保利大厦外装修改造工程外脚手架设计方案(1)

建厂科技交流2003年第4期-1-保利大厦外装修改造工程外脚手架设计方案北京分公司钟世原1工程概况保利大厦坐落在东四十条路口繁华地带，中部是大厅和剧院（其屋面是轻型结构），四周由多栋高楼和约20m高的裙房,高低错落环绕构成。A、B、C区及其对称的G、H、J区为高层建筑（楼高分别为84m、54m、41m），结构形式为框架剪力墙结构，框架部分的外围为悬挑阳台。二层以上外立面装修为面砖，一、二层为石材，外装修改造时须将原有外墙面砖层全部剔凿掉至结构层，再抹灰做外墙涂料，因此需搭设施工用外脚手架。甲方要求在装修改造施工期间必须考虑写字楼正常办公、剧院演出活动等营业正常进行，为此施工期间脚手架要全封闭。宾馆及写字楼内侧的保利剧院和大厅处是轻型屋面，外侧需考虑环大厦行车的安全通道，因而外脚手架内、外侧均不能落地，只能考虑在建厂科技交流2003年第4期-2-三层以上搭设悬挑类的脚手架，三层以下包括裙房部分外侧结合安全通道搭设普通双排外脚手架即可。A、J区（见上页图1）高度自三层起算超过60m，如采用型钢悬挑，高度太高，而且必须分段悬挑这样势必会占用大楼中间两层以上外侧房间，其它用的悬挑架、插口架等也会占用室内房间。由于甲方要求施工时脚手架不能影响室内办公等使用，为满足甲方要求及施工需要，并根据保利大厦的结构特点设计了一种新的高层附墙式外脚手架，主要方案如下：2高层脚手架搭设形式2.1框架结构悬挑阳台部分二层以上层高均为3.25m，脚手架按两层为一段进行搭设，各段之间完全断开，每段内分成四步架，一层两步。架体每根立杆位置处下方支顶在悬挑出的楼层结构上（窗台为砌块，将立杆位置处剔凿至结构楼面，见图2），上方靠穿过楼层悬挑板外沿的梁（750mm高）的Φ14螺栓拉结（室内一侧隐藏在吊顶内，不影响室内使用）。在架体第二步处各跨设置一道刚性连墙件（Φ16螺栓外侧与小横杆钢管焊上，内侧置于吊顶内）。搭设步骤：第一步：利用下层架体搭设附加立杆，剔凿出放置角钢位置。第二步：将焊好角钢的小横杆放置在悬挑板外沿梁上，并打孔用φ14膨胀螺栓将角钢固定。搭设立杆大横杆，及此段架体内其它三步内的杆件，最上一步杆件搭设完毕后，用10#铅丝将架体与结构临时拉结上并顶紧，在下部角钢上焊接斜撑并与架体立杆用旋转扣件扣紧。第三步：在悬挑板外沿梁上打孔固定φ14穿墙螺栓并与架体立杆拉结，螺栓弯勾端头用短钢筋焊接封闭，里侧双螺母拧紧。第四步：拆除附加立杆，在架体第二步处的悬挑板外沿梁上打孔设φ16穿墙螺栓，并与架体第二部上的小横杆焊接，（此连墙杆件隔跨设置）。2.2混凝土结构墙处上下均用直径Φ32mm的螺栓穿墙固定钢管，再在其上拉设受力杆件（见下页图3）。其搭设步骤基本同框架结构悬挑阳台部分架体。钟世原：保利大厦外装修改造工程外脚手架设计方案2003年第4期-3-2.3架体搭设参数（1）立杆柱距1.5m、排距1.2m、步距按层高均分为两步，内立杆距建筑外皮250mm。（2）连墙件：除每根立杆位置处上下各有一连结点外，再在架体中部每隔一跨设置一刚性连墙。为使架体能有较好的整体性，每隔六跨及转角处加设横向支撑（之字形），间隔8跨布置剪刀撑，每剪刀撑道跨越6根立杆设置。所有立杆必须采用搭接，不得对接。外架使用时必须进行严格控制，确保每段架体内只能有一个作业层，同时作业层内不得集中放置荷载，确保作业层施工荷载不大于200kg/m2（按《建筑施工脚手架实用手册》要求的装修用荷载取值），同时不得使用小车进行运输。3计算三层以下的架体仅12m左右，按构造搭设即可，不用进行计算。三层以上架体：由于各段（每两层一段）之间竖向断开（不传力），故计算只按段考虑，下面就一跨架体进行分析（见图4）：3.1荷载（1）永久荷载主要是脚手架的结构自重，它包括组成脚手架结构的主要构件：立杆、纵横向水平杆、支撑杆件及连接它们的扣件。架体结构自重，按《建筑施工脚手架实用手册》P95表4-38或《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（以下简称《扣件规范》），可知一个柱距范围的每米高脚手架结构自重产生的轴力标准值为0.135kN/m，因此一跨架体的结构自重应为：0.1356.52=1.755kN（按实际材料的用量计算更小，因为《建筑施工脚手架实用手册》表中考虑的是各种支撑均全部加上的情况）（2）活荷载主要包括脚手架上的附件、施工荷载和风荷钟世原：保利大厦外装修改造工程外脚手架设计方案2003年第4期-4-载。①脚手架上的附件脚手板（5cm厚的木板）自重：按0.35kN/m2计，因此一跨为0.351.51.2=0.63kN防护材料自重：按《建筑施工脚手架实用手册》P96表4-40可查每根立杆为0.228kN因此每跨为0.2282=0.456kN（两根立杆）②施工荷载2.01.21.5=3.6kN（按装修施工荷载200kg/m2计）③风荷载按《建筑结构荷载规范》取值，北京地区基本风压：ωo=0.35kN/m2，风振系数取1.0，并对基本风压ωo乘以0.7的修正系数（《扣件规范》第62页）。风荷载体型系数μs=1.0ψ=1.00.095=0.095（《扣件规范》第12页表4.2.4）风压高度变化系数μz=1.64（考虑80m高处，按《建筑结构荷载规范》取值）因此风荷载标准值为ωk=0.70.350.0951.64=0.038kN/m2（3）各荷载总值①竖向各荷载标准值共计：6.511kN以上各荷载设计值共计：1.7551.2+(0.63+0.456+3.6)1.4=8.67kN②垂直与脚手架表面的风荷载0.038KN/m2即3.8kg的荷载值非常小，按1.5m的步距和立杆间距计算，作用在立杆和水平横杆上的线荷载才3.81.5=5.7kg，对其强度或变形基本没有影响。对所计算的一跨架体来说，除了上有拉点外，中部每隔一跨还设置了用Φ16螺栓与小横杆焊接的刚性连墙点（每个刚性连墙件覆盖的范围为6.53.0=19.5m2），因此由风荷载产生的连墙件的轴力设计值为：1.40.03819.5=1.0kN，远远小于Φ16螺栓和其与钢管焊缝的承载力。3.2架体受力计算(1)悬挑楼板结构部分的架体现视计算架体为刚性体（由于架体较低，在架体搭设完，并设置好横向支撑和剪刀撑后，其整体性较好，在其受力破坏前基本可看作刚性整体），见图4。经计算可得：T=8.67(0.6+0.3)6.5=1.2kNN1=T=1.20kNN2=8.67kN注：N1、N2靠角钢（10#）支撑在结构梁上，钢管与角钢满焊，因此焊缝长度至少为3.144.8=15cm（钢管直径4.8cm，壁厚3.5mm），钟世原：保利大厦外装修改造工程外脚手架设计方案2003年第4期-5-其角焊缝高度至少为3mm，由《建筑施工脚手架实用手册》第86页表4-27可知，其承载力至少为2.515=37.5kN远远大于N1、N2值。T靠Φ14穿墙螺栓受力，Φ14螺栓的抗拉和抗剪承载力都在14kN左右，考虑其它不利因素其承载力也在10kN以上，也远远大于T的值。一个直角扣件或旋转扣件的承载力设计值均为8.5kN，N1、N2值均有三个以上的扣件分担，在扣减的受力均小于其承载力设计值的情况下，对杆件只要其长细比不超过《扣件规范》第14页表5.1.9的容许长细比即可。λ=经计算立杆的长细比为：1.5150/1.58=142.4立杆容许长细比：210对斜杆：1.51501.4/1.58=199斜杆容许长细比：250由于各杆件和扣件的受力均在允许范围之内，因此将架体视为刚性整体是可以的。(2)混凝土墙结构部分T2=N2=0.58.67=4.34kNT1=N1=1.21kN注：N1、N2、T1、T2均靠旋转扣件受力于穿墙的Φ32螺栓。N、T的合力均为√24.342=6.1kN而一个扣件的承载力设计值为8.5kN6.1kN，以下的分析基本与悬挑楼板结构部分的架体相同。3.3附着点结构受力一跨架体竖向荷载标准值6.511kN，每跨间距为1.5m，经对照原结构图纸的设计使用荷载，并根据其配筋进行验算结构受力是安全的。4使用效果该脚手架方案由甲方请清华大学设计院的专家审核过后，并经各方审批认可后，于2003年2月开始实施搭设，于2003年8月拆除，历时6个多月，经受了春季大风和雨季的考验，在不影响保利剧院及大厦写字楼正常营业的情况下，以最少的投入圆满完成了外装修改造施工任务，受到了甲方的好评。（上接第9页）计算段的长度×计算长度系数杆件的回转半径钟世原：保利大厦外装修改造工程外脚手架设计方案2003年第4期6合各方面的因素，防止超大长结构产生各种结构裂缝，采用掺加各种不同外加剂来加以控制。由于框架梁无后浇带又受到框架柱的约束，掺加杜拉纤维以增加砼的抗裂、抗收缩性能并掺加膨胀剂以补偿早期混凝土的收缩率，由于砼后期裂缝可由因施加的预应力来控制，所以重点是保证混凝土早期不出现裂缝。根据国内外众多工程实例以及专家们的试验论证，采用每立方米混凝土中掺0.7kg杜拉纤维，ZY膨胀剂为水泥用量的8%。简支梁由于纵向简支于框架梁用板式橡胶作为支座，横向设置后浇带与框架梁断开可自由伸缩，故而砼中无需掺加膨胀剂，只掺加杜拉纤维。在工程第一次浇筑砼之前，对掺加不同掺加剂的混凝土由专业试验室做试验研究并可取得可行性结果。由于梁、柱钢筋间距小，要求砼石子粒不大于20mm，坍落度不小于20cm。砼浇筑时设专人负责检查梁内各部位的密实性，发现有漏，立即通知砼工及时振捣，同时在砼浇筑之前对梁预应力筋的位置在梁上侧作好标记，避免因振捣棒直接接触波纹管而造成对波纹管的损坏或致使预应力筋的错位。经过总共约5000m3砼量的浇筑，并通过长时期的观察，在超大长框架梁及简支梁中未发现有任何裂缝，充分说明了掺加外加剂取得了良好的效果，在重要性工程结构以及对抗渗防水要求高的结构中尤其值得推广。