花籃拉桿式懸挑架在高層建筑施工中的應用分析

于曉陽 安哲遠 李 輝 徐向飛 張文寶

中建三局集團有限公司 北京 102629

1 工程概況

1.1 總體概況

津北辰北（掛）2017-188地塊項目（依灣花園）位于天津北辰區辰永路與北辰道交口，總建筑面積114 816.61 m2，由10棟7層洋房、3棟高層及整體地下1層車庫組成，高層分別為18、24、26層，最大建筑高度77.2 m。結構形式為剪力墻結構。

1.2 花籃拉桿式懸挑架施工概況

該項目高層5#、10#、11#樓主要采用普通型鋼懸挑式鋼管腳手架，橫距0.8 m、縱距1.5 m、步距1.5 m，落地架及懸挑層分布如表1所示。

表1 落地架及懸挑層分布

該項目的高層電梯井、樓梯間部位采用外凸式設計，因樓梯間部位不利于工字鋼鋼梁錨固，而布設長工字鋼會造成工字鋼質量較大，安裝不便，且布設工字鋼會妨礙樓層施工，阻塞樓內安全疏散通道。此外，電梯井部位穿工字鋼也會影響電梯井操作平臺的提升，從而不利于物料的轉運。

有鑒于此，經過充分的論證后，樓梯間及電梯井部位擬采用花籃拉桿式型鋼懸挑架。

該項目3棟樓懸挑鋼梁的布置如圖1～圖3所示（云線部位為花籃拉桿式懸挑架），該項目花籃拉桿式懸挑架體系大樣如圖4所示。

圖1 5#樓懸挑鋼梁平面布置示意

圖2 10#樓懸挑鋼梁平面布置示意

圖3 11#樓懸挑鋼梁平面布置示意

圖4 花籃拉桿式懸挑架體系大樣

2 花籃拉桿式懸挑架項目應用情況

2.1 懸挑架配置及周轉方法

根據3棟樓的樓層高度選擇首次懸挑的樓層，每次懸挑架體搭設高度不超過6層。下層懸挑架體拆除時間為上層懸挑架搭設完成且主體結構施工3層后。主要考慮下層懸挑架防護樓層內周轉材料拆除并全部周轉至上層懸挑防護樓層范圍內，因此懸挑型鋼梁及相應配套構件配置2層，鋼管扣件架體配置9層，以保證樓棟外架周轉需求。

花籃拉桿式懸挑腳手架組合工字鋼安裝時，梁側混凝土強度不得低于10 MPa。懸挑樓層墻柱、梁板澆筑完成后，優先拆除周圈梁側及外墻模板，為組合懸挑工字鋼安裝創造條件，花籃拉桿在懸挑層以上第2層結構開始施工時安裝。

2.2 花籃拉桿式懸挑架安裝及拆除要點

花籃拉桿上部拉結點位置應預埋精準，防止出現拉桿過長或過短，導致拉桿無法安裝的情況。

角部工字鋼采用雙拉桿，角部架體立桿排布應考慮避開拉桿位置，防止拉桿與立桿位置沖突。

在應用花籃拉桿式懸挑架過程中，每棟樓普遍采用2套組合工字鋼進行周轉，第N－1次懸挑工字鋼拆除時，底部架體均已拆除周轉至第N次懸挑架使用，第N－1次懸挑工字鋼穿墻螺栓拆除時無人員操作面，如何保證穿墻螺栓安全便利拆除是重點。

為解決工字鋼拆除困難的問題，在該工程的花籃拉桿式懸挑架中，將穿墻螺栓螺母朝室內方向，室外是螺栓頭和墊片。拆除時，室外操作人員系好安全帶后，先通過鋪設跳板將拆除的工字鋼與塔吊吊繩綁扎牢固，室內操作人員在室內卸掉螺母后，即可將工字鋼吊運到地面或者拉至室內，大大降低了拆除難度。

因室外操作人員需通過在工字鋼梁上鋪設跳板作為工作面綁扎吊繩，為保證跳板具備鋪設條件，組合型鋼梁拆除必須從陽角開始拆除工字鋼，依次向后退拆，保證操作人員作業面，最后拆除至窗洞口位置工字鋼。

拆除本層窗洞口位置工字鋼時，工人站在本層窗洞口進行拆除，設置一鋼管斜撐在室內，工人安全帶綁扎在該鋼管上，保證工人作業安全。

3 花籃拉桿式懸挑架應用優勢

3.1 成本優勢

3.1.1 花籃拉桿式懸挑架與傳統懸挑架一次投入對比分析

該工程投入106套花籃拉桿式工字鋼，所使用的材料均為現場制作，以下將2種形式的懸挑架一次性投入進行對比，如表2、表3所示。

表2 106套花籃拉桿式組合工字鋼一次性投入分析

表3 106套傳統懸挑工字鋼（按標準4 m長度計算）一次性投入分析

按一次性投入進行對比，花籃拉桿式懸挑架較常規型鋼懸挑架成本投入可降低15%左右。在全公司推廣應用后，可在各項目間周轉使用，其成本可在各項目間進行攤銷，大大降低了鋼材投入和租賃成本。

3.1.2 花籃拉桿式懸挑架與傳統懸挑架損耗對比分析

花籃拉桿式懸挑架在正常使用過程中，組合工字鋼及花籃拉桿幾乎為零損耗，預埋的鋼套管為100%損耗；高強螺栓及墊片在周轉使用過程中僅有少量丟失，損耗可忽略不計。

傳統懸挑工字鋼懸挑架在正常使用過程中，懸挑工字鋼幾乎為零損耗；U形錨環采用塑料套管方式預埋時，室內無水房間部位U形錨環無損耗，可周轉使用，但廚衛等有水房間不得采用塑料套管，必須采用一次預埋方式，因此有水房間的U形錨環全部損耗。

全部采用一次預埋方式時，U形錨環需全部切割，因此全部損耗。螺母及配套墊片使用數量較多，操作人員拆卸后往往不會及時回收，實際施工過程中，螺母及墊片丟失嚴重。

傳統懸挑架卸荷鋼絲繩在正常使用過程中基本為零損耗；鋼絲繩錨環一般在山墻位置采用蝸牛環，窗洞口等其余部位采用預埋幾字形錨環；實際使用過程中，會發生少量蝸牛環及螺母丟失，預埋的幾字形錨環全部需切割，100%損耗。

由以上分析可知，花籃拉桿式組合工字鋼所采用的各個構件在周轉過程中除考慮到高強螺栓丟失小部分外，其余部分幾乎無損耗，基本可100%周轉，與傳統做法的懸挑型鋼梁對比，不僅減少了型鋼投入量，且斜拉構配件及預埋件均可二次利用，成本優勢明顯。

3.2 花籃拉桿式懸挑架對工程精益建造施工優勢分析

3.2.1 花籃拉桿式懸挑架與傳統懸挑架對結構質量的影響對比分析

在對外墻結構的影響方面：花籃拉桿式懸挑架不需要穿墻安裝，無需對工字鋼洞口進行封堵，減少了多余工序，有效杜絕外墻滲水漏水現象，能有效保證主體結構的施工質量，提高了一次成優率。傳統懸挑架必須穿過建筑物的外墻，伸入室內鋪設在主體結構樓面上，再用U形預埋件錨固在樓面板和樓面梁上。工字鋼穿過建筑外墻，破壞原有建筑結構，且容易造成外墻滲水漏水。

在對樓面結構的影響方面：花籃拉桿式懸挑架工字鋼預埋安裝在結構梁的梁側，無需在結構樓板預留或預埋，有利于保持原結構的穩定性，有效避免滲漏。傳統懸挑架采用預埋錨環或者塑料套管預埋的方式均需在結構樓板預埋，結構樓板預留錨環需二次封堵或切割，極易造成滲漏。

在架體拆除后結構處理方面：花籃拉桿式懸挑架拆除后，外墻遺留3個φ25 mm的螺栓洞，需采用膨脹水泥砂漿在兩端50 mm范圍內封堵，中間使用發泡劑封堵，洞口周邊100 mm范圍內做涂膜防水層。封堵工序簡單，施工便利，質量易保證。傳統懸挑架工字鋼懸挑架洞口周邊進行剔鑿、清理，外側支設吊模，內側支設喇叭口，澆筑高一級的微膨脹混凝土，洞口外側周邊100 mm范圍內應做涂膜防水層。工字鋼錨固端及卸荷鋼絲繩錨環切除后，涂刷防銹漆。工序繁雜，施工不便，封堵質量不易保證。

通過以上對比分析可見，采用花籃拉桿式懸挑架可在最大程度上降低懸挑架對原主體結構的影響，且二次處理方便快捷，有效保證了原主體結構承載力及安全穩定，大大降低了滲漏風險。

3.2.2 花籃拉桿式懸挑架與傳統懸挑架對工序穿插施工的影響對比分析

花籃拉桿式型鋼懸挑腳手架，室內沒有型鋼梁妨礙建筑垃圾清理及施工人員行走，鋼梁布置層砌筑、地面等各種施工工序可交叉進行，有利于工序合理穿插，控制關鍵工期節點，減少工作面閑置。

采用花籃拉桿式懸挑架，可充分保證二次結構及地面施工依次插入施工，避免樓層間往返施工，最大程度上保留了穿插作業面。

主體結構標準層按6 d一層節奏施工，當施工至10層時，充分利用10層及以下樓層工作面，及時組織二次結構插入。二次結構標準層按6層一天節奏施工，采用傳統工字鋼懸挑架。

當二次結構施工至懸挑鋼梁布置層時，型鋼梁未拆除，樓層內不具備施工作業面，需對懸挑層進行甩項，優先施工上部非懸挑層，待型鋼梁拆除完成后，再返回施工懸挑層，作業面不連續，極易造成工人窩工；采用花籃拉桿式懸挑架，二次結構施工可不受型鋼梁拆除進度影響，既可保證連續移交工作面，又可充分保證懸挑層作業面整潔，通過等步距的時間安排，實現均衡施工，既可提升施工質量，又可利用緊湊工序穿插，縮短總體工期。

3.3 花籃拉桿式懸挑架搭拆便捷

在架體搭拆便捷程度上，對2種架體進行分析。

花籃拉桿式懸挑架單根鋼梁常規標準長度范圍為1.3～1.8 m，1.8 m主要用于陽角部位，單根鋼梁自重在31.39～43.45 kg范圍內，單根鋼梁2人配合安裝即可，不需要塔吊配合，不影響其他工種施工。

拆除時，1人拆卸螺母后，由塔吊將工字鋼吊運至地面。

傳統工字鋼懸挑架單根鋼梁長度一般在4～6 m，自重在96.57～144.86 kg范圍內，2～4人配合安裝，需要塔吊全程配合，影響其他工種施工。

拆除時，至少2人配合，在室內拆除工字鋼固定端，由塔吊將工字鋼吊運至地面。

由以上分析可知，傳統工字鋼因質量較重，標準長度質量約100 kg，至少需2人配合調整位置，安拆全程需塔吊配合，花籃拉桿式組合工字鋼標準長度單根質量在35 kg左右，質量較輕，2人即可順利操作安拆，不需塔吊全程配合，鋼筋等其他工種可正常施工。

3.4 花籃拉桿式懸挑架承載力及安全性優勢

將相同工況下傳統工字鋼懸挑架與花籃組合式工字鋼懸挑架的應力值與撓度進行對比，工字鋼采用18#型鋼，懸挑長度1.3 m，內立桿與建筑外墻或外挑結構距離300 mm＋腳手架橫距800 mm＋外立桿至工字鋼端部預留100 mm，雙排鋼管扣件式腳手架搭設高度18 m，傳統工字鋼采用長4 m的工字鋼，出挑長度1.3 m，錨固長度2.7 m。

在相同工況下，雙排腳手架單立桿荷載標準值8 kN，雙排腳手架單立桿荷載設計值9.2 kN。

在抗彎強度方面，花籃拉桿式組合工字鋼抗彎應力值為σmax＝Mmax/W＝1.72×106/185 000＝9.297 N/mm2；傳統工字鋼懸挑架抗彎應力值σmax＝Mmax/W＝13.125×106/185 000＝70.946 N/mm2。

在撓度方面，花籃拉桿式組合工字鋼最大撓度為νmax＝0.029 mm，傳統懸挑架工字鋼最大撓度為5.3 mm。

由以上對比可以看出：在相同搭設高度、相同荷載以及出挑長度相同的工況下，花籃拉桿式組合工字型鋼梁的最大應力值為9.297 N/mm2，要遠遠小于常規懸挑工字鋼最大應力值70.946 N/mm2，與常規懸挑工字鋼梁相比，抗彎性能更好，承載力更強；花籃拉桿式組合工字鋼梁產生的最大撓度為0.029 mm，也遠遠小于常規懸挑工字鋼產生的最大撓度5.3 mm，變形更小，安全性更高。

3.5 花籃拉桿式懸挑架布置靈活簡便

花籃拉桿式懸挑架鋼梁在樓層陰陽角部位布置靈活簡便，僅需按設計間距要求預埋，樓內無工字鋼錨固端，深化簡單，施工簡便，能夠適應復雜多變的樓層結構形式，相應角部布置如圖5所示。

圖5 花籃拉桿式懸挑架角部布置示意

傳統工字鋼梁在樓層陰陽角部位，工字鋼梁需避開結構角部暗柱主筋，避免對結構造成不利影響，室內工字鋼梁錨固段要避免互相沖突；常規部位的工字鋼梁在滿足錨固段與懸挑段比例的同時，也應盡量避開暗柱主筋。工字鋼布置深化難度大，施工繁雜，相應角部工字鋼梁布置如圖6所示。

圖6 傳統工字鋼懸挑架角部工字鋼梁布置示意

對2種懸挑架在樓梯間、電梯井部位的應用效果進行對比，花籃拉桿式懸挑架在電梯井及樓梯間無工字鋼梁，疏散通道暢通，電梯井操作平臺可隨主體結構提升，如圖7所示。

圖7 花籃拉桿式懸挑架樓梯間電梯井部位布置示意

傳統工字鋼懸挑架布設工字鋼妨礙樓層施工，阻塞樓內安全疏散通道，電梯井部位穿工字鋼影響電梯井操作平臺提升，如圖8所示。

圖8 傳統工字鋼懸挑架樓梯間電梯井部位布置示意

由以上分析可以明顯地看出，相較于傳統工字鋼懸挑架，花籃拉桿式懸挑架更加適應于復雜多變結構形式的施工場景，在陰陽角部位僅需布置角部工字鋼即可，常規部位可按設計間距規則排布，樓梯間電梯井部位也可以靈活布置，避免了布設常規工字鋼懸挑架所帶來的一系列問題。

4 結語

結合項目使用情況，花籃拉桿式懸挑架具有安拆輕便、布置靈活、安全可靠、承載力較高、有利于精益建造及工序合理穿插等優點且兼具成本優勢，在實際施工中得到了驗證[1-14]。該施工技術可供其他類似工程參考，在同類工程中值得大力推廣及廣泛應用。