高層建筑工程中的懸挑式外腳手架搭設(shè)施工技術(shù)

張 玲

（平?jīng)鰴C(jī)電工程學(xué)校，甘肅 平?jīng)?743400）

1 引言

懸挑式腳手架具有安全可靠、工藝操作簡易、可重復(fù)利用、技術(shù)先進(jìn)、全封閉效果等特點(diǎn)，在建筑工程中得到廣泛應(yīng)用。在土地資源利用率不斷提高的今天，高層建筑的工程數(shù)量遠(yuǎn)高于普通低層建筑，懸挑式外腳手架也得到了更多建筑單位的認(rèn)可。另外，基于可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，建筑單位在施工材料方面更趨向于應(yīng)用環(huán)保、節(jié)能、可回收的施工材料，因此，能夠充分使用的懸挑式外腳手架就成了高層建設(shè)施工中的常用部件。

2 懸挑式外腳手架的概念和特點(diǎn)

高層建筑施工和裝修期間，施工單位通常需要在建筑外部搭設(shè)懸挑式外腳手架以確保各項(xiàng)作業(yè)的有序開展，同時，也能夠?yàn)槭┕と藛T提供一定的安全防護(hù)。一般而言，腳手架搭設(shè)高度不會超出20m，建筑結(jié)構(gòu)通常由鋼筋混凝土材料建設(shè)而成。為了避免腳手架出現(xiàn)結(jié)構(gòu)松動等問題，施工單位不能將其應(yīng)用于磚石類的建筑結(jié)構(gòu)。在設(shè)計腳手架支撐體系過程中，施工單位使用的懸挑架通常為型鋼材質(zhì)，較為關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)通過螺栓焊接牢固，而傳統(tǒng)扣件連接的方式因存在安全隱患被禁止使用，在明確各相關(guān)結(jié)構(gòu)系數(shù)并經(jīng)由多方人員審核確認(rèn)的情況下，方可按設(shè)計圖紙開展懸挑式外腳手架的搭設(shè)施工。

相對傳統(tǒng)腳手架，懸挑式外腳手架有分段連接、扣件連接兩類安裝搭設(shè)方法。施工區(qū)間受到的限制較小，能夠在較多場合應(yīng)用且具有較高的穩(wěn)定性，相對普通腳手架，其施工工藝要求更高，需要施工單位做好培訓(xùn)工作。在實(shí)際應(yīng)用時，懸挑式腳手架高度應(yīng)低于建筑最高層樓板，確保腳手架不會被現(xiàn)場環(huán)境影響。另外，在實(shí)際應(yīng)用時，該腳手架能夠反復(fù)應(yīng)用且不會出現(xiàn)性能上的較大變化，相對普通腳手架更節(jié)省資源，也更安全。

3 懸挑式外腳手架受力分析及搭設(shè)技術(shù)要點(diǎn)

3.1 懸挑式外腳手架的結(jié)構(gòu)形式

懸挑式外腳手架按照受力形式可分為挑撐式結(jié)構(gòu)、挑梁式結(jié)構(gòu)、挑拉式結(jié)構(gòu)和撐拉結(jié)合式結(jié)構(gòu)四類，詳見圖1。

圖1 懸挑式外腳手架結(jié)構(gòu)類型示意圖

3.1.1 挑撐式

挑撐式結(jié)構(gòu)的承力主體為一個倒三角結(jié)構(gòu)，三角由斜撐桿和型鋼材質(zhì)的挑梁構(gòu)成，斜撐桿的搭設(shè)可借助普通鋼管扣件來實(shí)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)多用于剪力墻，能夠有效承接傳自上層腳手架的壓力。在實(shí)際應(yīng)用時，施工人員需要盡可能提升斜撐桿的可靠性，可以按照單個樓層高度控制三角架搭設(shè)高度，也可以結(jié)合梁柱展開布置。同時，施工人員可以在樓板或邊緣構(gòu)件處將懸挑鋼梁固定，并通過雙向約束支點(diǎn)提升壓桿穩(wěn)定性。

3.1.2 挑梁式

挑梁式結(jié)構(gòu)的承力主體為型鋼挑梁，施工人員需要在懸臂梁狀態(tài)的挑梁基礎(chǔ)上搭設(shè)外腳手架，這將導(dǎo)致挑梁承受的剪力和彎矩極大。施工單位通常會選擇提升挑梁型鋼規(guī)格的方式避免承力結(jié)構(gòu)異常，型鋼形式多為雙槽或工字鋼。在混凝土樓板區(qū)域錨固挑梁過程中，施工人員需要對樓板抗載荷能力進(jìn)行核查，若抗沖切參數(shù)不符合要求，則需要加裝配筋。另外，施工人員也可將鋼絲繩設(shè)置于腳手架體系中部節(jié)點(diǎn)部位，提升腳手架可靠性。

3.1.3 挑拉式

挑拉式結(jié)構(gòu)的承力主體為一個正三角結(jié)構(gòu)，三角由斜拉桿和型鋼材質(zhì)的挑梁構(gòu)成。相對于斜撐桿而言，斜拉桿無需考慮壓桿問題，該結(jié)構(gòu)的承載能力也更強(qiáng)，適合在腳手架施工中作為主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用。施工人員需要根據(jù)立桿柱間距合理規(guī)劃型鋼挑梁間距，通過固接或鉸接等方式連接混凝土結(jié)構(gòu)和挑梁。在斜拉桿結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，施工人員需要使挑梁與斜拉桿相互配合，將其優(yōu)化為可調(diào)長度。部分施工單位應(yīng)用的拉桿形式為鋼絲繩（含麻芯），應(yīng)用期間需要注意以下幾點(diǎn)：

①彈性模量小的鋼絲繩容易在受力的情況下伸長，施工人員需要控制好斜拉鋼絲繩長度，預(yù)緊收拉，以確保腳手架的垂直度不受影響。

②為了滿足鋼絲繩條件要求，施工人員通常會選用花籃螺絲。采購螺絲時要做好質(zhì)量檢查和螺絲選型工作，避免使用“CC”或“0C”型等容易影響拉直效果的螺絲。

③施工人員需要從彎曲半徑方面控制吊拉部位的鋼絲繩，避免出現(xiàn)磨毛或散股等異常情況。

3.1.4 撐拉結(jié)合式

撐拉結(jié)合式結(jié)構(gòu)的承力主體由斜撐桿、斜拉桿和型鋼材質(zhì)的挑梁共同組建，能夠有效承載上方腳手架帶來的壓力。該結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)相對更多，施工人員在協(xié)調(diào)控制斜撐桿和斜拉桿的過程中往往面臨較多困難，設(shè)計人員應(yīng)盡可能以單一的撐、拉結(jié)構(gòu)為主，其他形式為輔，以提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 外腳手架工程搭設(shè)方案實(shí)例

4.1 工程概況

某建筑工程項(xiàng)目施工面積為35 408m2，建筑高度為78.1m，地下2層（3.6m層高）、地上19層（一層與二層分別為4.2m和5.7m層高，其余層3.8m層高），布置平面為33.30m×63.30m的矩形。結(jié)合本工程的建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇應(yīng)用扣件式外腳手架，具體結(jié)構(gòu)形式為懸挑梁外腳手架（型鋼材質(zhì)），將雙排鋼軌落地式腳手架用于四層以下施工，四層施工則在雙排立桿腳手架的基礎(chǔ)上合理布設(shè)懸挑式外腳手架，在懸挑式搭設(shè)完畢后，將雙排立桿腳手架拆除。自第五層之后，間隔四層一挑，均設(shè)置15.2m的懸挑式腳手架搭建高度，按照循環(huán)向上的工序搭設(shè)和拆卸腳手架，確保相關(guān)施工項(xiàng)目有序開展。腳手架型鋼形式為工字鋼，型號為14號，使用Φ48×3.5mm型號的鋼管外架，且鋼管已焊接牢固。另外，施工期間需用14mm直徑的鋼絲繩對外架底部進(jìn)行卸荷處理，并做好密布網(wǎng)封閉防護(hù)工作。

4.2 懸挑式外腳手架搭設(shè)技術(shù)

在懸挑式外腳手架搭設(shè)施工期間，施工人員嚴(yán)格按照工序要求做好吊環(huán)預(yù)埋、工字型鋼架設(shè)、鋼管及型鋼固定、鋼絲繩牽拉、斜拉桿固定、架板鋪設(shè)相關(guān)工作。在工字鋼架設(shè)期間，施工人員需規(guī)避暗樁，從預(yù)留的建筑結(jié)構(gòu)孔洞將長度3m的型鋼垂直墻體挑出，挑出長度為1.4m，布置間距為1.5m，墻內(nèi)型鋼需要由吊環(huán)套住并用木楔緊固，吊環(huán)參數(shù)如圖2所示。型鋼需準(zhǔn)備兩套，每套15.2m搭設(shè)高度，交替使用。

圖2 預(yù)埋吊環(huán)示意圖

為了避免外架穩(wěn)定性和剛度不符合要求，施工人員應(yīng)使用48mm直徑的鋼管通過扣件與工字鋼連接，并借助鋼絲繩加固處理，在工字鋼上表面布置縱橫掃地桿，位置分別為間隔外墻0.4m和1.3m。掃地桿上需要將雙排鋼管架立桿以1.5m的間距裝設(shè)，并利用工字鋼固定件承插立桿底部，立桿頂端與頂層板面間距800mm。各層立桿與墻體的拉結(jié)均需要借助48mm直徑鋼管實(shí)現(xiàn)，在上層搭設(shè)完畢后拆除下層材料，確保腳手架搭設(shè)施工材料的循環(huán)使用，后退時則需要以相反方向搭設(shè)和拆卸。外排架上方需要間隔5跨步設(shè)豎向剪力撐，安裝45°～60°夾角布置斜桿。5、9、13、17層需要為拉鋼索工作預(yù)留相應(yīng)的拉環(huán)，拉環(huán)直徑為16mm，鋼索型號為14號，與外立桿型鋼保持相同的縱距。在懸挑型鋼的區(qū)域固定鋼絲繩，具體位置為從端部向內(nèi)100mm位置，并將卡環(huán)焊接于型鋼底部；鋼絲繩的另一端需與梁頂連接，通過直徑16mm的預(yù)埋吊環(huán)勾住鋼筋，期間應(yīng)做好吊環(huán)錨入施工標(biāo)準(zhǔn)的空中作業(yè)，避免出現(xiàn)吊環(huán)脫出等事故隱患。為了避免鋼絲繩過度松弛，施工人員需用花籃螺絲對鋼絲繩進(jìn)行卡實(shí)和收緊處理，具體施工結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 懸挑架生根吊索示意圖

4.3 懸挑式外腳手架穩(wěn)定計算

4.3.1 工字鋼受載情況計算

基于15.2m的鋼管架高度、1.5m的型鋼間距、80N/個的竹板架重力、10N/個的扣件重力、38.5N/m的48mm直徑鋼管重力進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計算。相關(guān)規(guī)程指出，施工安裝具有2 700N/m2的施工載荷，假設(shè)超載系數(shù)為2、動力系數(shù)為1.2，可以求得型鋼豎向載荷W數(shù)值為竹板架、扣件、附加載荷、鋼管重量之和與兩系數(shù)的乘積，具體為16 548N。其中，型鋼重量為16.9kg/m。

型鋼受力情況如圖4所示，主要涉及型鋼自重、施工載荷和外架自重。此時的彎矩數(shù)值為15 109.6N·m，支座部位數(shù)值最大，可以根據(jù)豎向載荷求得載荷標(biāo)準(zhǔn)為10 419.11N。

圖4 工字鋼受力分析示意圖

在彎曲強(qiáng)度計算方面，施工人員要考慮相同截面不同軸的彎矩數(shù)值Mx與My、兩軸的凈截面模量WNx和WNy、塑性發(fā)展系數(shù)rx和ry。由于型鋼x軸的彎矩僅體現(xiàn)為向上作用，可以求得x軸彎矩數(shù)值為15 109.6N·m，在rx為1、My為0以及WNx為102N/cm2的情況下，可以求得彎曲的數(shù)值為148.14N/cm2。

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)指出，14號工字鋼最高承受215N/cm2的彎曲強(qiáng)度，表明所選用的工字鋼型號符合施工安全要求。

4.3.2 鋼絲繩強(qiáng)度計算

在計算前，工作人員可以將結(jié)構(gòu)簡化為簡支梁形式，鋼絲繩具有60°以上的斜度，取3.5為安全系數(shù)，拉力換算系數(shù)為0.85，根據(jù)公式可求得鋼絲繩的設(shè)計強(qiáng)度最低需要78.69kN，而14mm直徑鋼絲繩強(qiáng)度可達(dá)125kN，滿足施工需求。

4.3.3 外架架體穩(wěn)定性計算

在架體穩(wěn)定性計算方面，施工人員需要綜合考慮架體高度、立桿縱距、風(fēng)壓數(shù)值、立桿參數(shù)（截面抵抗力矩、步距、橫距、截面積、回轉(zhuǎn)半徑）、擋風(fēng)和迎風(fēng)面積、連墻桿橫距與豎距，通過各參數(shù)求得鋼材受壓強(qiáng)度大小低于鋼材設(shè)計強(qiáng)度，滿足施工要求。

5 結(jié)語

綜上所述，懸挑式腳手架具有回收方便、施工簡單、安全穩(wěn)定等優(yōu)勢，在高層建設(shè)施工中得到廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用時，施工單位需要避免懸挑式外腳手架搭設(shè)高度過高，可采用分段搭設(shè)、拆卸的方式滿足施工要求，做好承力結(jié)構(gòu)的設(shè)計、相關(guān)材料負(fù)荷強(qiáng)度的計算選型工作，嚴(yán)格按施工工序搭設(shè)、拆卸腳手架，確保高層建設(shè)項(xiàng)目有序施工。