异形建筑外脚手架施工技术

仲 通 卞汉新 刘文宇

江苏南通二建集团有限公司新疆分公司 新疆 乌鲁木齐 830000

1 工程概况

乌鲁木齐文化中心（图1）总建筑面积约247 980 m2，其中地下部分55 772 m2。本工程由六大场馆和中心花蕊文化塔及地下室组成。六大场馆建筑外观基本相同，均为垂直面和椭圆曲面交错布置，且椭圆曲面自±0.00 m以上随层高上升逐渐变大，形成“上大下小”的曲面造型。

本文选取具有代表性的美术馆，介绍了本工程异形结构的外脚手架体系优化选择、深化设计、结合特殊部位对架体的细部处理、外脚手架使用时的注意事项及施工要求。

美术馆首层（平台层）为椭圆形建筑平面，椭圆长轴长100.8 m，短轴长63 m；美术馆2～5层大部分为椭圆结构（由9个圆心组成，半径随楼层上升逐渐扩大），垂直面与大椭圆平面交接处由小椭圆平滑过渡（随楼层面上升，小椭圆圆心及半径均不同）。

2 美术馆、城市规划馆脚手架施工难点

2.1 造型复杂，结构形式多样

乌鲁木齐文化中心整个工程以“雪莲”为造型。六大场馆为相对独立的相似“花瓣”，造型相当复杂。结构形式多样，美术馆与城市规划馆均有斜向悬挑，斜向逐层外扩，立面大开洞，四周型钢混凝土梁、柱交错连接，异形结构等给该工程外脚手架施工带来了较大难度（图2）。

图1 乌鲁木齐文化中心

图2 美术馆结构示意

2.2 外立面存在大量型钢梁和斜柱

2个场馆平面外围悬挑大量钢结构、钢-混凝土组合结构以及钢结构加层。美术馆标高7.38～37.5 m平面结构外围悬挑部分采用钢框架结构体系。型钢混凝土柱与型钢混凝土梁的穿筋；钢结构放样、吊装、组装、矫正及连接，尤其外立面斜向钢管混凝土柱，给该工程外脚手架的施工带来了较大的难度（图3）。

图3 美术馆三层平面示意

2.3 女儿墙悬挑过大

女儿墙设置于屋面层外围四周，悬挑长度平均为1.5 m，且该层离地高度为37.65 m，异形悬挑女儿墙给该工程外脚手架的施工增加了较大的难度。

2.4 外防护架存在大量圆弧形

弧形钢管弯制难度大，整体稳定性难以保证，且搭设过程中安全管理难，这给本工程外脚手架的施工带来了难度。

3 脚手架体系选择

常用的脚手架体系有落地式脚手架、悬挑式脚手架、整体提升式脚手架等。美术馆建筑高度为37.65 m，屋面层楼板外侧边沿悬挑出1层楼板外侧边沿平均7.2 m。落地式脚手架（坐落层室外地坪）搭设简单，但经过计算需要搭设至少9排满堂架才能满足安全及施工要求。美术馆首层椭圆长轴为100.8 m，短轴为63 m，搭设整体落地式脚手架工作量相当大，同时材料无法周转使用，费用相当高且严重影响各个工序施工；逐层悬挑脚手架搭设简单灵活，虽可隔层周转，但场馆单层面积很大，各种长度工字钢的需求量大，同样不经济；整体提升脚手架一次搭设，每层提升劳动强度低，安全防护功能好，但只能适用于建筑物外立面无变化或变化较小的建筑物，不适用本工程。

结合本工程美术馆外悬挑边缘多为钢筋桁架楼承板的特点，美术馆外脚手架采用落地架和悬挑架结合的搭设方式。美术馆尾部垂直段1～3层选用落地架，坐落层为地下室顶板，搭设高度为3层（约为22.5 m），4～5层选用悬挑架，搭设高度为2层（约17.0 m）；除垂直段外其余部位均用落地架，坐落层为本层钢筋桁架楼承板，高度为超出上层混凝土板1.8 m。

4 脚手架设计

4.1 垂直段架体设计

1～3层落地架立杆纵向间距取1.5 m，横向间距取0.8 m；脚手架内立杆与墙体距离按250 mm设置；连墙件按每层3跨设置；步距取净距1.8 m，悬挑架第1步架步距取1.5 m。

4～5层悬挑架外脚手架立杆纵向间距取1.50 m，横向间距取0.80 m；脚手架内立杆与墙体距离按250 mm设置；连墙件按每层3跨设置；步距取净距1.80 m，悬挑架第1步架步距取1.50 m设置。悬挑水平钢梁采用16#工字钢，具体设置如下：无悬挑构件部位，工字钢长度为3 m，建筑物外悬挑长度1.15 m，主梁外锚固点距离建筑物边缘0.10 m，悬挑段计算长度1.25 m；建筑物外锚固点以内工字钢长度1.75 m，扣除主梁端部0.20 m及2个锚固钢筋之间距离的一半0.10 m，工字钢锚固段长度以1.45 m计算。工字钢端部往内0.10 m处设置1道钢丝绳作为保险钢丝绳，不参与计算。

4.2 椭圆段架体设计

美术馆3层椭圆段选用双排落地架，架体坐落层为2层顶板。外脚手架内侧立杆距层高22.38 m混凝土梁边缘500 mm，立杆之间水平间距1 500 mm，横向间距900 mm，步距800 mm，架体高出2层顶板面1.5 m。为保证架体整体稳定性，设置水平间距为4.5 m的抛撑和钢管抱柱。外架立杆由6 m和3 m钢管交错连接（图4）。

主体结构在施工的过程中合理划分施工段，采用立体交叉平行流水作业法，多工种多工序相互穿插、紧密衔接。将外围混凝土楼板、外围钢结构梁柱、外围钢筋桁架楼承板、外围防护架的施工形成局部流水，第n层外侧混凝土梁板浇筑10 d后，开始安装悬挑结构，同时搭设外防护架，然后支设n＋1层模板支撑架，浇筑n＋1层混凝土。上一层混凝土结构施工时，其下一层钢结构悬挑部分及钢筋桁架楼承板已施工完毕，经计算已能承受上部结构施工的荷载。由于下部的悬挑部分比上部混凝土结构平均大1.5 m，因此，其外侧采用定制栏杆作临边围护，内侧混凝土部分采用传统的钢管架体系，既能满足施工要求，又保证安全[1-4]。

待层高22.38 m处外围混凝土梁合模后，外边缘钢结构梁开始安装铺设钢筋桁架楼承板前，将长3 m钢管拆除（图5）。其余各层均按此方法搭设。

图4 椭圆段架体布置示意

图5 外防护架逐层搭设示意

分段搭设各层脚手架，为钢结构放样、吊装、组装、矫正及连接提供了工作面。外立面斜向钢管混凝土柱处外脚手架采用下部断开，上部加强的连接方式，既保证了架体的稳定性又不影响斜钢管混凝土的施工。

钢结构施工圆管柱间采用抱箍式双道安全绳，圆柱施工采用定制的操作平台，同时逐层设置外挑网。外挑网在标高为14.88、22.38、29.88 m的楼层外围布置，外挑网钢管与斜柱进行抱箍，抱箍钢管形成整体布局，在外挑网中部设置1根钢管与下部钢梁下端进行连接支撑，防止外挑网向下倾斜。

每个外挑网与钢柱的连接节点不少于4根钢管。每2个外挑网之间需用安全网进行铺设，不留间隙，保证现场作业人员的安全（图6）。

根据本工程场馆外围无剪力墙的特点，模板支撑架拆除后，开始拆除外防护架，拆防护架同时安装定型化防护。该定型化防护与传统钢管防护架相比，更加安全、经济、美观。

图6 钢结构安装防护示意

5 脚手架细部处理

5.1 混凝土悬挑部位外架布置

美术馆层高7.38 m处最外圈外脚手架为单排反向支撑架，仅在支设最外圈梁模板及绑扎最外圈梁钢筋用，混凝土浇筑及后期均不上人，只起防护作用。该反向支撑架立杆与模板支撑架立杆间距为600 mm，斜撑水平间距1 500 mm，沿美术馆该处高支模架体搭设方向均匀布置，竖向间距为500 mm，脚手架立杆与小横杆处均布置水平拦腰杆。支设于下方的落地式模板支撑架除采用水平间距4.50 m的抛撑外，同时采用间距4.05 m的钢管抱柱形式的连墙件，抱柱钢管与结构柱及钢管柱间要夹好木方或护角，避免结构柱柱角破坏，并做好成品保护（图7）。

图7 混凝土悬挑部位架体布置示意

5.2 美术馆屋面层女儿墙外围外脚手架布置

美术馆屋面层女儿墙外脚手架采用单排钢管悬挑方式，该外架只起围护作用，禁止承重。在浇筑女儿墙内侧钢筋桁架楼承板混凝土时预埋φ20 mm的钢筋，在每根悬挑钢管上套设φ60 mm塑料套管，长度与女儿墙厚度相同。外围防护悬挑架立杆距女儿墙外边缘700 mm，立杆之间水平间距1 500 mm，沿女儿墙外边缘均匀布置，其上布置2道拦腰杆（步距750 mm）。悬挑架水平钢管长3.5 m，穿过预埋在楼板外边缘500、1 700 mm处φ20 mm的钢管圆箍，该水平钢管悬挑出女儿墙外边缘1 000 mm，沿女儿墙方向水平间距1 500 mm。女儿墙内侧水平钢管距末端800 mm处正交布置6 m长钢管，用扣件与水平悬挑钢管连接，注意对每根钢管扭矩逐一检测，保证其安全性和整体性（图8）。

图8 女儿墙架体布置示意

5.3 美术馆外围防护架拆除后的临边防护

每层模板支撑架拆除后，开始安装定型化防护栏杆，然后拆除相应部位外防护架。定型化防护栏杆与钢管防护栏杆相比有以下优点：安全性高；周转使用，节约成本；美观，大方。根据楼层面的弧度及楼层内部各种类型洞口尺寸制作定型化防护栏杆。玻璃幕墙的安装拟采用吊篮施工，不使用防护架。

6 结语

本工程异形结构对外脚手架搭设要求较高，对架体进行深化设计、大胆创新，在确保安全施工的同时，最大程度加快工期、节约成本，得到业主、监理方的一致好评。

乌鲁木齐文化中心各大场馆主体已封顶，在整个施工过程中，外脚手架施工顺利，架体强度、刚度、稳定性均满足使用要求，外形美观大方，取得了较好的社会效益和经济效益。