建筑QC78M高空悬挑结构模板支撑及外脚手施工平台的

78M高空悬挑结构模板支撑及外脚手施工平台的研制与应用江苏扬建集团有限公司扬州曙光电缆项目部QC小组发布人：孔祥峰目录工程概况QC小组简介选择课题设定课题目标提出方案，确定最佳方案问题假想预测确定对策对策实施总体效果检查总结及巩固措施下一步打算一、工程概况扬州曙光电缆750KV超高压交联电缆及配套项目曙光电缆1号生产厂房位于扬州北郊菱塘填，由1a立塔和1b生产车间组成，总建筑面积为31358M2（其中地下建筑面积为369M2）。1a立塔长20.5M，宽18M，地下一层，地上十六层，全现浇剪力墙结构，层高最高为10M，其余为6~8M，建筑总高度达114.18M；1b生产车间东西长252.6M，南北宽96M，为单层厂房，现浇排架结构，钢结构屋盖。其中1a立塔从第12层中间+80.500M处（12层楼面标高为+78.000M）开始向四周悬挑扩大平面，最大挑出长度为3.4M，在建筑物东北和西南角楼面标高处挑出长度为1.6m，东南和西北角楼面标高处挑出长度为2.4m，东南和西北角楼层中间标高处挑出长度为3.4m，结构挑梁尺寸为0.35m×0.7m、0.3m×0.6m、0.25m×0.6m等，板厚120mm。12层以下平面图12层以上平面图二、QC小组简介扬州曙光电缆750KV超高压交联电缆及配套项目曙光电缆1号生产厂房工程QC小组，成立于2008年3月25日，属创新型，主要由总工程师，项目经理、技术负责人及高级技工组成，全体成员平均接受QC教育24课时，掌握了QC基本理论，施工技术管理强，人员搭配合理，小组简介如表2-1：小组名称江苏扬建集团扬州曙光电缆厂QC小组注册时间2008年3月25日课题名称高空悬挑结构模板支撑及外脚手施工平台的研制与应用小组注册号课题注册号YJQC03-2008YJQCKT03-2008活动日期2008.3.25-2008.12.31小组类型创新型活动频率平均每周一次课题活动次数18组内职务姓名性别年龄文化程度职务职称顾问邹厚存男43硕士总工高工组长祝寿均男52大学副总工高工副组长薛峰男32大学项目经理工程师副组长孔祥峰男30大学项目工程师工程师组员周玉专男53中专项目副经理工程师组员金国强男50中专质检员工程师组员童元林男30大专施工员技术员组员孔祥干男55中专安全员技术员组员夏士文男35中专竹架工高级技工表2-1QC小组成员简介表三、选择课题（一）问题的提出结构从+80.500M标高处向四周挑出，挑出的位置及尺寸多变，结构较为复杂，挑出长度较大，最大达到3.4M，安全施工面临严峻考验，质量要求严格，工期紧迫，本公司在此方面无类似工程可以借鉴。若使用传统模板支撑体系和外脚手体系存在以下问题：1、3.4M悬挑结构在+87.000M高空，若用落地支撑排架，工程量大，钢管、扣件和人工投入大，不仅增加成本，而且严重影响工期。2、地基需作处理，增加成本。3、由于结构挑出最大达3.4M，普通悬挑脚手架对悬挑梁要求太高，安全隐患较多。（二）课题确定由此可见，采用悬挑施工平台较为适合。另外，模板支撑用施工平台与脚手架用施工平台在高空没有空间独立设置，因此，传统模板支撑体系和脚手架体系无法满足要求，项目部需创建新型的体系来替代。本次QC小组活动的课题为：78M高空悬挑结构模板支撑及外脚手施工平台的研制与应用四、设定课题目标（一）目标扬州曙光电缆750KV超高压交联电缆及配套项目曙光电缆1a立塔工程高空悬挑结构模板支撑和外脚手架施工平台稳定、安全。1、悬挑端下挠不超过19mm（L/500）；2、支撑体系的制作、安装工期满足施工要求，确保主体结构施工进度。（二）目标值（三）目标可行性论证有利条件任何支撑体系均可根据受力情况计算出构件应力和应变；本工程高空支模体系和外脚手架体系的研制得到公司邹厚存总工程师的技术指导，并担任本小组的顾问；本小组技术力量强，全部由项目部技术骨干和高级技工组成；操作人员素质高，技术好，数量足，完全可以满足对施工工期的要求；不利条件工作量大，工期紧。工艺创新，施工过程中可能会遇到难以预计的问题。安全隐患多；需投入大量人力，物力。综合以上情况，经过客观分析，本小组一致认为目标及目标值完全能够实现。五、提出方案，确定最佳方案（一）方案的提出在塔楼结构施工之初，围绕课题，小组成员通过“头脑风暴法”集思广益对其高支撑模板方案及外脚手架体系进行讨论，提出方案的共同特点是，在高空制作一操作平台，模板支撑体系和外脚手架体系均落在同一平台上，实际即对操作平台的设计与制作进行讨论，归纳整理后形成三种方案：悬挑钢梁，拉绳反拉体系；悬挑钢梁，压杆支撑体系；悬挑桁架体系。方案的分析、评估及选定表序号支撑体系类型分析其优（缺）点方案选择1悬挑桁架体系（1）传力明确，但端部挠度偏大（2）型钢用量大，回收利用率低（3）加工制作工作量大，工期长（4）安全隐患偏多（5）楼面混凝土需达到较高强度后，才可施工，严重影响工期不采用（二）方案的分析、评估及选定方案的分析、评估及选定表序号支撑体系类型分析其优（缺）点方案选择2悬挑钢梁压杆支撑体系（1）传力明确，受力合理（2）安全可靠，万无一失（3）杆件定型，现场拼装（4）型钢可回收利用，但型钢用量大，一次性投入较多（5）加工制作工作量较大，工期较长（6）成榀吊装，对尺寸精度要求高，不便施工（7）由于压杆长度较长，安装时，下层外脚手架对其影响较大，不便施工不采用方案的分析、评估及选定表序号支撑体系类型分析其优（缺）点方案选择3悬挑钢梁拉绳反拉体系（1）安全性高，隐患较少（2）传力明确，受力合理（3）施工便捷，实施可行（4）现场制作，定型可靠（5）型钢及拉绳可回收利用，造价低，经济性好（6）加工制作工作量较少，工期缩短（7）安装时仅吊装钢梁，安全、快捷（8）安装拉绳时，对尺寸精度要求较低，便于施工采用以上三个待选方案，小组成员通过多次讨论，大致形成以下意见：1、压杆支撑体系与拉绳反拉体系传力明确，受力合理；2、由于本工程层高较高，压杆支撑体系中压杆需很长，故截面会较大，用钢量大，且对下层外脚手架影响较大，相比拉绳反拉体系不便施工；3、压杆支撑体系需成榀吊装，对尺寸精度要求高，不便于施工，且影响工期，拉绳反拉体系则不存在这些问题。4、拉绳反拉体系较压杆支撑体系经济性好。5、悬挑桁架方案投入较大，且占用工期太长，不能满足本工程的工期目标，故不采用。通过对比分析，第一种方案（悬挑钢梁拉绳反拉体系）评为最佳方案。（三）细化方案序号方案细化待选方案优缺点分析方案选择1悬挑型钢选择工字钢①同高度工字钢较槽钢承载力大②工字钢为对称截面，受力均匀③工字钢较槽钢稳定性好工字钢槽钢2拉绳选择钢筋①本工程对拉绳强度要求高，常用钢筋强度不够②型钢虽能满足承载力要求，但投入量较大，增加费用，且对尺寸精度要求高，不方便施工③钢丝绳强度高，安装方便，施工便捷钢丝绳型钢钢丝绳3悬挑型钢与拉绳连结方式选择钢丝绳包裹①由于本工程选用的钢丝绳直径较大，包裹钢梁时，对钢丝绳损伤大②本工程选用的钢梁截面大，与其相适应的卸扣重量大，不方便安装③焊接吊环，强度高，可靠性好，虽焊接工程量偏大，但可提前加工制作焊接吊环卸扣焊接吊环1、悬挑型钢选择。经计算，本方案采用20b号工字钢作悬挑钢梁。悬挑钢梁挑出长度为4.75M（角部最大为6.65M）钢梁布置间距为1.5M，钢梁锚入建筑物1.25M（角部则直接浇筑在混凝土墙体内），在楼板处采用预埋U型环（Φ14圆钢）+10号角钢压板固定。2、拉绳选择。经计算，选择Φ20钢丝绳（角部采用Φ22钢丝绳）。3、钢丝绳与钢梁连结方案选择。经计算，吊环选择Φ22圆钢（角部采用Φ32圆钢）。在混凝土墙体上吊点处，采用预埋Φ22吊环（角部采用Φ32吊环）。4、由于挑出部分达4.75m，锚入楼面部分只有1.25m，整个钢梁的重心偏向外侧400mm，故决定在原有脚手架上挑出1m长的三角架，用以临时支撑工字钢。5、平台示意图六、问题假想预测（一）悬挑钢梁拉绳反拉体系操作流程分工况建立体系受力模型初步设计构件验算深化设计（节点设计）专家评审方案制作（下料、焊接）钢梁吊装铺设钢管（间距45cm）满铺笆片（钢笆、竹笆各一层）反拉钢丝绳搭设外脚手架及模板支撑排架搭设临时支撑架焊接水平阻铁局部焊接横向支撑不满足要求（二）问题假想原因预测我们组织小组成员经多次会议讨论，对此方案可能出现的质量、安全事故进行预测，假想问题主要归纳如下：1、由于模板支撑系统，落在此钢平台上，荷载很大，对钢丝绳拉环的要求很高，特别是拉环焊缝施工质量，拉环焊缝承载力可能达不到要求；2、由于悬挑长度较大，反拉角度为52°，接近45°，产生的水平力也很大，钢梁需克服较大水平力；4、钢梁吊装完成后，由于第十二层结构没有施工，无法拉钢丝绳，施工平台不能使用。3、角部钢梁最大悬挑长度达6.65M，若仍按悬挑端1.50M纵距布置钢梁，则角部埋入混凝土中的钢梁太密，且与墙体暗柱钢筋交错，造成角部混凝土浇筑质量得不到保证。5、由于结构最大悬挑长度为3.4M，钢梁挑出长度达到4.75M，悬挑长度较大，钢梁变形超过允许值；七、确定对策通过上述假想预测，所归纳的六个问题，结合施工流程，制订实施对策见下表。序号要求对策目标措施地点时间负责人1确保拉环焊缝强度进行焊缝验算，确定焊缝长度及高度，并保证一定的安全系数焊缝承载力达到设计要求保证焊缝高度，施工过程中严格控制质量现场2008年7月孔祥峰金国强2钢梁水平方向无位移在钢梁与混凝土墙交点处，焊接一短工字钢，并通过计算，确定焊缝长度及高度钢梁水平向无位移严格按设计要求施工，且保证施工质量现场2008年7月薛峰孔祥峰孔祥干3确保角部混凝土浇筑密实且悬挑端可搭设脚手调整钢梁布置，悬挑端增加钢梁搁置在悬挑钢梁上，并进行验算是否满足要求调整钢梁布置后确保凝土浇筑密实且悬挑端可搭设脚手悬挑钢梁间隔布置，悬挑端搁置14号工字钢，且与悬挑钢梁焊牢现场2008年8月周玉专孔祥峰4满足施工要求，确保安全合理安施工平台搭设及使用程序，保证施工正常进行满足施工要求，确保安全编制搭设方案，明确搭设流程合理安排使用程序确保安全现场2008年8月周玉专孔祥峰5确保钢梁变形不超过允许值吊装钢梁时，给予钢梁预挠度，进行验算确定钢梁允许变形值，施工过程中严密监测钢梁变形钢梁下挠值不大于19mm根据需要，适时调整钢丝绳，确保钢梁变形值在允许范围内现场2008年8~12月孔祥峰童元林夏士文八、对策实施实施一：选择合理焊接参数，保证焊接质量。1、通过计算，确定拉环钢筋直径和焊缝高度及长度。设计选用Φ22钢筋，焊缝高度为10mm，长度为200mm，焊条为E43型，实际操作中，焊缝长度均为满焊。2、现场施工时，首先对材料进行严格检查，确保材料符合要求；施焊时，保证足够的熔深，主焊缝与定位焊缝应结合良好，无气孔、夹渣和烧伤缺陷；由于钢筋直径较大，分三层间断施焊，每焊一层后，清理完焊渣后，再焊接下一层，确保焊缝的高度和长度。结果：所有拉环在浇筑+78.000M标高楼面前焊接完成，焊缝经探伤，满足要求，且实际使用中，焊缝牢固。实施二：采取措施确保钢梁水平无位移。1、根据计算得知，钢梁最大水平力达54.55KN，为避免钢梁在巨大水平力作用下，沿钢梁自身方向不发生位移，采用14号工字钢作为阻铁（长度为100mm），与20号工字进行焊接，以阻止钢梁水平向位移。2、为保证阻铁位置准确，经多次商讨决定待钢梁就位后，现场焊接。焊接时，采用小电流短弧焊接，第一层焊缝用短电弧作前后推拉动作，焊条与焊接方向成8°～90°角。其余各层焊条横摆，并在坡口侧略停顿稳弧，保证两侧熔合。结果：阻铁在钢梁就位后即完成焊接，使用过程中，钢梁无位移。实施三：角部钢梁特殊处理。1、由于角部最大悬挑达为6.65M，若悬挑端钢梁间距仍按1.5M布置，则角部钢梁太密，此处混凝土浇筑质量不能保证。经小组成员研究决定，为确保凝土浇筑质量，将角部钢梁间隔布置。钢梁间隔布置后，钢梁端部间距达3M，若直接搭设脚手架和排架肯定不能满足要求。通过验算，决定在20号工字钢梁上搁置14号工字钢，且与20号工字钢焊牢，角部钢梁形成一整体