整体提升脚手架体系的防火设计和施工*

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近年来由于高层建筑施工中火灾事故频发，对于完善高层建筑施工过程中安全防火措施的需求更加迫在眉睫。要彻底遏制火灾的发生，不但要从源头控制火源的产生，而且需要大量采用耐火建筑施工材料。本文从高层建筑施工用整体提升脚手架这一普遍采用的施工设施入手，设计了一种满足该体系正常施工的防火围护体系[1,2]。

1 整体提升脚手架体系的防火设计

整体提升脚手架架体系统是整体提升电动脚手架的骨架，为施工提供操作面以及安全围护。架体系统采用片架式构造，各片架分成若干标准节，标准节均为定型化预加工，施工现场将标准节拼装为片架，标准节之间为承插式构造，保证连接为刚性连接，片架与片架之间采用扣件式脚手管连接，架体最下层采用花纹钢板作为走道板，其余各层采用钢板网走道板，脚手架外立面采用冲孔镀锌钢网板作为外围围护[3,4]，架体系统立面如图1所示。

脚手架立面围护系统利用特制的钢管连接件将冲孔镀 锌钢网板同脚手架的围护钢管相连，同时各网板通过螺栓相互固定连接，形成一个整体的围护立面。

图1 整体提升脚手架结构示意

冲孔镀锌钢板采用30 mm×30 mm×3 mm角钢作为主框架，外包尺寸1 900 mm×895 mm，框架上通过φ4 mm抽芯铝铆钉固定冲孔镀锌钢网板，网板孔径10 mm，梅花形布置，横向中心孔距12 mm，纵向中心孔距10 mm，整体开孔率为50%，透风系数0.5。框架长边及短边各开2 个φ10 mm网板连接孔（图2）。

图2 冲孔镀锌钢网板示意

钢管连接件利用2 块厚5 mm钢板经过冲压形成一定弧度，其中一块上焊接网板连接板，2 块钢板用M10螺栓连接固定（图3）。

图3 钢管连接件示意

每步脚手架体竖向可装配1 块网板，围护网板通过钢管连接件同每步架体的上部和下部的围护钢管栏杆连接固定，同时围护网板4 个侧边通过连接螺栓可相互连接（图4）。

图4 围护网板连接固定示意

脚手架防火水平围护系统则利用钢板网为面板的钢框走道板作为标准层走道板，顶层、底层则采用花纹钢板作为封闭层走道板，形成架体的水平围护体系。

钢框走道板主框架采用40 mm×3 mm角钢，上铺厚4 mm钢板网或厚4 mm花纹钢板作为面板。主框架两侧分别焊接钢管定位卡板，用于同架体的水平走道钢管定位。位于标准层的走道板首先利用卡板同走道钢管初步定位，然后通过铁丝扎牢固定，固定方式简便快速，通用性强。

位于底层的走道板可通过U形卡同走道钢管连接固定，同时一端设置厚3 mm花纹钢翻板，作为同结构间间隙的封闭措施，另一端同竖向的外围护网板通过螺栓相连固定，作为架体水平和立面围护交界处的封闭措施。

2 计算分析

2.1 工况分析

计算假定施工约250 m高层建筑外墙，取常规4.5 m机位间距，高19 m的10 步架体为参考，根据施工流程，整体提升爬架系统施工工况分为工作工况、爬升工况以及台风工况，分别对应架体不同的附着形式：

工况1：爬升工况，采用6级风压进行爬升工况验算。

工况2：工作工况，按照规范采用10 年期最大风压，实际使用过程中，遇到8级及以上大风应停止施工。

工况3：台风工况，采用12级风进行验算。此时应增加拉结，清除架体上部堆载。

2.2 荷载

1）恒载标准值GK。有限元模型中，整体提升爬架结构材料自重可以自动计算；经过实际测算，对于镀锌围护板取自重标准值为8.2 kg/m2。钢丝网片10.8 kg/m2，花纹钢板自重采用33.4 kg /m2。

2）施工活荷载标准值Qk。包括施工人员、材料及施工机具等自重。本报告中整体提升脚手架处于结构施工阶段时，荷载按2 层同时作业计算，使用状况时按每层3 kN/m2计算，升降及坠落状况时按每层0.5 kN/m2计算。

3）风荷载标准值wk按下式计算：

式中：βz——风振系数，取1.0；

μz——风压高度变化系数，在本工程中高度取250 m处，对应的μz=2.24；

w0——基本风压，爬升情况取6级风荷载，对应风速为13.8 m/s，风压为0.192 kPa；使用状态采用上海市10年期最大风压，为0.4 kPa；台风采用12级风，对应风速为36.9 m/s，风压为0.85 kPa；

本工程中按照敞开情况考虑，开孔率0.5的围护网板与架体综合挡风系数经计算为φ=0.55，则μs＝1.3×0.55＝0.715。

2.3 有限元模型

有限元模型如图5所示。

2.4 整体提升脚手架计算结果

1）爬升工况：爬架结构在本工况下的杆件最大拉应力为117.8 MPa，承载力满足要求，最大压应力为146.6 MPa。爬架结构整体在本工况下的最大变形为32.5 mm，发生在爬架最顶端，如图6、图7所示。

图5 防火整体提升脚手架有限元模型

图6 爬升工况脚手架最大应力云图

图7 爬升工况脚手架最大变形云图

2）使用工况：爬架结构在本工况下的杆件最大拉应力为159.3 MPa，承载力满足要求，压应力为160.2 MPa。爬架结构在本工况下的最大变形为28.8 mm，发生在爬架中部最顶端，如图8、图9所示。

图8 使用工况脚手架最大应力云图

图9 使用工况脚手架最大变形云图

3）台风工况：爬架结构在本工况下的杆件最大拉应力为149.2 MPa，承载力满足要求，压应力为114.4 MPa。爬架结构在本工况下的最大变形为3.75 mm，如图10、图11所示。

3 整体提升脚手架的工程应用

3.1 工程概况

上海船厂（浦东）区域2E5-1地块T1楼位于上海市陆家嘴区域，地面以上结构总高度分别为255.35 m，55 层，现浇混凝土框架核心筒结构，标准层高为4.2 m，主楼外包尺寸48 m×48 m。

图10 最大应力云图

图11 最大变形云图

根据该项目核心筒结构特点以及结构整体施工部署的要求，本工程外框架T1楼布置48 个整体提升脚手架机位，标准机位间距为4.5 m，结构转角处采用3.4 m间距。脚手架采用高19 m的10步式架体，水平和立面围护都采用前述的防火围护体系。

3.2 整体提升脚手架的应用情况

在上海船厂项目应用的整体提升脚手架目前已经正常施工40 个流水段，满足施工安全和工期进度要求。并且一体化的外围护设计，对施工架体的外观起到了一定美化作用（图12）。

图12 上海船厂项目整体提升脚手架施工实景

4 结语

从社会效益考虑，整体提升脚手架的防火设计及在工程中的应用，不但起到了防止建筑施工中架体火灾情况的发生，而且整个施工建筑的外观相比传统绿网脚手更有一定的提高和美化作用。从经济效益和环保方面考虑，该脚手体系的防火材料可重复周转使用，材料费用可多个项目进行摊销，相比传统木板、竹笆脚手体系，不但降低了一次性施工成本，而且达到了环保和节能减排的作用。