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浅谈附着式悬挑脚手架构造及造价分析

胡思奇,刘丽萍,龚露茜,张亚萍

(成都建工第二建筑工程有限公司,四川 成都 610000)


   摘 要:随着现代化科技的不断进步,建设工程中的工艺、技术也得到了更新迭代。在房建工程建造过程中,采用脚手架作为围护结构,得到了广泛使用。因此,从脚手架的构造和造价出发,研究设计出了一种新型悬挑脚手架围护体系——附着式悬挑脚手架防护体系,本文对附着式悬挑脚手架的结构工艺构造进行详细阐述,并对其经济特征展开全面研究。通过与传统的型钢悬挑脚手架的对比分析,探寻新型脚手架对工程造价的影响。
   关键词:附着式悬挑脚手架;工艺构造;经济特征;工程造价
   0 引言
   脚手架的搭设取决于建筑工程进展需要,在工程完工后进行拆除,是一种随工地应运而生的临时结构架[1]。可其周转性高,安全性高等特性决定了其在措施项目中成为重要的组成部分。本文提出一种新型的脚手架体系——附着式悬挑脚手架防护体系,将悬挑钢梁附着在主体结构外立面上进行外悬挑,上部拉结,安全可靠。下面将对附着式悬挑脚手架的工艺构造,经济成本进行详细阐述,分析新型脚手架工程对工程造价的内在影响。
   1 附着式悬挑脚手架工艺构造
   针对脚手架的研究层出不穷,在2000年,王帆[2]等人提出附着式升降脚手架与传统的“落地式”脚手架之间的区别,前者时省工、效率高、经济效益明显的优势,在全国得到了广泛应用;宗钟凌[3]等人对高空旋转脚手架进行了研究设计,通过旋转支座可以进行自由旋转,巧妙地设计出上拉下撑式受力体系;张延斌[4]通过工程实践,得出人字钢架与架子每跨立杆一一对应的悬挑方式,适合脚手架纵距较大的悬挑脚手架。
   附着式悬挑脚手架在省内属于新型脚手架,构造节点做法较为混乱,没有一套成熟的施工工艺。因此,在附着式悬挑脚手架施工时容易由于操作不规范,施工工艺不当,构造节点不合理,形成重大安全隐患。故我公司成立课题组对附着式悬挑脚手架(如图1所示)组成构件的材料及型式、关键节点、施工工艺进行研究[5]、总结,并形成了四川省地方标准,用以规范和指导同类工程施工。


图1 型钢悬挑脚手架示意图
   1—主体结构;2—型钢支座;3—上节拉杆(下端带有螺纹);4—下节拉杆(上端带有螺纹);5—套筒组件;6—穿墙螺栓;7—钢管;8—脚手板;9—踢脚板;10—安全网;11—连墙件。
   1.1 节点设计
   1.1.1 悬挑支座与建筑结构的连接节点设计
   1.1.1.1 非转角部位
   悬挑支座钢梁选用16号工字钢与250×300×12mm连接钢板采用7mm二级焊缝进行满焊连接;连接钢板预留3个直径22mm螺栓孔用于高强螺栓与结构连接,预留位置为左上、右上及下部中间位置,螺栓孔中心距离连接钢板边缘均为50mm,连接螺栓采用直径20mm的8.8级的高强螺栓,采用双螺帽在连接结构外侧拧紧,螺帽与结构间垫垫片,垫片尺寸为100mm×100mm×8mm。详见图2所示。

图2 悬挑钢梁连接钢板示意图

   1.1.1.2 转角部位

   转角部位的悬挑钢梁避开剪力墙或角柱,仍采用连接钢板与建筑结构螺栓连接形式,连接方式与非转角部位一致。转角部位悬挑钢梁及连梁必须按实际情况进行核算,悬挑钢梁及连梁应根据核算结果选用,主梁不小于16号工字钢,连梁不小于12号工字钢,并采用2根以上钢拉杆与上部结构进行拉结,设置方式可参考图3所示。

图3 转角部位悬挑钢梁及连梁搭设示意图
   1.1.2 悬挑支座与上拉结构的连接节点设计
   上拉杆件采用可调节花篮拉杆,禁止采用钢丝绳,这是由于在使用过程中,拉杆是本体系受力的关键构件之一,需参与计算。根据工程实践可知,当施工现场采用钢丝绳拉结时,常常不能使钢丝绳达到预拉伸的受力效果,而使计算模型和悬挑钢梁的实际受力不符,存在极大的安全隐患。拉杆直径为20mm,花篮套筒抗拉强度必须大于直径20mm圆钢,钢筋拉杆两端焊接耳板,如下图4所示。
      
图4 上拉拉杆构造图
   悬挑钢梁上部焊接吊耳,再与钢拉杆进行拉结,具体见下图5所示。为避开脚手架内排立杆,上部钢拉杆与建筑结构连接的螺栓位置应根据悬挑架参数向左或向右偏5-10cm。若采用双拉杆,应一根向左偏移,一根向右偏移,以保证受力平衡。
    
图5 拉杆与型钢悬挑梁上部连接构造图
   1.1.3 上拉结构与建筑结构的连接节点设计
   每根悬挑钢梁必须设置1根或1根以上的钢拉杆,每根钢拉杆均采用1套个直径20mm的8.8级的高强螺栓与上层混凝土结构连接(如图6所示)。

图6 拉杆与上层混凝土结构连接构造图

   钢拉杆设置应同时满足下列要求:
   ①悬挑长度小于且等于1800mm时,至少设置一根钢拉杆;
   ②悬挑长度大于1800mm且不大于3000mm时,至少设置内外两根钢拉杆;
   ③悬挑长度不宜大于3000mm,若大于3000mm应方案专家论证意见执行;
   ④当钢拉杆遇飘窗结构阻碍时,应将钢拉杆拉结点设置于飘窗部位边梁内侧,在施工方案编制阶段应充分考虑是否存在钢拉杆与下部飘窗板位置有冲突的情况,若存在冲突应调节拉杆在悬挑钢梁上的位置进行避让。详见图7所以、示。    
图7 飘窗部位附着式悬挑架搭设示意图
   1.2 附着式悬挑脚手架的施工工艺
   1.2.1 施工工艺流程
   构件深化设计及制作→预埋悬挑型钢支座螺栓套管→悬挑层混凝土浇筑→安装悬挑型钢支座→钢管脚手架搭设→上层结构钢筋绑扎及模板支设→预埋花篮拉杆螺栓套管→上层结构混凝土浇筑→花篮拉杆安装→验收合格后脚手架使用→使用完毕后脚手架拆除。
   1.2.2 操作要点
  (1)构件深化设计及制作
   根据设计图纸和施工施工方案及现场实际情况,绘制型钢平面布置图,对钢构件连接节点深化设计,确定构件尺寸。构件制作应由有资质的钢结构单位进行加工,并满足相关规范和方案要求。
  (2)预埋悬挑型钢支座螺栓套管
   螺栓套管预埋精度的控制是本施工工法的重难点,为保证精确定位,需预制钢筋套箍,将预埋钢套管与钢筋套箍焊接在一起,确保各预埋套管的相对位置,而后在定位位置将钢筋套箍与边梁箍筋焊接,以防止偏位及混凝土震动造成的跑位。另外,预埋的钢套管两端必须用胶带密实地缠紧、封堵,否则混凝土的浆液会进入套管造成堵管。
  (3)悬挑层混凝土浇筑
   混凝土浇筑时需用振动棒振捣密实,混凝土浇筑后及时按照规范要求进行养护,防止裂缝的产生,加快混凝土早期强度的提高。
  (4)安装悬挑型钢支座
   1)在无其他可靠措施对悬挑型钢支座进行临时支撑的情况下,安装时的主体结构混凝土强度等级应由设计核算确定,且不应低于C20;
   2)为保证悬挑层上层结构施工进度和外防护先行,在型钢支座安装前,可在下部脚手架处架设顶托或支撑横杆,对悬挑型钢支座进行临时支撑,故在计算时应考虑至少增加一层高度的脚手架荷载;
   3)型钢支座安装在阳台等悬挑结构边梁位置时,优先考虑由设计单位进行结构复核,当不满足设计要求时要采用结构配筋加固的方式。若悬挑结构仍无法满足要求,需在下部进行脚手架支撑加固;
   4)型钢支座在安装时,螺母与建筑结构间必须设置垫片,并采用双螺母拧紧;
   5)型钢支座应根据深化图纸进行对应编号,安装时可提高效率,并避免装错位置。
  (5)钢管脚手架搭设
型钢支座在安装好后,按照规范搭设脚手架立杆、扫地杆、水平杆、连墙件及剪刀撑。
  (6)预埋花篮拉杆螺栓套管及上层结构混凝土浇筑
   按预埋悬挑型钢支座螺栓套管及悬挑层混凝土浇筑要求施工。
  (7)花篮拉杆安装
   悬挑层上层结构在混凝土施工完成后,待其混凝土强度达到C15时,开始进行拉杆的安装。在拉杆安装完成后,检查其达到紧固拉结状态后可拆除临时顶托或支撑横杆。 
   在安装拉杆时,先将两头的拉杆通过套筒组件连接好,调整到合适的长度,用高强螺栓将拉杆与建筑结构连接好,然后分别紧固上节拉杆、下节拉杆,并旋转至预紧状态。此时各拉杆预紧拉力要保持一致,最后进行下拉杆与型钢支座的连接,并调节使其拉结紧固。
  (8)脚手架使用
   脚手架安装完成应先进行安全性能检测,合格后方可使用。
  (9)脚手架拆除
   1)脚手架拆除应严格按照先搭后拆、后搭先拆的原则进行。同时,拆除作业应由上至下、逐层拆除,严禁上下同时作业。
   2)拆除前,先全面检查脚手架的扣件连接、拉接件、支撑体系的安全完全完整性,并根据检查结果制定完善的拆除方案和安全防护措施,对作业工人进行拆除安全技术交底,清理脚手架上的杂物及未处理垃圾。
   3)脚手架拉接件必须随着脚手架逐层拆除,分段拆除高差不应大于两步,如高差大于两步应增设连墙件加固。对不拆除的脚手架两端应按规定设置连墙件和横向斜撑加固。
   4)脚手架架体完全拆除后,方可进行拉杆和型钢支座拆除。
   2 附着式悬挑脚手架实际应用案例
   以“天府祥云4#地块工程”的1#栋楼为例,该建筑高度92.95m,周长117m,地上部分建筑面积15834.77㎡,整栋楼的悬挑脚手架分4段搭设,每段搭设高度不超过20m,悬挑梁的外挑出长度为1.3m,悬挑主梁间距1.5m(与传统的型钢悬挑脚手架相比,两种脚手架的架体布置形式一致,则此处暂不考虑扣件和辅材的费用,并暂不考虑转角处的加固措施)。因此,从附着式悬挑脚手架的材料的购买、搭建与拆卸、维护与维修[6]三个方面进行经济分析,其中涉及材料费和人工费。
   2.1 脚手架材料成本分析
   附着式悬挑脚手架和传统悬挑脚手架的主要材料类型以及消耗量如表1、表 2所示。附着式悬挑脚手架主要材料有型钢(16号工字钢)、拉杆钢筋(Φ20圆钢)、高强螺栓(8.8级Φ20)、预埋钢板(Q235 250×200×12)、预埋套管(Φ22套管)、垫片(Q235)、花篮螺栓(抗拉性能大于20圆钢)。传统脚手架的材料类型有些许差异,传统脚手架则要用到钢丝绳(16mm(6×19))、U型锚固螺栓(φ16)、角钢盖板(L63*6)、结构板底加设构造钢筋(2Φ18)、吊环钢筋(φ20)。从图中我们可以直观地感受到新型的附着式脚手架在材料消耗量方面远低于普通脚手架,特别是型钢的用量,附着式悬挑脚手架的型钢用量只占传统脚手架的48%。
   通过统计计算,传统悬挑脚手架的材料总价为167255.813元,附着式悬挑脚手架的材料总价为117166.31元。附着式悬挑脚手架比传统脚手架在费用上节约了30%,不仅在安全性方面得到保证,在成本控制方面也体现出巨大优势。这仅仅是一栋楼所产生的经济效益,当项目达到一定的规模,其产生的经济效益将更大[7]。

表1 附着式悬挑脚手架主要材料表

表2 传统脚手架主要材料表

   2.2 两种脚手架的搭建与拆卸对比
   传统型钢悬挑脚手架一根长3至6米的工字钢在安装过程需要依赖塔吊,起吊过程中盲区很多,存在很大的安全隐患;外架拆除时由于塔吊已经拆除,现场通常用施工电梯将型钢运至地面,遇超长钢梁时常常违规操作在电梯顶部直接开洞,造成极大的安全隐患。悬挑架在施工过程中,现场会实施焊接、切割等工序,存在较大火灾隐患。并且传统型钢悬挑脚手架为满足规范“锚固长度是悬挑长度的1.25倍”的要求,型钢总长度会过长,在阳台、转角等特殊部位工字钢长度可达到6m,工字钢用量大,增加施工成本,浪费材料资源[8]。
   不同于传统脚手架的搭建,附着式悬挑脚手架组成构件为工厂预制,现场拼装,使用完毕后可拆除再利用,重复利用率高,节约成本。附着式悬挑脚手架安装拆除方便,轻量化操作,节省人力物力。几名工人即可将其安装完成,工序简单,运输便捷,可有效得缩短工期,提高施工效率。在操作方面,附着式悬挑架安装采用轻量化操作,无需塔吊配合,悬挑型钢梁与建筑物主体结构的固定是采用可拆式预埋高强螺栓,方便快捷,操作安全性高。与此同时,附着式悬挑架是将悬挑钢梁附着在主体结构外立面上进行外悬挑,上部拉结,体系安全可靠,比传统产品减少了穿越墙体伸入室内锚固在楼面梁和楼面板上的长度,其重量减轻了56%以上,节省了大量的钢材。
   在脚手架的搭建与拆卸过程中,传统脚手架的人工费往往由数十名普通工人组成,一名普通工人一工日的工资大概为100元。由于涉及脚手架后续维护及维修,附着式悬挑脚手架的操作人员工资是按月薪计算,一个人月工资6000元,人工费则由几名专业操作人员及少量的普通工人组成。因此,工程越大,楼层越高,所需脚手架量越大,附着式悬挑脚手架的优势将会越明显,经济效益越高。
   2.3 脚手架的维护与维修
   通常脚手架的寿命在两年左右,由于其经常暴露在室外,风吹雨淋,为延长其使用年限,保证其安全性,会对脚手架进行维护及维修。在实际工程中,脚手架在验收合格投入使用后,每天会对其进行一次检查和保养,脚手架的定期维护维护一般是每个月一次,在强风、暴雨后更要认真检查维修后才能使用。
   钢管脚手架中的钢管扣件是连接钢管的重要构件,在维护中钢管扣件的损耗是维护费用中的重要组成部分。在一般情况下,损耗费用可以按照钢管与扣件的2%计算[9],租期越长,费用越高。附着式悬挑脚手架的维护与维修与传统脚手架相似,因此造价方面相差不大。但附着式悬挑脚手架由于搭设方式更加便捷,时间花费会更短,因此租期相对更短[10]。
   3 结语
   在房建工程中,常采用型钢悬挑脚手架作为建筑外围防护架和操作架,但由于其存在一定的弊端,因故我们研究并建立了一种新型的悬挑脚手架体系——附着式悬挑脚手架防护体系,并在公司及行业开展大量的推广应用。其技术优势明显,主要表现为以下五点:(1)采用附着式悬挑技术,体系先进可靠,操作简便,节约材料;(2)对原结构破坏小,避免对结构施工质量造成影响;(3)型钢不内伸,避免对装饰施工造成干扰;(4)操作简便;(5)构件重复利用率高且绿色环保。
   附着式悬挑脚手架适用于高层建筑,楼层越高,经济效益越明显。从工程造价的角度看,附着式悬挑脚手架的成本明显低于传统脚手架,其材料用量少、周转次数多起到了减少脚手架成本的作用。从全过程施工角度来看,传统脚手架需要依靠塔吊进行搭建,消耗时间较长,时间成本大,施工效率低下。然而新型脚手架无需塔吊,装拆除方便,轻量化操作,可有效缩短施工工期,提高施工效率。因此,附着式悬挑脚手架相对于传统脚手架具有很大的优势。目前,附着式悬挑脚手架在全国范围内使用还不普遍,但随着时代的进步,附着式悬挑脚手架的技术会更加成熟。随着“节能减排,低碳施工”绿色建筑概念的提出,将会有越来越多的施工人关注到低耗高效的附着式悬挑脚手架,在建筑行业内将会有大范围的应用[11]。

 
   参考文献:
   [1] 郭正兴. 土木工程施工[M]. 南京; 东南大学出版社, 2010.
   [2] 王帆, 郭正兴, 李维滨. 附着升降脚手架受升降不同步影响的试验研究[J]. 施工技术, 2000(03):11-13.
   [3] 宗钟凌, 郭正兴. 高空旋转脚手架设计与施工[J]. 施工技术, 2007(11):38-40.
   [4] 张延斌.超高层建筑外脚手架方案设计及施工探讨[N
   [5] 张延斌. 超高层建筑外脚手架方案设计及施工探讨[J]. 科技创新导报, 2010(01):44+46.
   [6] 胡小刚, 王国权, 丁永君, 沈春祥. 几种适合我国推广的新型脚手架技术[J]. 低温建筑技术, 2005(03):55-56.
   [7] 文玲. 浅谈施工组织设计对工程施工成本的影响[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊), 2019(03):36-37.
   [8] 沈杰. 工程估计南京[M]. 南京; 东南大学出版社, 2008. 
[9] 孙逸凡,王禹帅,徐健闻等. 浅谈附着式升降脚手架工程造价[J]. 科学技术创新, 2020(14):138-139.
[10]吴兰.建筑施工企业劳务分包管理及合同计价模式研究[J]. 北方建筑, 2021,6(02):76-78.
[11]郝彩云.谈施工企业人工费及周转材料成本的控制[J]. 建材技术与应用, 2005(01):61-62.