式全钢爬架施工技术[J].建筑施工,2020,42(4):565-567.

[11]徐璐瑶,刘博,苏桃峰,等.附着升降式脚手架预埋螺栓附墙施工技术研究及应用[J].建筑施工,2020,42(3):374-376.

[12]倪喜雨,潘建国,郭亮亮,等.超高异形索塔结构截面递减爬升造塔平台施工技术[J].施工技术,2020,49(22):90-92,103.

[13]易谦.悬挑脚手架在高层建筑施工中的应用研究[D].长沙:中南大学,2007.

[14]杨芳,周东成,梁先军,等.以简易悬挑平台分段拆除双排悬挑脚手架的施工技术[J].建筑施工,2020,42(2):200-201.

[15]李锦通,潘怡华,詹将.分段悬挑式外脚手架逆向拆除施工技术的应用[J].安徽建筑,2019,26(10):94-96,228.

[16]马波.高层建筑结构悬挑平台设计与施工技术研究[J].山西建筑,2019,45(7):134-135.

[17]周鸿博,程光颖,王毅,等.某项目高空悬挑钢结构平台支模施工技术[J].建筑技术开发,2020,47(2):101-102.

[18]罗晓玲,简军,欧阳文乐,等.高空大跨度悬挑型钢平台高支模施工技术[J].江苏建材,2019(S2):73-75.