附着式升降作业安全防护平台产业高质量发展研究

李改华，郝海涛

(北京韬盛科技发展有限公司，北京 101113)

1 附着式升降作业安全防护平台发展现状

附着式升降作业安全防护平台(以下简称“防护平台”)是中国创造、世界领先的建筑工业装备，经历了单元折叠式→节点盘式→积木式全钢形式的发展。积木式全钢形式具有以下特点：①安全实用；②构配件通用性强，重复使用率>95%；③绿色环保，周转次数多；④动力设备自动往复循环，降低工人劳动强度；⑤构配件质量适中，安装便捷，用工用时少；⑥采用智能精准的控制系统，操控可靠。鉴于以上特点，防护平台成为目前建筑施工中常用的施工防护装备。

防护平台现行技术规范标准主要有JGJ 202—2010《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》[1]和JG/T 546—2019《建筑施工用附着式升降作业安全防护平台》[2]。防护平台标准的发布实施，标志着附着式升降脚手架(防护平台)实现了定型化、装配化、标准化、工具化，宣告附着式升降脚手架由工具式脚手架正式升级为建筑工业行业产品防护平台，纳入了建筑工业制造系列，将长期存在和广泛应用于建筑市场。

据行业统计资料显示，防护平台企业爆发式增长，导致大量低质产品涌入市场，安全事故频发，严重影响行业生态。种种乱象产生的主要原因是技术标准规定不统一，防护平台厂家自说自话，政府安全部门的管理无从下手，建筑总承包单位无从选择，严重阻碍了防护平台行业的安全、健康和可持续发展。

2 防护平台技术争议点

随着防护平台的广泛应用，其存在的技术问题也日益显现，主要技术争议点如下。

1)荷载及计算系数取值不统一 各现行标准规范中规定的荷载、计算系数不统一，且与防护平台实际施工荷载不符，给设计计算带来困扰。

2)计算分析模型规定不清晰 规范及防护平台科技成果评估中，防护平台的计算体系均采用若干个平台单元单独计算，且主框架计算采用平面简化模型，未考虑所有主要构件对架体主框架的影响，因此计算并不准确。

3)构造要求不合理 规范及防护平台科技成果评估中要求每个附着支座采用2个螺栓，防护网片与外立杆连接(起剪刀撑作用)等。

4)架体防护高度规定不合理 规范规定架体防护高度≤5倍层高，悬挑高度≤6m[1]，在实际施工中存在安全隐患。

3 技术争议点分析

针对防护平台存在的主要技术争议点，从实际使用情况调研、相关规范规定依据、理论计算模拟分析及试验验证等方面开展一系列研究。

3.1 荷载取值及荷载组合

架体的荷载主要包括自重、(施工)活荷载、风荷载。本节主要研究活荷载取值及风荷载计算。

3.1.1活荷载取值

在相关现行规范中，《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》、JGJ 59—2011《建筑施工安全检查标准》及《建筑施工用附着式升降作业安全防护平台》、GB 51210—2016《建筑施工脚手架安全技术统一标准》分别规定每层活荷载标准值为3,3,2,2kN/m2，允许同时作业步数为2,2,3,2。

《建筑施工脚手架安全技术统一标准》中规定原作业脚手架结构施工荷载标准值为3kN/m2，根据主体砌筑用脚手架制定。墙体砌筑作业时，脚手架作业层上需堆放砖块，摆放砂浆桶，甚至推车，因此规定取施工荷载标准值为3kN/m2。但随着科学技术的发展，现行的建筑主体结构施工工艺已发生重大改变，不在作业脚手架上大量堆放建筑材料。

《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》中第4.8条明确规定，不允许在架体上推车。

通过对800栋楼防护平台施工现场的实地调研，堆放材料的质量、施工人员及工具之和远达不到规范的规定数值。统计数据显示，单层施工活荷载≤2.0kN/m2。

综上所述，防护平台施工活荷载，建议直接按《建筑施工脚手架安全技术统一标准》中第5.1.5条中的第二款规定取值，即单层施工荷载标准值为2kN/m2，同时存在2个及以上作业层作业时，同一跨内各操作层的施工荷载标准值总和取值应≥4.0kN/m2。

3.1.2风荷载计算

风荷载计算公式为：

wk=βz·μz·μs·w0

(1)

式中：w0为基本风压；βz为风振系数；μz为高度变化系数；μs为风荷载体形系数，μs=1.3φ，挡风系数φ=An/Aw, 其中An为防护平台迎风面挡风面积，Aw为防护平台迎风面面积。

1)基本风压w0

相关规范规定按重现期10年确定基本风压。经统计，近10年5 000栋楼防护平台均在1～2年完成，取10年基本风压遇到强风的概率较小，因此建议取5年重现期。JGJ 195—2018《液压爬升模板工程技术标准》[6]中规定，风力等级5～12级对应的基本风压w0分别为0.040～0.072，0.073～0.120，0.121～0.183，0.185～0.268，0.270～0.374，0.375～0.504，0.508～0.664，0.668～0.851kN/m2。通过下式建立风速与风压的关系：

(2)

式中：v0为距地面10m高度处风速。

考虑到架体在5级及以上大风不得提升，根据《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》[2]中4.1.2条，升降工况取0.25kN/m2，而5级风对应的最大风压0.072kN/m2远小于升降工况的规定取值，因此，该取值规定不合理。在项目施工过程中，可根据天气预报获得当地的风力等级，得到相应风压。当风力等级超过设计值，根据《防护平台安全专项施工方案》，对防护平台采取有效的临时加固连接措施，遇到台风等极端恶劣天气时，需提前拆除悬臂部分的防护网片，以降低风荷载对架体的影响，保证架体安全。

2)风振系数βz施工阶段主体结构的风振系数βz可按GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》[3]的相关规定取值，不同施工期，βz随建筑高度的变化而改变。由于防护平台是附在主体结构上的，风振影响很小，因此相关标准[1-2,5]均规定风振系数βz为1. 0。

3)高度变化系数μz根据在建施工项目，防护平台爬升最大高度结合地区类别进行选择。

4)风荷载体形系数μs

(3)

式中：φ为挡风系数；An为附着式防护平台迎风面挡风面积(考虑网片、脚手板、立杆等挡风面积)；Aw为附着式防护平台迎风面面积。

风荷载对架体受力产生重要影响，而防护网片的通风率直接影响风荷载大小，因此，防护网片应作为防护平台的重要构件进行研究。《建筑施工用附着式升降作业安全防护平台》[1]中规定，防护网片厚0.6～0.8mm；采用钢丝网时，钢丝直径应≥2.5mm，网孔尺寸≤15mm×15mm；JGJ/T 183—2019《液压升降整体脚手架安全技术标准》[7]中规定，冲孔式钢板立网孔径应≤6mm；GB 5725—2009《安全网》[8]中规定，网眼孔径应≤12mm。以上各标准中网孔大小规定并不一致，相差较大。

综上所述，对于冲孔式钢板网孔径≤6mm的规定，并没有切合实际的、有说服力的依据，且该数值与允许使用的钢丝网网孔尺寸15mm×15mm相矛盾。

风荷载对防护平台的受力有重要影响，因此，设计圆孔、方孔及六边孔等一系列网孔进行抗冲击和耐贯穿试验，圆孔及其他形状的内切圆孔径为6～12mm，厚0.6～0.8mm。

根据试验结果，在满足防护功能的前提下，选用通孔率大的网片，减小风荷载对架体的影响。防护网也可采用组合式网片，对于架体悬臂部分，选用通孔率高的网片，可有效降低风荷载对架体的影响。

3.2 计算模型

由于规范及防护平台科技成果评估中防护平台的计算体系未考虑所有主要构件(脚手板、防护网片、水平桁架等)对架体主框架的影响，计算模型不够准确。为保证使用安全，对防护平台结构进行优化(见图1)，同时去除冗余的构造要求，使防护平台的结构设计更安全合理、更科学。

图1 防护平台侧视示意

3.2.1平面主框架模型

该计算模型取单个机位(6m跨)内的荷载施加到主框架模型，并对导轨截面进行等效简化处理，如图2所示。由于导轨为空间焊接结构，未规定截取位置的等效截面属性，因此，截取位置不同，差距较大，截面数值不够准确。

图2 平面简化模型

3.2.2立体构件模型

规范中规定机位间距≤7m，实际使用中最大机位间距一般取6m。因此，计算模型长度选取机位的整数倍即可，立体构件模型可全面反映各构件受力及变形情况，如图3所示。以上2种模型具体参数为：①立体模型 取2个机位架体进行建模，架体高14m、长12m，机位间距为6m，立杆间距为2m；平面模型取单个机位内荷载；②荷载 施加自重、施工活荷载(2层，每层2kN/m2)、风荷载；③约束 每个机位仅1个支座承受竖向荷载，3个支座同时承受水平荷载，长度边界施加对称约束；④所有节点按刚性处理。

图3 立体构件模型

3.2.3两种模型计算对比

采用相同荷载，对同一防护平台分别用2种模型计算，以基本风压取0.3kN/m2为例，计算结果如表1所示。

表1 两种模型计算结果对比

由表1可知，立体构件模型计算的主框架构件的应力及变形大于平面简化模型的计算结果。立体构件模型可查看所有构件的受力情况，为确保架体的安全使用及所有构件设计合理，建议采用立体构件模型进行计算。

3.3 架体防护高度

3.3.1防护平台使用流程

《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》规定架体高度≤5倍楼层高，架体悬臂高度≤2/5架体高度，且≤6m。目前，一般民用建筑层高为2.8～3.2m，架体高度防护常用14m架体，即4倍楼层高度+2m防护高度。防护平台具体施工工艺如下。

1)初始状态 防护高度约为4倍楼层高度+2m防护高度，有3个附着支座附着在建筑结构上，架体悬臂高约5.5m。

2)绑扎钢筋 架体安装完成后，进行待建层(N+3层)的钢筋绑扎工作。

3)安装模板 钢筋绑扎完成，安装待建层的内外模板。

4)浇筑混凝土 浇筑待建层(N+3层)墙体。

5)N+3层浇筑完成，混凝土还未达到拆模条件，为赶工期，施工方会进行N+4层钢筋绑扎，此时存在露头作业，存在严重安全隐患；有的施工现场，为N+4层防护高度达到要求，在N+3层未拆模情况下，进行架体提升，此时架体只安装2个附着支座，悬臂高度超过规范要求，存在架体倾覆隐患。

6)拆除N+3层模板，安装附着支座，此时架体安装3个附着支座，满足规范要求。

3.3.2解决方案

为保证架体防护使用安全，建议将架体高度增加为5倍楼层+2m，悬臂增加为7～8m。目前架体结构用型材不满足该结构强度及刚度要求，需对架体构件进行重新设计、选型、计算和试验，使架体产品具有足够的强度和适当刚度。

3.4 附墙支座螺栓

《建筑施工用附着式升降作业安全防护平台》中规定，附着支座与建筑构件采用锚固螺栓连接，每个附着支座应设2个及以上锚固螺栓；该项规定未完全考虑实际使用情况，2个穿墙螺栓在实际安装使用中存在诸多问题。

1)从技术层面，只要附墙支座上锚固螺栓位置设计合理，上部抵抗臂尺寸取值合适，不会在提升时上翻；同时，架体在升降、使用时每榀机位竖向主框架不少于3个有效附墙支座，附墙支座不会发生扭转。

2)实际使用中，防护平台附墙支座采用单螺栓固定，经长时间使用过，未出现重大安全事故，说明单螺栓技术成熟、简便、安全可行，适应性强。

3)从安装施工工艺来说，双螺栓预埋难度大。①定位难 双螺栓预埋需精确找准中心轴、水平线和间距；②预埋安装难 建筑主体混凝土结构浇筑时，预埋双螺栓套管极易变形或移位，极难维护，易导致附墙支座无法安装；③预埋施工协调配合困难 极易造成预埋失败和后续钻孔造成的混凝土结构破坏、结构钢筋破坏、在模板上肆意开孔破坏等不良后果。

4)目前业界大量使用的附墙支座附着板安装穿墙螺栓的长条孔尺寸几乎都不适合双螺栓。

基于上述分析，建议在附着支座结构设计合理的前提下，锚固螺栓采用1根或2根均可；附着支撑系统的计算须准确合理。

3.5 网片与立杆及网片与脚手板连接

《建筑施工用附着式升降作业安全防护平台》中规定，框架式钢板防护网与立杆的连接销(螺栓)≥10mm，连接销与网片角部节点距离≤200mm时，可代替平台外侧的剪刀撑。

目前网片固定主要有网片与立杆连接、网片与脚手板连接2种方式，如图4所示。

图4 网片固定方式

1)钢板防护网与立杆连接 防护网在横向限制了立杆与脚手板组成的四边形的角度变化。该种方式具有以下特点：①对立杆间距的安装精度要求高、安装孔不对位的概率大大增加；②站在架体上安装操作困难；③网片规格多，标准化率低，不利于周转使用，成本高；④该种方式适用于地面安装，整体吊装。该连接方式对立杆间距尺寸精度要求较高，施工现场实际安装困难，若将耳板孔径增大或采用槽形孔，则不能起到要求的支撑作用。

2)钢板防护网与脚手板连接 防护网在竖向限制了立杆与脚手板组成的四变形的角度变化；安装便捷；不受立杆间距限制；规格少，标准化程度高；100%可周转使用，成本低。

4 结语

针对防护平台的诸多争议问题，逐一从理论联系实际进行探讨，提出合理的解决方式及研究方向，针对每个问题进行研究，解决技术争议点；该项研究将有助于提升防护平台市场标准化、安全性并更能满足实际工程需求。