悬挑脚手架在高层建筑施工中的应用

李 滨（兰州石化公司矿区服务事业部三联公司，甘肃 兰州730060）

1 绪论

随着我国改革开放的逐步深入，国民经济水平不断提升，与国外进行工程技术交流日益频繁。我国的建筑工程技术水平有了巨大的提高，特别是近20年来，城市基础建设如火如茶。高处建筑施工脚手架作为一项重要的分项工程在施工中的安全性一直以来都是工程技术人员关注的焦点所在。新型脚手架是建设部推广的十大施工新技术之一。悬挑式脚手架近年来在高处建筑施工中越来越得到广泛应用。与落地脚手架相比，高处建筑施工使用悬挑式钢管脚手架可以大大降低脚手架费用，在深基坑大开挖条件下还可以缩短工期。与附着式整体提升脚手架相比，悬挑式钢管脚手架使用普通钢管脚手架的杆配件直接悬挑搭设，不需要大量的一次性投人，尤其适合于广大施工企业资金紧张的现状。据调查显示，在深圳市的高处建筑施工中近80%的项目采用了悬挑式钢管扣件脚手架。但是，在一些悬挑钢管扣件脚手架的设计施工方面，设计时大多都依靠工程技术人员的经验，没有形成规范化，这也是本文的研究目的之一。本文通过悬挑三角架极限承载力的研究，从受力角度推导出了型钢悬挑与三角架卸载组合脚手架计算公式，并结合实际的现场施工经验介绍了选调试脚手架的施工方案。

2 钢悬挑卸载组合脚手架设计

2.1 型钢支座的力学模型及锚固件与钢丝绳的研究与计算

1）型钢支座是以槽钢或工字钢为受力结构;

2）在荷载影响下，仅考虑型钢支座的抗弯、抗剪、抗倾覆作用，不考虑轴力的作用;

3）将型钢支座上脚手板与彩条布或麻袋等安全防护设施引起的均布荷载转化为立杆的集中荷载来处理;

4)钢丝绳与墙用花蓝螺丝连接，钢丝绳的长度随着上部荷载的增加可调节;

5)型钢支座的自重不计，简化为匀质杆件计算;

6)型钢支座的悬挑段不大于锚固段;

7)悬挑脚手架整体计算高度不超过50m。

型钢支座简化模型如下：①将传递上部荷载的立杆简化为两个集中力Fl与F2，锚固点简化为F3(kN)；②型钢支座的悬挑段长度简化为L1与L2，锚固段的抗拉钢筋为L3、钢丝绳拉力为L4(m)；③钢丝绳的斜拉高度一般为搭设所在层的上一层的层高，可简化为h(m)。

2.2 型钢支座模型的分析与计算公式

纯悬挑型钢支座是典型的悬挑结构，钢丝绳斜拉式悬挑型钢支座并非严格的悬挑结构。在上部加载初期，斜拉式悬挑型钢支座的刚度远比钢丝绳大，型钢支座为悬挑梁结构。当加载到型钢支座与锚固点抗拉钢筋出现明显的变形及钢丝绳达到工作状态时，型钢支座与钢丝绳变为简支梁结构。因此，斜拉式悬挑型钢支座既有悬挑又有简支工作状态圈。根据静力平衡条件可求出悬挑与简支状态力学计算公式。

1）悬挑力学计算公式

式中：

Fl—脚手架内立杆集中荷载(kN);

F2—脚手架外立杆集中荷载(kN);

F3—型钢锚固端拉力(kN);

Ll—脚手架距墙边距离(m);

L2—脚手架的计算宽度(m);

L3—型钢锚固端长度(m);

2）简支力学计算公式

式中

F4一钢丝绳的最大拉力(kN);

Fl—脚手架内立杆集中荷载(kN);

F2—脚手架外立杆集中荷载(kN);

Ll—脚手架距墙边距离(m);

L3—脚手架的计算宽度(m)：

θ—钢丝绳与型钢的夹角。

2.3 脚手架扣件、连墙件、钢筋吊环计算

扣件抗滑移承载力计算可按下面的公式计算

R＜Rc

式中：

R—扣件节点处的支座反力的计算值1.0，荷载分项系数依前规定);

Rc—扣件抗滑移承载力设计值，每个直角扣件和旋转扣件取8kN。

采用连墙件的附壁连接，对于加强脚手架整体稳定性，提高其稳定承载能力和避免出现倾倒或坍塌等重大事故具有很重要的作用。

2.4 连墙件的构造形式

1）柔性拉结件：采用细钢筋、绳索、双股或多股铁丝进行拉结，只承受拉力和主要起防止脚手架外倾的作用，而对脚手架稳定性能(即稳定承载力)的帮助甚微。此种方式一般只用于30米以下建筑的外脚手架中，且必须相应设置一定数量的刚性拉结件，以承受水平压力的作用。

2）刚性拉结：采用刚性拉杆或构件(钢管、钢筋等)，组成既可承受拉力、又可承受压力的连构造。其附墙端的连接固定方式可视工程条件确定，一般有：①拉杆穿过墙体，并在墙体两侧固定；②拉杆通过门洞口，在墙两侧用横杆夹持和背楔固定；③在墙体结构中设预埋铁件，与装有花篮螺栓的拉杆固接，用花篮螺栓调节拉结间距和脚手架的垂直度；④在墙体中设预埋铁件，与定长拉杆固结。

3）对附墙连接的基本要求：①确保连墙点的设置数量，一个连墙点的覆盖面为20～50m2。脚手架越高，则连墙点的设置应越密。连墙点的设置位置遇到洞口、墙构件、墙边或窄的窗间墙、砖柱等时，应在近处补设，不得取消；②连墙件及其两端连墙点，必须满足抵抗最大计算水平力的需要；③在设置连墙件时，必须保持脚手架立杆垂直，避免产生不利的初始侧向变形；④设置连墙件处的建筑结构必须具有可靠的支承能力。连墙件所受的轴力按下式确定：

式中：

Nw—风荷载引起的连墙件轴压力设计值(kN)

Ns—由脚手架平面外变形在连墙件中引起的轴压力，取不小于3kN。

3 悬挑脚手架的施工

3.1 施工部署

3.1.1 组织管理

悬挑脚手架由施工单位组织队伍进行施工，施工队由队长及专业操作人员组成，操作人员8～25人，施工队中配备施工员1～2人，高级操作工5～10人，其余为中级操作工，工龄均在5年以上。

3.1.2 施工目标

l)安全目标：杜绝重大伤亡事故，减少一般事故，年累计轻伤事故频率控制在12‰以内;

2)文明施工目标：强化文明施工，争创文明工地;

3)工期目标：确保与主体施工进度同步。

3.1.3 安全生产领导小组

安全生产、文明施工是企业生存与发展前提条件，是达到无重大伤亡事故的必然保障，也是项目部创建“安全文明工地”的根本要求。为此成立以施工单位生产副经理为组长的安全生产领导小组，其机构组成、人员编制及责任分工如下。组长 (生产副经理)—安全生产负责组员 (技术员)—方案编制、技术交底 (质安员)—安全督察、质量检查。

3.1.4 施工管理

在施工中，严格要求按施工方案和施工工法进行施工，操作人员须持证上岗。实行定人定岗制，职责分明，确保施工安全。悬挑架组装完毕后，须经过验收合格后方可投入使用。

3.2 施工准备

1）施工单位工程负责人按施工组织设计及规范中有关脚手架的要求，向搭设和使用人员进行技术交底。

2）悬挑脚手架施工质量及安全与下列人员有密切的关系。一是管理人员，主要包括：悬挑脚手架施工方案编制、审核人员、施工工长、质检员、安全员;二是直接操作的工人(架子工)。其中质检员、安全员、架子工必须经过专业培训、考核，并取得有效的上岗证，其它管理人员应具有相应的能力和类似工作经历。施工之前，管理人员应将施工方案向工人交底，确保施工安全。脚手架搭设人员必须是经过国家标准《特种人员安全技术考核管理规则》考核合格的专业架子工。搭设前，架子工进行培训考核，考核合格后方能上岗。

3）严把材料验收关。本工程悬挑脚手架搭设需使用如下材料：槽钢、钢丝绳、锚固圆钢、钢管、扣件(含旋转、直角和对接扣件)、安全网、脚手板、铁丝等。所有使用的材料均须有质量保证，其中必须对槽钢、钢丝绳、圆钢、钢管及扣件进行重点检查。首先要检查槽钢、圆钢及钢丝绳的出厂合格证及相关检测报告。若使用新钢管和扣件，必须有出厂合格证及相关检测报告。其次，要进行外观检查，如几何尺寸、壁厚等是否符合要求，对质量有怀疑的应进行复验，符合要求后方可使用。槽钢、钢丝绳、圆钢原则上要求使用新件，钢管和扣件可使用旧件，但为了保证架体的承载力和稳定性，必须符合下列要求：①钢管和扣件不得严重锈蚀；②钢管的壁厚最薄处不得低于3，对接钢管端部应平整；③除作扶手用的钢管外，其余钢管应平直，不得有初始弯曲；④扣件的螺栓不得有滑丝，扣件不得有裂纹，扣件螺栓拧紧力矩达70N.m时，可锻铸铁扣件不得损坏。对不符合要求的材料，应在外表做好相应的标识，严禁用于搭设悬挑脚手架。

4）经检验合格的构配件按品种、规格分类，堆放整齐、平衡。堆放场不得有积水。

5）清除搭设场地杂物，平整场地，并使排水畅通。

3.3 安全技术措施

3.3.1 悬挑脚手架的搭设要求

悬挑脚手架的搭设必须符合下列要求：

1)脚手架操作人员必须是通过考核合格后的专业人员，均应持上岗证并做到定期体检，操作人员必须戴好安全帽，系好安全带，穿防滑鞋;

2)使用过程中架面控制负荷不大于ZkN/mZ，禁止随意拆除连墙杆等安全设施;

3)悬挑架拆除的各构件、架管必须及时分段集中传送至地面，严禁抛扔;架子拆除时，周围应设围栏或警戒标志，并派专人看管，禁止入内，以防坠物伤人;

4)扣件与钢管直径配套使用，并有出厂合格证。发现有裂纹、变形、滑丝的禁止使用，严禁将48钢管与中51钢管混合使用;

5)临时用电线路的架设及悬挑架接地、避雷措施等应按国家标准执行;

6)架体上的施工荷载，必须符合设计规定，严禁超载以及局部承受集中荷载;

7)第一次搭设架体后，必须由公司安全技术部门验收认可，并经公司项目安全负责人签证后，方可继续进行;

8)如遇停工，架体超过一个月末使用，如重新开工，架体必须经过加固处理，拉杆必须经过重新紧固打油，方可使用;

9)搭设前应有经过审批同意的专项施工方案，主体结构施工过程中应及时按方案中的要求埋置预埋件;

10)脚手板应铺平铺稳，并用铁丝绑扎固定在下部支承钢管上。脚手板采用对接平铺，在对接处，与其下两根支承横杆距离应控制在100～200之间，其余支承横杆的间距不得大于400～700;

11)安装脚手架撑拉杆件时，应注意掌握撑拉的松紧程度，避免引起杆件和整架的显著变形;

12)在架上进行搭设作业时，工人必须戴安全帽和配挂安全带，安全带必须高挂低用。所有操作工具必须放在工具袋内，不良气候、不良条件禁止上架操作。不得单人进行装设较重杆配件和其他易发生失衡、脱手、碰撞、滑跌等不安全作业。

3.3.2 悬挑脚手架搭设质量的检查验收规定

悬挑脚手架搭设完毕后，应按以下标准进行检查验收：

l)架体结构符合施工方案的要求，个别部位的尺寸变化应在允许的调整范围之内；

2)节点安全连接可靠。其中扣件的拧紧程度应控制在扭力矩达到40N.m～60N.m，所有焊接部位焊接质量应可靠，预埋件的埋设应符合设计要求，具有足够的强度，钢丝绳的接头连接应可靠;

3)立杆垂直度应小于F300，且应同时控制其最大垂直偏差值75rnrn(架高大于20m时的垂直偏差值);

4)脚手架纵向水平杆的水平偏差应小于1/250。且全架长的水平偏差值不大于50mm;

5)作业层铺板、安全防护等应符合相关要求;

6)悬挑脚手架的验收和日常检查应定期进行，检查合格后，方允许投入使用或继续使用。

3.3.3 悬挑脚手架拆除

悬挑脚手架拆除作业应按确定的程序自上而下进行，不能上下同时作业。在拆除过程中，禁止单人进行拆除较重杆件等危险性的作业。

l)钢管悬挑脚手架应根据现场情况，设围栏与警戒措施;2)根据现场施工情况，设专人看守，严禁非操作人员进入;3)拆除前应清理脚手架上的材料与杂物;4)严格遵守拆除顺序。由上而下，先绑后拆，后绑先拆。严禁采用推倒或推拉的拆除方法;5)脚手架的附墙拉撑点应随脚手架而定。脚手架的拆除应一步一清。分段拆除时高差不得大于二步，如果高差大于二步应进行加固处理;6)脚手架拆除选用塔吊吊运钢管，严禁空中抛掷;7)拆除构件运至地面要分类清理保养，根据需要涂刷油漆，并按品种进行分类;8)槽钢的拆除应在脚手架拆除以后，才可以进行，先局部松开槽钢所在层的钢丝绳，再松开槽钢处的锚固圈;9)拆除槽钢应有现场批准人员的批准手续，现场必须有架子工工长指挥，做到上下呼应，动作协调。

4 结论

本文结合作者实践经历，通过对型钢悬挑三角架卸载脚手架承载力的研究讨论，为悬挑脚手架方案的确定提供了参考方法;通过对钢管三角架悬挑脚手架与型钢悬挑三角架卸载脚手架施工方案的提出与讨论，型钢悬挑卸载脚手架与传统纯型钢悬挑脚手架在工期、安全、经济效应方面的分析对比中，均体现出其优势。希望本文对这种脚手架方式的应用有所贡献。

[1]徐晶.悬挑式钢管脚手架的设计和应用.建筑安全，2001，1:34一36

[2]曾肇河.高层建筑外脚手架.北京:中国建筑工业出版社，1987.5～n