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高层建筑施工装配式悬挑安全防护棚设计与应用
［摘 要］ 为避免高层建筑施工中常有高空坠物伤人、伤物的事故发生，创新发明了装配式悬挑安全防护棚,进行优化设计，选取最佳吊点，有效提高安全防护棚整体刚度及防护范围。
［关键词］ 高层建筑 安全防护棚 装配式 铰接组件 优化设计
1 前言
随着城市建设的发展，建筑施工场地愈来愈狭小，高层建筑施工中常有高空坠物伤人、伤物的事故发生.在高层建筑主体结构施工期间，随着高层建筑施工的高度，分段搭设安全防护棚,是防止高空坠物体打击事故发生,最有效的措施之一，特别是临街建筑尤为重要.传统的防护棚都是用钢管悬挑在脚手架上,再用钢丝绳反拉在建筑物主体上。不仅悬挑长度和覆盖面积受到限制，还给脚手架的安全使用带来了隐患。
我司组织技术攻关，取得了“高层建筑施工装配式悬挑安全防护棚施工技术"这一创新技术成果，研制了一种新型装配式悬挑安全防护棚,将棚体主梁直接附着在主体结构上,通过装配延伸成整体，克服了以上缺点，提高了防护棚的承载能力和抗冲击强度,保证了施工安全，该项技术就象装配式工具一样能重复周转使用，本装配式悬挑安全防护棚安装和拆除的施工工法操作方便、快捷、安全。该工法已在多个工程项目施工中应用，取得显著社会、经济效益。
2 工法特点
2.1 优化钢丝绳在主梁（横杆)上吊点位置，能提高承载能力,增加悬挑长度和覆盖面积.
2.2 施工条件简单，施工工艺易于操作。
2.3 装配式铰接组件回收方便,周转使用次数多.
2。4 一次性投入略大，但周转使用到其他工程时，仅稍加保养可直接使用。
2。5 在高层建筑外墙幕墙分段施工时，无需附着在外墙悬挑脚手架上,外墙悬挑脚手架可分段拆除，从而减少脚手架钢管、扣件等租赁费用。
3 工艺原理设计
3。1 最佳吊点位置设计
科学合理地选择主梁上的吊点位置,在相同荷载作用下，使得等截面的主梁的内力最小，从而提高结构的承载能力，达到先进、合理、经济、安全的目的.
首先进行计算模型的简化:
验算目标： 求吊点B、C的合理位置,验算出x、y的值，即求L1、L2、L3的比例关系，要求M1＝M3＝－M4、M4＞M２，使其内力M1、M２、M３和M４中最大的值最小。
经验算得：L1:L2：L3＝1:0。8：0。41是本设计的最佳目标。
3.2 深化设计
如图1所示:采用装配式铰接组件,调节各层安全防护棚的铰接基座中控制在该层同一水平线上，并通过垫片调节交接点与外墙或边梁在同一垂直面上；上反拉锚固节点与下交接点在一垂直线上，根据防护棚宽度（5～8m）,调整反拉点尺寸使其成一定比例（L1:L2：L3=
1:0。8：0.41）,悬挑防护棚整体受力合理。
图1 装配式悬挑安全防护棚剖面及节点图
4 材料与设备
4.1 主要材料：Φ48×3.5的脚手钢管、直角扣件、旋转扣件
4.2 组件及配件：Φ65×3.5钢管、钢板、钢丝绳、绳卡、圆钢、长螺杆、螺栓、螺帽、垫片、扳手
4.3 防护用品：安全带、安全网、旧模板或脚手板、铁丝
4.4 设备：塔吊、交流焊机
4.5 检查工具：磁力线锤、水平尺
5 施工工艺流程及操作要点
5。1施工工艺流程
5。1.1施工总工艺流程
分预制作、预埋、装配（搭设)和回收再利用四个阶段，其施工总工艺流程如下：
回收再利用
制作
预埋
装配（搭设）
预 埋
反拉锚环
悬挑
安全
防护
棚的
搭设
制 作
反拉锚环

制 作
铰接基座

反拉
钢丝绳
预 埋
PVC套管
铰接构件
插件焊接

铰接构件
基座安装
制 作
铰接插件

防护棚
拆 除
回收
分类堆放
铰接组件
查漏补缺
铰接组件
保养

图2 装配式悬挑安全防护棚的施工工艺流程图
5。1。2悬挑防护棚搭设工艺流程
装配式铰接基座固定 → 插入下层悬挑大横杆并基座铰接 → 内侧钢丝绳 → 由内向外搭设下层水平杆及外侧钢丝绳 → 满铺一层旧模板及安全网 → 搭设竖短立杆及斜撑 → 搭设上层大横杆 →搭设上层水平杆 → 铺设钢笆 → 沿外侧搭设防护栏杆 → 固定挡脚手板、扎安全网
5。2操作要点
5.2.1制作
装配式铰接构件及拉结圆钢均可按设计节点图在车间制作，也可在工地现场楼面内制作;装配式铰接构件除锈后均刷二~三道防锈漆，以备铰接件回收后在其他项目上重复使用.
5。2.2 预埋
1、 受力铰接点先预埋螺杆PVC套管，待外墙或边梁钢筋混凝土具备一定强度后才能安装装配式铰接基座。
2、反拉锚固点处拉结圆钢中线应预埋对应受力铰接点的垂直中心线。
5.2.3 装配（搭设）
1、 装配式铰接组件的活动插件制作后直接在现场与Φ48×3。5的脚手钢管组焊成一起作大横杆使用。
2、 在外墙或边梁内侧先垫钢板，对应PVC套管处穿螺杆，再安装装配式铰接组件的铰接基座.
3、 将大横杆一端已焊接插件投入铰接基座夹片中，校对后插入螺栓杆，并拧紧螺帽。
4、反拉内侧钢丝绳,调整大横杆,与水平线夹角控制在10°~15°之间.
5、按设计有内向外采用直角扣件固定水平杆,到外侧反拉钢丝绳固定点时，张拉钢丝绳。
6、 满铺一层模板和一层安全网，并与下层水平杆钢管用8～12#铁丝固定。
7、采用直角扣件固定竖向短立杆，并在边缘以及间隔3m搭设垂直向斜撑。
8、 采用直角扣件搭设上层大横杆及水平杆，并满铺钢笆片，并与上层水平杆钢管用12#铁丝固定。
9、 沿防护棚外侧，双层防护棚间钢笆片做防护栏板；上层另搭设1。2m高的安全防护栏杆，安全防护栏杆15cm内固定挡脚板，另挂密目式安全网。
10、 分别调紧内外两道反拉钢丝绳。
5.2.4 回收再利用
1、 安全防护棚拆除
安全防护棚按施工方案拆除,拆除顺序按搭设施工流程反而倒之：先拆防护棚上层钢笆片，再拆水平杆等。
2、回收分类堆放
拆除后将钢笆片、脚手架钢管、有铰接插件的大横杆、铰接基座分门别类堆放。
装配式铰接组件的铰接基座、有铰接插件的大横杆等单独堆放，并检查是否损坏.焊缝等问题应安排专人补焊。
3、 铰接组件保养
为便于下一工程使用，安排油漆工对装配式铰接组件的铰接基座、有铰接插件的大横杆分别清理、补刷防锈漆等保养工作。
4、 铰接组件查漏补缺
在下一工程使用前先根据工程特点及防护棚设置情况复核铰接组件数量是否满足，不足部分按加工图分别制作铰接插件和基座。
6 质量控制
6。1 新钢管的检查应符合下列规定：
6。1.1 应有产品质量合格证;
6。1.2 应有质量检验报告，钢管材质检验方法应符合现行国家标准《金属拉伸试验方法》（GB/T 228)的有关规定，质量应符合本规范第3。1.1条的规定；
6.1.3 钢管表面应平直光滑，不应有裂缝、结疤、分层、错位、硬弯、毛刺、压痕和深的划道；
6。1。4 钢管外径、壁厚、端面等的偏差，应分别符合表6。3.4序号1、2的规定;
6.1.5 钢管必须涂有防锈漆。
6。2 旧钢管的检查应符合下列规定:
6.2。1 表面锈蚀深度应符合表6。3.4序号3的规定。锈蚀检查应每年一次。检查时，应在锈蚀严重的钢管中抽取三根，在每根锈蚀严重的部位横向截断取样检查，当锈蚀深度超过规定值时不得使用;
6.2.2 钢管弯曲变形应符合表6.3。4序号4的规定。
6。3 扣件的验收应符合下列规定：
6.3.1 所有新扣件应有生产许可证、法定检测单位的测试报告和产品质量合格证.当对扣件质量有怀疑时，应按照现行国家标准《钢管脚手架扣件》(GB 15831）的规定进行抽样检测；
6.3.2 旧扣件使用前应进行质量检查，有裂缝、变形的严禁使用，出现滑丝的螺栓必须更换;
6.3。3 新、旧扣件均应进行防锈处理.
6.3.4 构配件的偏差应符合表6.3。4的规定。
表6。3.4　　构配件的允许偏差
序 号
项 目
允许偏差
△
(mm)
示 意 图
检查
工具
1
焊接钢管尺寸（mm)
外径 48
壁厚 3.5
—0.5
—0.5

游标
卡尺
2
钢管两端面切斜
偏差
1。70

塞尺’
拐角尺
3
钢管外表面锈蚀
深度
≤0.50

游标
卡尺
4
钢管弯曲
a．各种杆件钢管的端部弯曲
l≤1.5m
≤5

钢
板
尺
b．水平杆、斜杆的钢管弯曲l≤6。5m
≤30

5
冲压钢脚手板
a．板面挠曲
l≤4m
l〉4m
≤12
≤16

钢
板
尺
b．板面扭曲
(任一角翘起)
≤5

6。4 脚手板的检查应符合下列规定：
6。4.1 冲压钢脚手板的检查应符合下列规定：
1、 新脚手板应有产品质量
2、 尺寸偏差应符合表9.3.4序号5的规定,且不得有裂纹、开焊与硬弯；
3、 新、旧脚手板均应涂防锈漆。
6。4.2 木脚手板的检查应符合下列规定：
1) 木脚手板的宽度不宜小于200mm,厚度不应小于50mm;其材质应符合现行国家标准《木结构设计规范》（GBJ 5)中Ⅱ级材质的规定；腐朽的脚手板不得使用；
2）竹脚手板宜采用由毛竹或楠竹制作的竹串片板、竹笆板。
6.5 装配式铰接基座与插件焊接质量
装配式铰接基座与插件焊接质量的检查应符合《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205）的相关规定。
7 安全措施
7.1 防护棚搭设施工由现场管理人员、脚手架施工组、电焊工及机械操作人员组成,负责装装配式悬挑安全防护棚的搭设、材料运输、装配式组件固定、钢丝绳张拉等工作，安全员进行安全检查、监督。装配式悬挑安全防护棚搭设完毕应由项目经理组织验收,项目技术负责人、安全员及脚手架施工组长参加。
7.2 机操工、电焊工、架子工必须经专业技术培训，并持有经行政主管部门考核合格后颁发并在有效期内的操作证上岗施工。每次装配式悬挑安全防护棚搭设、拆除施工前由项目技术负责人对小组人员进行书面安全技术交底，并宣讲各工种的安全操作规程。所选用的机操工、电焊工、架子工应熟悉本职工作，有敬业精神和高度责任心,遵章守纪,身体健康。
7。3 电焊工、架子工进入现场时应佩戴各种必需的劳动保护用品，并遵守现场的各种劳动安全管理制度.
7.4 架子工应严格按专项施工方案及《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》、《建筑施工高处作业安全技术规范》的规定搭设、拆除装配式悬挑安全防护棚，并服从现场施工负责人、安全员的安排及指挥,定员定岗工作,不得随意调换人员.
7.5 施工人员不得随意拆除装配式悬挑安全防护棚上的钢管、扣件、螺栓、钢笆、安全网、钢丝绳及绳卡，尤其是不得拆卸钢丝绳及装配式组件.
7。6 在装配式悬挑安全防护棚搭设、拆除过程中严禁上下交叉作业。
7.7 在台风、雨季施工时应组织人员巡查，为防止装配式悬挑安全防护棚向上掀起,不得随意调大装配式悬挑安全防护棚水平夹角，必要时设置钢管由上向下斜顶。
7。8 凡在搭设、使用期间，发现装配式悬挑安全防护棚产生变形、倾斜、下沉/翘起等现象，或扣件、螺栓、插销松动,以及钢笆、安全网、旧模板损坏现象,应立即向负责人、现场安全员报告,技术负责人复核并编制可行性补救措施后，架子工、电焊工佩戴安全带等劳动保护用品在安全员监护下整改，组织验收并合格后方可继续使用。
7。9 装配式悬挑安全防护棚严禁作为卸料平台使用；高处作业中所用的物料，均应堆放平稳,不妨碍通行和装卸；工具应随手放入工具袋；作业中的走道、通道板和登高用具，应随时清扫干净；拆卸下的物件及余料和废料均应及时清理运走，不得任意乱置或向下丢弃;传递物件禁止抛掷。
8 效益分析
8.1装配式悬挑安全防护棚周转及再利用
装配式悬挑安全防护棚，制作材料变形小，周转使用能力明显高，达到多个工程可以再利用的效益。
8。2操作工效
装配式悬挑安全防护棚劳动量减少了20%～30％，劳动强度削弱了50％～60％。
8。3其它综合效益
装配式悬挑安全防护棚无需附着在外墙脚手架上，外墙脚手架可分段拆除,从而减少脚手架钢管、扣件等租赁费用。
装配式悬挑安全防护棚不影响幕墙框在楼面的钢骨架安装，也无需在外剪力墙上预留100mm以上大洞（须采用细石混凝土分次浇筑)，螺栓眼可直接采用防水砂浆堵塞，后期施工间隙短。
9 应用实例
9。1星河世纪大厦
星河世纪大厦（原名：珠江广场）一裙三塔,是集办公、商业、住宅为一体的综合楼。本工程建设用地面积11,700。70 m2，裙房及地下部分总长约215m、宽约50m,总建筑面积156,680 m2。有A、B、C三栋塔楼，A栋39层的方形塔楼布置在基地的最北端，紧邻深南大道，为商务办公楼，中间B栋32层“U"字形塔楼为小户型中间走廊高层住宅，最南端为C栋32层板式塔楼为普通高层住宅；4层裙房及3层地下室相连成为一体；A栋钢筋混凝土结构高度150.27m，屋顶钢框架高22。9m，总高度173.17m；B栋主体高度99.82m；C栋主体高度99.37m。2005年1月28日开工,2006年5月19日竣工，2006年11月16日完成竣工备案手续。
其中A栋写字楼四层、十五层、二十六层以及B、C栋六层、十六层分别设置6m宽的装配式悬挑安全防护棚。
星河世纪大厦分别获得2005年度下半年深圳市文明施工工地奖、2006年度上半年深圳市安全生产文明施工优良工地奖、2006年度深圳市建筑业新技术应用示范工程、2007年度江苏省建筑业新技术应用示范工程。
图3 星河世纪大厦
图4 中央西谷大厦
9.2中央西谷大厦
中央西谷大厦（原名：满京华大厦)工程为一栋24层商务办公综合楼,总建筑面积40173。20 m2，建筑高度99。80m。其中外墙四层、十三层设置6m宽的装配式悬挑安全防护棚。2008年8月1日开工，2009年5月26日主体结构封顶，现已基本完成总承包合同内容.
中央西谷大厦荣获2009年上半年度深圳市安全生产、文明施工优良工地奖.
9.3卓越皇岗世纪中心
深圳卓越•皇岗世纪中心工程位于深圳市福田中心区,是一座集高档商业、酒店、办公、公寓于一体的建筑综合体，地下室为3层，塔楼地上部分60层，总建筑面积15万 m2。其中外墙十层、二十一、三十一、四十一层分别设置6m宽的装配式悬挑安全防护棚.2008年2月开工，2009年6月主体结构封顶，现已基本完成总承包合同内容。
卓越皇岗世纪中心荣获2009年上半年度广东省安全生产、文明施工优良工地奖.
图5 卓越•皇岗世纪中心