双曲面吊挂架施工技术

曹兢涛

摘要：利用屋面网架作为吊挂架受力点，钢管立杆传力，搭设双曲面铝板吊挂架作为装修作业面，避免立体交叉作业对施工的影响，确保施工工期及质量，并掌握了吊挂架安拆的关键技术和施工工法，积累了立体交叉作业条件下高空作业架体措施的施工经验，为今后类似的工程施工提供借鉴。

关键词：吊挂架；立体交叉作业；双曲面；施工技术

1．工程概况

厦门站改扩建工程南、北檐口为双曲面铝板装饰，东西檐口为单曲面铝板装饰（檐口的悬挑宽度为10.35米、纵向长度为121米、距地面高度最高为29.8米）；在檐口装修施工区域下方，还需同步进行高架平台的基础、主体结构等施工，存在着立体交叉作业安全风险，并制约了满堂架体搭设和曲臂车的站位；为解决立体交叉作业、工期约束、异形装饰面架体措施这一难题，在屋面结构网架上固定水平杆，采用钢管作为竖向传力杆件，按檐口曲面造型和装饰面板分格来设计搭拆顺序和节点，很好的解决了立体交叉作业问题，保证了施工质量的同时，也确保了工期节点的顺利实现，掌握了吊挂架安拆的关键技术和施工工法，积累了立体交叉作业条件下高空作业架体措施的施工经验，为今后类似的工程施工提供借鉴。

中铁建工集团在厦门站改扩建工程的建设中，结合现场的实际情况，利用钢管悬挑单元顺序接长这一特点，形成了本技术。

2.吊挂架设计

2.1因在屋面檐口装修施工区域下方，还需同步进行高架平台的基础、主体结构等施工，存在着交叉作业安全风险，并制约了满堂架体搭设和高空作业设备的站位，为了避免以上施工条件的制约，采用吊挂架施工。

2.2架体受力计算复核

2.2.1经设计复核，钢网架能够承受吊架体系相关荷载的要求，通过网架下弦杆支撑吊挂架上弦分布杆，吊架通过竖向钢管、扣件与上弦杆连接。

2.2.2单元接长对比

2.2.3架体的搭拆顺序原则

由中间向两侧、由内向外，悬挑单元顺次相接形成整个吊挂架体系，铝板的安装顺序需综合考虑架体的拆除顺序；先搭后拆，后搭先拆，在搭拆过程中及时增加辅助斜拉杆。

2.3架体参数

2.3.1各荷载参数取值

1）.脚手架参数

钢管脚手架的计算参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）。

计算的脚手架立杆采用单立管。

搭设尺寸为：立杆的纵距1.5米，立杆的最大横距1.5米。

采用的钢管类型为48×3.0。

钢管的截面特性为：截面积A=4.24cm2，轴惯性矩Ix=10.783cm4，截面地抗拒Wx=4.493cm3，

受剪应力值最大处静距SX=4.56cm3；

檐口最高点标高29.800米，地面粗糙程度取为C类。

2）.活荷载参数

施工均布活荷载标准值：2.00kN/m2；脚手架用途：装修脚手架；

同时施工层数：1层；

3）.风荷载参数

本工程地处厦门市，基本风压0.5kN/m2（取重现期n=10对应的风压值）；

风荷载高度变化系数μz为0.88，风荷载体型系数μs为1.56；

脚手架计算中考虑风荷载作用。

4）.静荷载参数

每米立杆承受的结构自重标准值（kN/m）：0.1347；

脚手板自重标准值（kN/m2）：0.35；

安全设施与安全网（kN/m2）：0.01；

每米脚手架钢管自重标准值（kN/m）：0.038；

脚手板铺设总层数：1；

2.3.2横杆的计算：

按照《扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）第5.2.4条规定，横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算。将横杆上面的脚手板自重和施工活荷载作为均布荷载计算大横杆的最大弯矩和变形。

1）.均布荷载值计算

横杆的自重标准值：P1=0.038kN/m；

脚手板的自重标准值：P2=0.35×1.5/（2+1）=0.175kN/m；

活荷载标准值：Q=2×1.5/（2+1）=1.0kN/m；

静荷载的设计值：q1=1.2×0.038+1.2×0.175=0.256kN/m；

活荷载的设计值：q2=1.4×1=1.4kN/m；

2）.强度验算

跨中和支座最大弯距分别按图5、图6组合。

跨中最大弯距计算公式如下：

跨中最大弯距为M1max=0.08×0.256×1.52+0.10×1.4×1.52=0.361kN.m；

支座最大弯距计算公式如下：

支座最大弯距为M2max=-0.10×0.256×1.52-0.117×1.4×1.52=-0.426kN.m；

选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算：

σ=Max（0.361×106，0.426×106）/4493=94.3N/mm2；

横杆的最大弯曲应力为σ=94.3N/mm2小于大横杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

3）.挠度验算：

最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度。

计算公式如下：

其中：静荷载标准值：q1=P1+P2=0.038+0.175=0.213kN/m；

活荷载标准值：q2=Q=1kN/m；

最大挠度计算值为：

ν=0.677×0.213×15004/（100×2.06×105×107830）+0.990×1×15004/（100×2.06×105×107830）=2.58mm；

横杆的最大挠度2.58mm小于大横杆的最大容许挠度1500/150mm与10mm，满足要求！

2.3.3扣件抗滑力的计算：

按规范表5.1.7，直角、旋转单扣件承载力取值为8.00kN，按照扣件抗滑承载力系数1.00，该工程实际的旋转单扣件承载力取值为8.00kN。

纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算（规范5.2.5）：

R≤Rc

其中Rc--扣件抗滑承载力设计值，取8.00kN；

R--纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值（不包括立杆自重）；

上部扣件受力最大，故取上部扣件受力计算，

安全网的自重标准值：P1=0.01×1.5×1.5=0.0225kN

横杆的自重标准值：P2=0.038×1.5×2×2=0.228kN；

脚手板的自重标准值：P3=0.35×1.5×0.25×2=0.2625kN；

活荷载标准值：Q=2×1.5×1.5=4.5kN；

荷载的设计值：R=1.2×（0.0225+0.228+0.2625）+1.4×4.5=6.92kN；

R<8.00kN，单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!

2.3.4脚手架立杆荷载计算：

作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。静荷载标准值包括以下内容：

1）.每米立杆承受的结构自重标准值，为0.1394kN/m

NG1=[0.1394+（1.50×2/2）×0.038/1.50]×4=0.71kN；

2）.脚手板的自重标准值；采用木脚手板，标准值为0.35kN/m2

NG2=0.35×4×1.5×1.5/2=1.575kN；

3）.吊挂的安全设施荷载，包括安全网；0.01kN/m2

NG3=0.01×1.5×4=0.06kN；

经计算得到，静荷载标准值

NG=NG1+NG2+NG3=2.315kN；

活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。

经计算得到，活荷载标准值

NQ=2×1.5×1.5×2/2=4.5kN；

风荷载标准值按照以下公式计算

其中Wo--基本风压（kN/m2），按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）的规定采用：

Wo=0.5kN/m2；

Uz--风荷载高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）的规定采用：

Uz=0.88；

Us--风荷载体型系数：取值为1.56；

经计算得到，风荷载标准值

Wk=0.7×0.5×0.88×1.56=0.48kN/m2；

不考虑风荷载时，立杆的轴向拉力设计值计算公式

N=1.2NG+1.4NQ=1.2×2.315+1.4×4.5=9.08kN；

考虑风荷载时，立杆的轴向拉力设计值为

N=1.2NG+0.85×1.4NQ=1.2×2.315+0.85×1.4×4.5=8.07kN；

风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW为

Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.850×1.4×0.48×1.5×1.52/10=0.193kN•m；

2.3.5立杆的计算：

立杆净截面面积：A=4.24cm2；

立杆净截面模量（抵抗矩）：W=4.493cm3；

钢管立杆抗拉强度设计值：[f]=205N/mm2；

σ=9080/424=21.42N/mm2；

σ=21.42N/mm2小于立杆的抗拉强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

考虑风荷载时，立杆的强度计算公式

立杆的轴心压力设计值：N=8.07kN；

σ=8070/424+193000/4493=61.99N/mm2；

σ=61.99N/mm2小于立杆的抗拉强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

2.3.6悬挑部位的计算：

悬挑部位荷载计算：

脚手板自重标准值（kN/m2）：0.35；

安全设施与安全网（kN/m2）：0.01；

每米脚手架钢管自重标准值（kN/m）：0.038；

悬挑部位每跨站两名施工人员，每个施工人员重量700N；

线荷载q=1.2×0.291+1.2×4×0.25×0.35×2/3/2.15+1.2×4×1.5×0.01/2.15+1.4×2×0.7/2.15=1.43KN/m

悬挑部位的计算简图如下图所示：

悬挑部位最大弯矩为：Mmax=873461.09N•mm，对应1号单元的轴力为：N=2474.07N

悬挑部位钢管最大应力：σ=N/A+M/W=2474.07/424+873761.09/4493=200.3N/mm2

σ=200.3N/mm2小于钢管的抗拉强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

悬挑部位最大剪力为：V=1532.14N

悬挑部位钢管最大剪应力为：τ=V×Sx/（Ix×tx）=1532.14×4560/10.783/10000/6=10.8N/mm2

τ=10.8N/mm2小于钢管的抗剪强度设计值125N/mm2，满足要求！

2号单元只受轴力：N=2047.85N，3号单元所受拉应力为：σ=N/A=2047.85/424=4.9N/mm2

σ=4.9N/mm2小于钢管的抗拉强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

3．施工方案简述

3.1施工步骤

3.2施工方案

3.2.1搭设方法：

1）.檐口铝单板吊挂脚手架采用横担倒挂式搭设方法，尽量减少影响其它施工交叉作业，充分利用结构的间距尺寸，在网架结构上按搭设图纸尺寸要求绑通长的6米钢管（上弦分布受力杆）生根，采用4股8#铁丝把6米钢管（上弦分布受力杆）与网架杆件捆扎结实，部分位置用抱箍连接方式加强处理；而后搭设拉杆及操作平台纵向及横向下弦受力杆。

2）.按搭设步骤自上而下搭设完成。

3）.外檐挑杆2150mm位置，需按图1.5米每根立杆位置作斜拉加强处理。

4）.拉杆纵距不大于1.5m，横距1.5m，步距1.8m。坡度大的位置用脚手管作斜拉加强处理，脚手管与钢管连接采用专用扣连接，

5）.防坠落、坠物措施：施工边缘区域搭设防护坠落护栏，施工平台铺设安全网防护处理，安全网上铺设密目网，防止小物件坠物；脚手架操作平台上必须拉6mm钢丝绳作生命线使用，脚手板及安全网用铁丝捆扎牢固。

6）.与主体结构生根连接的操作平台挂架上、下均采用双扣与拉杆固定（在拉杆上端扣件上方、下端扣件下方另加设一个扣件，做防滑件使用，每个3m设置保险钢丝绳）。

7）.架体加强措施：脚手架搭设完成后在使用过程中经现场检查横杆跨度超4米变形严重采用双横杆加强处理。

8）.未说明部分按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》要求处理。

3.2.2第一个操作平台搭设工艺：

1）.吊挂架的架管、扣件、安全网、密目网材料，均用滑轮以人力运输的方式拉到结构网架上；（需在网架结构下弦上用架管、木板搭设一个6米×6米的放料平台）

2）.在东北角、西北角位置，在现在幕墙施工用的脚手架上操作，按图纸及搭设工艺步骤搭设第一个操作平台；

3）.在第一个操作平台上操作往前推进搭设吊挂脚手架。

3.2.3搭设基本要求：

建筑架子工须经特种作业操作资格培训，考核合格者方可持证上岗。进入施工现场必须戴好安全帽，在高处作业时必须系好安全带，搭设人员必须穿防滑鞋。严禁酒后上岗，搭拆作业时思想应集中，不准在架上往下抛掷架料等物件，架子搭设前应配合现场施工员、安全员识读图纸交底，了解现场情况，因地施工。

4．结语

通过一系列的考察、设计、论证、方案讨论、受力计算、评审、技术准备及施工实践，保证了厦门站改扩建工程曲面檐口装饰的施工，在确保安全、质量的前提下，如期完成了节点目标，并降低了施工成本，既赢得了公司、监理及建设单位的一致好评，又掌握了吊挂架安拆的关键技术和施工方法，积累了立体交叉作业条件下高空作业架体措施的施工经验，为今后类似的工程施工提供借鉴。

作者简介：

曹兢涛（1991年5月），男，本科，助理工程师，中铁建工集团上海分公司厦门站改扩建工程技术员。联系地址：福建省厦门市思明区火车站站西路158号惠风楼酒店（361000）