北京首都国际机场T3B、T3C新航站楼工程
超大型、超大跨、大悬挑CRAB模块式脚手架施工技术
广东省建筑装饰工程有限公司 曾思成 蓝建勋 许艺晖 罗维雄 齐晓剑

【摘 要】 在首都国际机场T3B新航站楼工程超大型脚手架施工中，应用CRAB系列模块脚手架，通过计算分析和试验研究，解决了大空间、大跨度（21米）和大悬挑脚手架搭设难题，并通过堆载试验进行了验证，创新了解决大跨度、大悬挑脚手架搭设的方法，较传统钢管扣件式脚手架具有安全、工效高、劳动强度低、成本低的特点。
【关键词】超大型 超大跨 大悬挑 CRAB系列模块 脚手架 施工技术
Large Span and large cantilevered and giant out Scaffolding Construction Technology
Zeng si cheng Lan jianxun Xu yihui Luo weixiong Qi xiaojian
(Guangdong Construction Decoration Engineering Co.Ltd,510080,Guangzhou,China)
Abstract: In this paper, the new terminal building of Beijing Capital International Airport T3B scaffold erection works out a mega indoor practice, and introduced a new super-high scaffold, the large span and large cantilevered construction technology, could provide an example for similar projects.
Key words: new large cantilevered scaffold ; Super high ; 21m large span ; large cantilevered ;construction technology

一、 工程概况
1、北京首都国际机场3号航站楼工程是我国规模最大的国际航空港，工程总投资２５０亿元，是国家重点工程，同时也是2008奥运会最重要的配套工程，其规模宏大、举世瞩目。
2、T3航站楼分为T3A、T3B和T3C三部分，其中T3B工程主楼建筑面积约38.7万m2，平面布置呈“Y”字形，为大面积、大跨度抽空三角锥钢网壳结构，屋面为双曲面外形，呈飞行体状。南北方向长约958m，东西方向宽约775m，其投影面积约为11万㎡，屋顶顶标为42m。
3、T3B主屋面吊顶工程施工需搭设脚手架10万㎡，所用钢管构件约10000吨，搭设高度随屋面曲线高度变化而变化，核心区最大高度达到37.45米，（相对地下轻轨轨道悬空高度近50米），跨度达到21米，最大悬挑7.5m，是目前国内已知规模、高度和跨度最大的满堂红脚手架。
二、要解决的关键技术问题
1、搭设高度高，距地面高度25m～50m，大部分天花区域距地面高度在30m左右，最大高度达到37.45米（相对地下轻轨轨道悬空高度近50米）。
2、扣件式钢管脚手架自重超过楼板允许承受载荷。
3、要适应斜玻璃幕墙作约7•5m的悬挑结构。
4、脚手架搭设跨度达到21米，为国内之最。
5、脚手架用量大，约10万平方米，10000吨钢管，要留有足够的消防和材料运输通道，实现顶部装修和楼面铺装交叉施工，工期紧。
三、CRAB系列模块脚手架技术特点
1、 CRAB系列模块脚手架基本构件。
CRAB系列模块脚手架是从法国引进，主要构件有：立杆、横杆、加强横杆、对拉角杆及可调基座等附件。主要支撑杆件有两种：一是直径为Φ60.3mm，壁厚3.2mm的杆件；二是直径为Φ48.3mm，壁厚2.7mm的杆件。支撑杆件材料采用的是低碳合金结构钢Q345B,且经过热镀锌处理，具体机械能指标为屈服强度大于等于345N/mm2,延伸率大于等于21﹪。
架体模块连接形式均用U型扣件与C型卡穿楔形销打紧固定，当受到重力时楔形销就会自动旋转并与U型卡钩锁定，安装精度较高，节点连接的可靠性好。U型卡和卡钩，材料均用WL510，机械性能指标为：屈服强度355-475N/mm2 、抗拉强度为420-560N/mm2 、延伸率最小值为24﹪，单杆承载力最大为6t。
2、 CRAB系列模块脚手架结构特点
CRAB系列模块由水平杆、立杆和对角拉杆分别在横向、纵向和竖向构成一个三维结构单元，再由该结构单元重复组合，形成三维空间架体。搭接配件分别焊接在杆件上，并采用刚性连接，安全可靠；同时增加了对角拉杆，并贯穿全部空间架体，保证了脚手架整体稳定性更好。CRAB系列模块脚手架具有以下特点：
①重量轻。除了钢管重量轻外，其一般纵距×横距×步距=3.0 m×2.5 m×2.0m，远大于扣件式钢管脚手架一般装饰用纵距×横距×步距=1.8 m×1.8 m×2.0m，整架比同体钢管配件脚手架重量减轻约1/3。
②强度高。架体杆件全部采用低碳合金结构钢，强度高于传统脚手架用的普炭钢管。
③可以做悬挑结构，解决脚手架外延无法生根的问题。
④可以做大跨度结构，解决施工现场留置消防通道、材料运输通道难的问题，同时可以实现顶部装修和楼面铺装交叉施工。
⑤模块结构，搭设和拆除速度快，安装工效提供2倍，安装时杆件可利用安装耳并通过滑轮起吊，可以大大降低劳动强度，缩短施工工期。
四、主要技术
本工程核心区使用了CRAB系列模块脚手架。主要支撑采用直径为Φ48.3mm的杆件，基本布置尺寸为：纵距×横距×步距=3.0 m×2.5 m×2.0m。。
4．1、最大净跨度为21m脚手架搭设方法。
核心区最大净跨度为21m，左右完全对称。○1和○9轴线外分别采用两组Φ60塔架落地，横向两排塔架间距1.5m， 纵向塔架间距1.0m。塔架分别与两侧与满堂红脚手架相连接。悬跨部分横杆为1.5m，2.5m，3.0m，以2m米立杆为步距，形成1.5M×2.5m×3m和3.0m×2.5m×3m的格构单元，并沿纵向延伸。悬跨部分分别从两侧以2米为阶梯向跨中递减，横向斜拉杆满布,并为了使结构受力更合理，增大架体安全系数，根据受力图在局部布置双斜拉杆和加强横杆。
21m跨脚手架的计算：
根据CRAB系列模块脚手架连接的特点：所有杆件轴向受力性能最好；横杆的杆件端部受弯能力很差，可以忽略其受弯承载力，假定其端部连接为铰接，杆件只能承受轴向拉力和压力；斜拉杆由于为偏心连接，忽略其受弯和受压承载力，假定其端部连接为铰接，杆件只能承受轴向拉力；立杆竖向为直插连接，主要承受轴向压力。根据以上假定，每榀架简化为平面桁架进行各杆件的承载力验算。
恒载标准值取脚踏板和各杆件自重，可变荷载标准值取2kn/m2。各杆件编号后，建立计算机计算模型，输入有关荷载数据，通过计算机模拟计算分析，得出各杆件的剪力图、弯矩图、轴力图和位移图及有关数据，然后依据受力数据的比较对薄弱杆件进行优化和加强。
根据结构受力及杆件承载力对照分析表中的数据和分析结果，对下图编号薄弱杆件进行加强。
4.2、脚手架相邻的架体连接方法。
为了加强架体的稳定性，可与相邻的架体或建筑物连接以保证稳定。连接采用Φ48mm普通钢管和十字卡扣与周边架体拉结，节点分布为：竖向间距4米，横向间距不大于6米，所有能和土建结构拉接的部位均做点式拉接。
4.3、7.5米大悬挑的塔设结构，最大悬挑为7.5m，边立杆采用Φ60立杆，其余采用Φ48立杆。计算方法与21米跨一样。
五、CRAB系列模块脚手架安装
1、工艺流程
基础放线——基础立杆、调整校正加固——横杆——斜杆——标准层施工、施工马道、连接格构柱、挂网—封顶铺板——临边安全防护——踢脚板——验收。
2、 CRAB系列模块脚手架的搭设方法和要求
2．1、按图纸直接搭设。架顶临边设置满挂密目网防护栏杆，防护栏杆高度不小于1200mm，挡脚板不小于200mm。
2．2、具体步骤：
搭设时，在放好线的搭设位置摆好可调底座，套上2.5m立杆（或Φ60基础立杆），沿纵横向用横杆连接，调整高度和水平后上接2mΦ48立杆（或2mΦ60立杆）按2m步距架设横杆，四周立面斜杆按图连接，竖向按步距8~10米布置连接构成满堂架。架顶部满连，跨间斜杆满布；顶部铺设50mm后木踏板或钢踏板。
2．3、注意事项
（1）、脚手架搭设前应在现场进行杆件、配件再次检查，禁止使用规格、质量不合格的杆件、配件进行安装。
（2）、脚手架安装前必须进行技术、安全交底方可施工。统一指挥，并严格按照脚手架的搭设程序进行安装。
（3）、在架子安装前必须对搭设基础进行检查，对基础不符合安全施工的部位坚决不准许施工。等基础合格检查后才可施工。
（4）、先放线定位，然后按线位准确地确立基础立杆的位置，扫地杆和一步横杆锁定立杆，斜杆保持其稳定；再用水平尺或水平仪调整整个基础部分的水平和垂直，挂线调整纵、横排立杆在一条支线上，用尺量检查每个格构方格的方正；检验合格后再进行上部标准层布局的施工。在施工中随着架体的升高随时检查和校正架体的垂直度（控制在3‰内）。锁销一定要打紧。
（5）、脚手架基本为方型。搭设是由室内柱定位开始施工，向两边延伸搭设。搭设时随施工随校正并予以加固。
（6）、固定架在完成调整后可以和周围脚手架进行连接。连接方式采用48钢管用十字扣件将塔架与脚手架拉接。
（7）、在搭设过程中不得随意改变搭设设计、减少材料使用量、配件使用量，或卸载、节点搭设方式混乱、颠倒。
（8）、悬挑处立杆的连接螺栓必须全部安装，不得有遗漏。
3、 CRAB系列模块脚手架的使用
3．1、严禁在脚手架上堆放任何超重物。用于吊顶安装施工的脚手架荷载不得高于活载荷2kN/m2，严禁局部堆载。
3．2、吊顶安装人员在脚手架上的最大作业高度以可以进行正常作业为限，禁止在脚手架上以任意方式加任何增高物具。
3．3、任何作业人员不得随意拆除脚手架的基本构件、整体性杆件、连接件、防护措施等。确因操作需要临时拆除的，按照要求进行相应补强，在作业完成后及时恢复原样。
3．4、作业人员每次施工前必须对施工区域的脚手架进行检查，发现问题及时提出并由专业人员排除隐患。
3．5、作业人员在每天施工完成时，必须对施工现场进行清理，严禁自脚手架上向下抛掷、丢弃任何物品。
3．6、脚手架上任何操作面不得超载荷施工作业，如确实需要超载荷时必须通报脚手架设计人员及审批人员，等加固方案通过审批、脚手架加固后，设计人员签字后方可施工作业。
4、 CRAB系列模块脚手架的拆除
4．1、脚手架拆除顺序与安装顺序正好相反。遵循后搭设的先拆的原则。顺序为：维护网、护身栏、脚手板、顶托、端杆、斜拉杆、横杆、立杆、对角杆、底座。
4．2、拆除的脚手架杆件及配件用安全的方式逐层拆除、分类、打包、运输装车，并保护现场物品安全。在拆除时做好协调、配合工作，禁止单人拆除较重杆件、配件。
4．3、脚手架拆除时，为使架体保持稳定拆除的最小留置区段的高宽比不准大于2：1，拆除的每根杆件都用安全绳和安全钩放置地面，决不能抛掷。在每个步距内要先拆除斜杆，其次是横杆，最后将立杆拆除以此类推。架体的四周拉接点和水平安全网一定要随着架体的降低同时拆除，决不可先拆拉结点和安全网后拆架体。
5、 CRAB系列模块脚手架质量要求
5．1、CRAB系列模块脚手架安装质量质量验收标准：
项 目 允许偏差（mm）
垂直度 每步架 Φ48系列
Φ60系列 2.0
2.0
脚手架整体 Φ48系列
Φ60系列 H/1000及50
H/1000及50
水平度 一跨内水平架两端高差 Φ48系列
Φ60系列 ɭ/1000及3.0
ɭ /100及3.0
脚手架整体 L/100及50
注：h —步距； H —脚手架高度； ɭ－跨度； L —脚手架长度
1.脚手架应在下列阶段进行检查、验收：基础排底完成后、脚手架杆件搭设前、每搭设10米高度时、达到标高时、停用一个月以后均需要进行安全检查。
2.脚手架使用中需要定期检查的内容：杆件的设置、连接、支撑、踏板的捆绑、地基牢固、底托是否松动、立杆是否悬空、扣件是否松动、立杆沉降与垂直的偏差是否合格、防护是否合格、施工是否超载。
3．检查斜拉杆的锁销是否打紧，是否平行于立杆；横杆的锁销是否垂直于横杆；检查各种杆件安装的部位、数量，形式是否符合设计要求。
六、21m跨脚手架堆载试验
1、21m跨脚手架完成后进行堆载试验，其目的是检验21m跨度脚手架在200kg/m2的工作荷载状态下架体的承载能力。
2、试验方法：按200kg/m2为极限荷载，分7级逐级对架体进行堆载试验。采用取1.0m*21m单元面积逐级堆载的方式。单元选取斜拉杆两侧各0.5米宽度，0.5m+0.5m=1.0m，沿跨度方向21米长为堆载试验单元。所取单元架体及木脚手板自重1970kg，极限荷载200kg/m2。所需外加荷载1.0m*21m*200kg/m2=4200kg。
外加荷载选用 2米立杆，单重9.2kg，4200kg/9.2kg=456.5根，实际加载取457根。2m立杆摆放形式：在试验单元范围内沿跨度方向铺设脚手板，2米立杆端头和端底交互放置，以达到受力均匀。

位置
荷载级 荷 载 1.0米横杆数 每级需要增加杆数 1.5米横杆处每级需增加杆数 3.0米横杆处每级需增加杆数
一级荷载（50%） 2100kg 229根 229根 16根 33根
二级荷载（70%） 2940kg 320根 91根 7根 13根
三级荷载（80%） 3360kg 366根 46根 3根 7根
四级荷载（85%） 3570kg 388根 23根 2根 3根
五级荷载（90%） 3780kg 411根 23根 2根 3根
六级荷载（95%） 3990kg 434根 23根 2根 3根
极限荷载（100%） 4200kg 457根 23根 2根 3根
3、堆载施加荷载分级表：

4、观测点为单元中向两边每3000取一点共5个观测点，用水准仪对架体跨中挠度进行变形观测，对悬跨两侧支撑进行沉降观测，对加载过程中所受承载力较大的横杆及斜拉杆进行应力应变测试。试验观测结果：
桁架架体高度位移测量表（mm）
点位
工况 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
初 始 50 60 75 89 85
一级荷载 50 61 80 90 86
二级荷载 50 62 81 90 87
三级荷载 49 63 82 91 88
四级荷载 51 64 83 91 89
五级荷载 52 65 85 92 90
六级荷载 53 66 86 92 90
极限荷载 53 67 87 93 91
累计变形 3 7 12 4 6
卸载后变形 52 62 80 89 87
试验结果：实际荷载已超出试验标准值的25%，挠度仍然处在受控范围内，因此脚手架结构受力合理，安全可靠，且有一定的安全储备，可满足使用要求。
七、经济效益和社会效益
该技术在国家重点工程、首都国际机场3号航站楼工程超大型10万平方米超大型、大悬挑和大跨度脚手架的施工中成功应用，应用CRAB系列模块脚手架，通过计算分析和试验研究，创造性解决了大空间（面积10万平方米，最高高度近50米）、大悬挑（7.5米）和大跨度（21米）工程安装施工脚手架搭设难题。安装工效高，劳动强度低，成本低的特点，产生了明显的经济效益，成功搭设的21m大跨为国内最大跨，该技术经鉴定达到了国内领先水平，对同类工程有较大的借鉴意义，有较高的应用推广价值。