某新型連墻件結(jié)構(gòu)計算及應(yīng)用方案

前言連墻件是指連接腳手架與建筑物的構(gòu)件，是腳手架的重要組成部分。國內(nèi)外發(fā)生的腳手架倒塌事故，基本都是由于連墻件設(shè)置不足或連墻件被拆除后未及時補設(shè)引起。腳手架的失穩(wěn)通常分為整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)。其中整體失穩(wěn)是腳手架失穩(wěn)的主要破壞形式，破壞始于無連墻件、橫向剛度差或初始彎曲較大的橫向框架。而設(shè)置合理、承載力高、構(gòu)造符合要求的連墻件，對計算單元的計算跨度的改善和橫向剛度的提高，均起直接作用，因而對腳手架的整體穩(wěn)定性起重要作用。《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130—2001）第6.4節(jié)對連墻件作了具體規(guī)定，對于24m以下的單、雙排腳手架宜采用剛性連墻件，對24m以上的單、雙排腳手架必須采用剛性連墻件。剛性連墻件指的是采用鋼管、扣件或預(yù)埋件組成的連墻件。但規(guī)范中并未具體規(guī)定剛性連墻件的做法，導(dǎo)致目前各地剛性連墻件的做法不一，部分做法存在安全隱患。臺州**工貿(mào)有限公司經(jīng)過長時間的論證、試驗、工程試用后，對剛性連墻件提出新的做法。現(xiàn)將新型的**連墻件解決方案向各位專家匯報，并請各位專家指正。第一章常規(guī)連墻件的做法與利弊分析腳手架的失穩(wěn)通常分為整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)。其中整體失穩(wěn)是腳手架失穩(wěn)的主要破壞形式，破壞始于無連墻件、橫向剛度差或初始彎曲較大的橫向框架。而設(shè)置合理、承載力高、構(gòu)造符合要求的連墻件，對計算單元的計算跨度的改善和橫向剛度的提高，均起直接作用，因而對腳手架的整體穩(wěn)定性起重要作用。國內(nèi)常見的用于扣件式鋼管腳手架的連墻件做法包括：拉撐結(jié)合方法、預(yù)埋鋼管方法、后錨固方法、箍柱法、預(yù)埋鐵板法?，F(xiàn)對國內(nèi)常見的用于扣件式鋼管腳手架的連墻件做法進(jìn)行匯總與分析如下：1、拉撐結(jié)合方法拉撐結(jié)合方法通常適用于腳手架搭設(shè)高度小于24m的低層、多層建筑，采用預(yù)埋鋼筋與腳手架拉結(jié)，再加水平鋼管撐住主體結(jié)構(gòu)的方法或采用預(yù)埋鋼筋與短鋼管焊接后，再用扣件連接水平鋼管與腳手架連成一體。拉撐結(jié)合方法的連墻件做法詳見圖一。拉撐結(jié)合方法具有成本低、無砌體后補洞工序，因此，在多層建筑中使用較為普遍。拉撐結(jié)合方法的不足之處是承載力差，腳手架的橫向剛度相比于剛性連接方法較弱，起撐作用的鋼管無法緊密連接腳手架與主體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致腳手架易產(chǎn)生晃動，并且在外墻粉刷時易被全部拆除從而產(chǎn)生安全隱患。因此規(guī)范中作為強制性條文規(guī)定拉撐結(jié)合方法連墻件不得用于腳手架搭設(shè)高度超過24m的建筑。圖1普通拉撐結(jié)合連墻件2、預(yù)埋鋼管方法預(yù)埋鋼管方法是目前最為常用的連墻件做法，能起到剛性連接作用。預(yù)埋鋼管方法是在砼澆筑前用一豎向短鋼管埋設(shè)于梁內(nèi)約20cm，露出梁背約20cm，待砼澆筑完成后，用水平長鋼管連接立桿與豎向短鋼管即可，如圖2所示。預(yù)埋鋼管方法的連墻件優(yōu)點是剛性好、埋設(shè)位置準(zhǔn)確。預(yù)埋鋼管方法的連墻件的不足之處是成本高，拆卸麻煩（見圖3），并且必須對砌體的后留洞口進(jìn)行后期封堵，有滲水隱患（見圖4、圖5）。目前，鋼管扣件的租賃價格隨著鋼材原材料價格的上漲而大幅上漲，預(yù)埋鋼管方法由于相比其他連墻件方法所使用的鋼管與扣件數(shù)量相對較多，如預(yù)埋短鋼管方法至少采用2個扣件，對于受力超過單個扣件抗滑移能力的連墻件，則至少采用4扣件連接，與豎向短鋼管連接的扣件有相當(dāng)比例無法拆卸，最終報廢，導(dǎo)致成本較高。同時，對于部分無法用扳手拆除的預(yù)埋鋼管連墻件，大部分是采用明火切割，拆除麻煩，且有嚴(yán)重的火災(zāi)隱患。采用預(yù)埋鋼管方法時，在砌體施工時必須對連墻件的豎向短鋼管位置留設(shè)洞口，待連墻件拆除后采用細(xì)石砼進(jìn)行封堵。對洞口的封堵如稍不慎重，將導(dǎo)致洞口補不密實，從而給外墻防水留下難以彌補的隱患，尤其是東南沿海地區(qū)和內(nèi)地多雨地區(qū)的建筑，對此節(jié)點的處理更應(yīng)當(dāng)引起重視。圖2預(yù)埋鋼管連墻件圖3無法用扳手拆除的預(yù)埋鋼管連墻件圖4連墻件孔洞滲水圖5連墻件孔洞滲水3、后錨固方法后錨固方法是針對上述預(yù)埋鋼管方法的不足而作的改進(jìn)。后錨固方法是在梁的側(cè)面鉆孔，安裝膨脹錨栓或化學(xué)錨栓，再用事先與鋼管焊成一體的錨板連接即可，見圖6。后錨固方法的優(yōu)點是無補洞工序，無滲水隱患。后錨固方法的不足是施工極其麻煩，尤其是鉆孔時極其麻煩。通常是采用2顆膨脹錨栓，承載力不高，易松動，不可承受低周反復(fù)荷載，嚴(yán)格來說不能納入剛性連墻件范圍；若采用化學(xué)錨栓，則施工要求高，施工過程中必須嚴(yán)格控制孔深與孔徑，并且必須嚴(yán)格清孔，否則承載力無法得到保證。施工完成后，錨栓也報廢，無法重復(fù)使用，造成成本也較高。且在拆除時，必須要使用明火進(jìn)行切割，同樣存在嚴(yán)重的火災(zāi)隱患。正因為以上原因，采用后錨固方法的連墻件在工程中應(yīng)用不多。圖6后錨固法連墻件4、箍柱法箍柱法是指不在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)埋，柱子模板拆除后，用四根短鋼管和四個扣件將砼柱箍住，并通過一根長鋼管與腳手架立桿連接的方法，見圖7所示。箍柱法的優(yōu)點是剛性好，施工靈活方便。箍柱法的不足是所需要材料最多，相比于預(yù)埋鋼管法，增加了三個扣件和四根短鋼管，對于施工周期長的高層建筑來說，經(jīng)濟(jì)性極差。并且，同預(yù)埋鋼管法一樣，仍存在墻體補洞工序，同樣存在著外墻滲水隱患。同時，箍柱法連墻件必須要等柱子模板拆除后進(jìn)行安裝，嚴(yán)重滯后于施工進(jìn)度，導(dǎo)致施工作業(yè)層的腳手架與主體結(jié)構(gòu)無可靠拉結(jié)，存在著明顯的安全隱患。正因為以上不足，箍柱法連墻件在工程中應(yīng)用極少。圖7箍柱法連墻件5、預(yù)埋鐵板法預(yù)埋鐵板法是指在主體結(jié)構(gòu)的梁柱砼施工前，在相應(yīng)位置預(yù)埋帶錨腳的鐵板。模板拆除后用鋼管與露出梁側(cè)或柱側(cè)的鐵板焊接，鋼管的另一側(cè)與腳手架的立桿用扣件連接，如圖8所示。預(yù)埋鐵板法的優(yōu)點是剛性好，無砌體補洞工序，無滲水隱患。預(yù)埋鐵板法的不足是成本高，施工麻煩，有火災(zāi)隱患。通常要求在梁側(cè)模板安裝前安裝固定好鐵板，砼澆筑完成后鐵板極易被混凝土遮蓋，難以發(fā)現(xiàn)。同時，要求在施工樓層進(jìn)行焊接或切割，有明火，易引起火災(zāi)；預(yù)埋時要求定位準(zhǔn)確，否則鐵板無法用水平鋼管與立桿連接。因以上不足，預(yù)埋鐵板方法目前在工程中應(yīng)用極少，特別是在浙江本省范圍內(nèi)，基本上不再使用。圖8預(yù)埋鐵板法連墻件6、預(yù)埋鋼筋法預(yù)埋鋼筋法是指在主體結(jié)構(gòu)的梁柱砼施工前，在相應(yīng)位置預(yù)埋事先與鋼管側(cè)壁焊好的鋼筋。模板拆除后利用鋼管把預(yù)埋的鋼筋壓彎，鋼管的另一側(cè)與腳手架的立桿用扣件連接，如圖9所示。預(yù)埋鋼筋法的優(yōu)點是施工方便，無砌體補洞工序，無滲水隱患。預(yù)埋鋼筋法的不足是剛性差，有安全隱患。通常是采用Ф16鋼筋預(yù)埋（也發(fā)現(xiàn)有用2Ф6鋼筋的），另一端與鋼管焊接，焊接質(zhì)量極難保證，承載力低，鋼筋彎折后在風(fēng)荷載作用下易產(chǎn)生變形，不能起到剛性連接的作用。同時，要求在施工樓層進(jìn)行焊接或切割，有明火，易引起火災(zāi)。盡管預(yù)埋鋼筋法施工較方便，但是對于高層建筑的腳手架來說，其剛性與承載力顯然無法滿足要求，但因其施工方便，目前在省內(nèi)部分區(qū)域仍然應(yīng)用較多，在臺州等沿海常受臺風(fēng)侵襲的地方，未曾見到此方法在工程中使用。圖9預(yù)埋鋼筋連墻件通過以上分析，我們認(rèn)為目前常用的連墻件做法均存在著不少缺陷，有待于進(jìn)一步的改進(jìn)與提高。第二章新型的**連墻件解決方案針對以上連墻件的不足，根據(jù)工程實際并結(jié)合規(guī)范要求，我們開發(fā)了新型連墻件——**連墻件解決方案。2.1、**連墻件解決方案原理**連墻件采用具有專利授權(quán)的預(yù)置錨件預(yù)埋在梁、柱或剪力墻中，等側(cè)面模板拆除后，用錨栓把事先與鋼管焊好的錨板與預(yù)置錨件連接即可（見圖10）。具有操作性強，經(jīng)濟(jì)性佳，可靠性好，安全性高的特點。**預(yù)置錨件由前部封蓋、尾部封蓋、外骨架和內(nèi)置緊固件（加強型螺母）組成（見圖11，圖12）。砼澆筑完成后，利用螺母的尾部尺寸大于外骨架直孔的特點，在砼內(nèi)形成機械鎖鍵作用，經(jīng)浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗站檢測，**預(yù)置錨件在C25的素砼中抗拔承載力不小于20kN，足以滿足連墻件的使用要求。圖10**連墻件圖11**預(yù)置錨件圖12**預(yù)置錨件剖面圖2.2、**連墻件的結(jié)構(gòu)計算經(jīng)浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗站檢測，**預(yù)置錨件在砼中的抗拔力足以滿足連墻件受力要求，故僅對螺栓、鋼管、鐵板及焊縫受力分別按不同的型式進(jìn)行計算，具體包括R-LQ-1，R-LQ-2，R-LQ-3，R-LQ-4。2.2.1R-LQ-1型連墻件的計算R-LQ-1型連墻件采用一個M12×70的預(yù)置錨件，錨板Q235材質(zhì)的90mm×60mm×6mm的鐵板，設(shè)計承載力為8kN。采用ANSYS10.0版本進(jìn)行強度與變形的計算。計算完成后的結(jié)果如圖13~18所示：圖13x方向應(yīng)力圖圖14y方向應(yīng)力圖圖15z方向應(yīng)力圖圖16x方向變形圖圖17y方向變形圖圖18z方向變形圖經(jīng)以上分析，可知R-LQ-1型連墻件在8kN的水平荷載作用下，其強度與剛度均能滿足要求。2.2.2R-LQ-2型連墻件的計算R-LQ-2型連墻件采用一個M12×70的預(yù)置錨件，錨板Q235材質(zhì)的90mm×60mm×8mm的鐵板，設(shè)計承載力為10kN。采用ANSYS10.0版本進(jìn)行強度與變形的計算。計算完成后的結(jié)果如圖19~24所示：圖19x方向應(yīng)力圖圖20y方向應(yīng)力圖圖21z方向應(yīng)力圖圖22x方向變形圖圖23y方向變形圖圖24z方向變形圖經(jīng)以上分析，可知R-LQ-2型連墻件在10kN的水平荷載作用下，其強度與剛度均能滿足要求。2.2.3R-LQ-3型連墻件的計算R-LQ-3型連墻件采用二個M12×70的預(yù)置錨件，錨板Q235材質(zhì)的120mm×70mm×6mm的鐵板，設(shè)計承載力為12kN。采用ANSYS10.0版本進(jìn)行強度與變形的計算。計算完成后的結(jié)果如圖25~30所示：圖25x方向應(yīng)力圖圖26y方向應(yīng)力圖圖27z方向應(yīng)力圖圖28x方向變形圖圖29y方向變形圖圖30z方向變形圖經(jīng)以上分析，可知R-LQ-3型連墻件在12kN的水平荷載作用下，其強度與剛度均能滿足要求。以上分析時是假設(shè)預(yù)置錨件位置無偏移為假設(shè)條件，同樣，經(jīng)過有限元分析，當(dāng)預(yù)置錨件的位置偏移36mm（達(dá)到預(yù)置錨件的最大允許偏移）時，其強度與變形均同樣滿足要求，具體計算過程略。2.2.4R-LQ-4型連墻件的計算R-LQ-4型連墻件采用二個M12×70的預(yù)置錨件，錨板Q235材質(zhì)的120mm×70mm×8mm的鐵板，設(shè)計承載力為16kN。采用ANSYS10.0版本進(jìn)行強度與變形的計算。計算完成后的結(jié)果如圖31~36所示：圖31x方向應(yīng)力圖圖32y方向應(yīng)力圖圖33z方向應(yīng)力圖圖34x方向變形圖圖35y方向變形圖圖36z方向變形圖經(jīng)以上分析，可知R-LQ-4型連墻件在16kN的水平荷載作用下，其強度與剛度均能滿足要求。以上分析時是假設(shè)預(yù)置錨件位置無偏移為假設(shè)條件，同樣，經(jīng)過有限元分析，當(dāng)預(yù)置錨件的位置偏移36mm（達(dá)到預(yù)置錨件的最大允許偏移）時，其強度與變形均同樣滿足要求，具體計算過程略。經(jīng)以上結(jié)構(gòu)計算，四種型號的連墻件在相應(yīng)設(shè)計荷載作用下，其強度與變形均能滿足工程要求。2.3**連墻件使用流程根據(jù)連墻件軸向力不同的計算結(jié)果選取相應(yīng)類型的**連墻件來連接腳手架與主體結(jié)構(gòu)，以保證腳手架安全。下面以R-LQ-1類型為例，介紹**連墻件的使用。R-LQ-1型連墻件的使用流程如圖37所示：連墻鋼管端與錨板焊接↓在梁側(cè)模內(nèi)定位封蓋→安裝錨件→澆筑砼→拆模時拉掉封蓋→用螺栓把連墻鋼管與錨件連接→連墻鋼管與立桿扣件連接→完成圖37**連墻件施工流程當(dāng)項目施工完成后拆除腳手架上的連墻件時，則按以上相反順序，先拆除與立桿的連接扣件，再拆除錨板上的螺栓，再對露出梁側(cè)的預(yù)置錨件的小孔進(jìn)行封堵即可。對螺桿、與鋼管焊接成一體的錨板進(jìn)行適當(dāng)保養(yǎng)，即可在下一工程中反復(fù)使用，整套連墻件中報廢的僅是預(yù)置錨件，其余材料均可重復(fù)使用。第三章**連墻件解決方案經(jīng)濟(jì)性分析浙江省內(nèi)目前最常見的剛性連墻件為預(yù)埋鋼管法，其經(jīng)濟(jì)性在剛性連墻件做法中具有代表性。下面通過與預(yù)埋鋼管法連墻件經(jīng)濟(jì)性的比較，分析**連墻件解決方案的經(jīng)濟(jì)性。3.1、常規(guī)連墻件的費用、常規(guī)連墻件每處需要的建筑材料如下：連墻件豎桿埋在混凝土梁內(nèi)短鋼管長度為20cm，露出梁面長度為20cm；連墻件水平桿長度為1.2m；扣件2只。、每處連墻件在施工完成后的損耗為：埋在混凝土梁內(nèi)的20cm短鋼管報廢；約有30%~50%的連接豎桿與水平桿的扣件無法拆除。、連墻件日租金費用和保養(yǎng)費用如下：鋼管日租金為：1.5分/米.天扣件日租金為：0.9分/只.天扣件保養(yǎng)費用：0.15元/只鋼管保養(yǎng)成費用：6分/米損耗扣件按新扣件計價：6元/只損耗的鋼管按新鋼管計價：5000元/噸、連墻件所需材料的總租金按常規(guī)高層建筑施工時間8個月考慮，則每處連墻的總租金費用為：鋼管租金為：0.015×1.6×30×8=5.76元鋼管保養(yǎng)費用為:0.06×1.6=0.10元損耗鋼管費用，按最理想狀態(tài)，即僅損耗埋在梁內(nèi)的20cm長鋼管，每米鋼管重3.84Kg，則損耗鋼管費用為:3.84×0.2×5000/1000=3.84元扣件租金為:0.009×30×8×2=4.32元扣件保養(yǎng)費用為:0.15×2=0.3元損件損耗費用按30%連墻件豎桿與扣件無法拆除計算,則扣件損耗費用為:6×0.3=1.8元、連墻桿水平管處墻體洞口補洞費用如下:按每工補洞10只,每工人工費為80元計算,則每個連墻件洞口的補洞費用為:80/10=8元則常規(guī)連墻件的施工總費用為:5.76+0.1+3.84+4.32+0.3+1.8+8=24.13元若按每20平方米的建筑面積有一套連墻件計算，則20萬平方米的建筑有1萬套連墻件，連墻件總費用為：24.13×10000=241300元3.2、**連墻件解決方案中的總費用、**連墻件每處需需要的建筑材材料如下：連墻件水平桿長度度為0.8mm；預(yù)置錨件1套（包包括錨栓）；；錨板1塊（需與鋼管事先先焊接）；扣件1只。、**連墻件在施工工完成后的損損耗為：預(yù)置錨件1套（不不包括錨栓）。、**連墻件日租金金費用如下(與常規(guī)連墻墻件相同)：鋼管日租金為：11.5分/米.天扣件日租金為：00.9分/只.天扣件保養(yǎng)費用：00.15元/只鋼管保養(yǎng)成費用：：6分/米、**連墻件所需材材料的總租金金按常規(guī)高層層建筑施工時時間8個月考慮，則則每處連墻的的總租金費用用為：鋼管租金為：0..015×00.8×300×8=2..88元鋼管保養(yǎng)費用為::0.06××0.8=00.05元扣件租金為:0..009×330×8=22.16元扣件保養(yǎng)費用為::0.15××2=0.33元、**連墻件相對常常規(guī)連墻件增增加的費用:預(yù)置錨件11套(帶錨栓,錨栓可重復(fù)復(fù)使用),3.5元錨板一塊,,3元（包括焊焊接）則**連墻件的施工工總費用為:2.88+0.