高层建筑工程中的悬挑式外脚手架搭设施工技术

张 玲

（平凉机电工程学校，甘肃 平凉 743400）

1 引言

悬挑式脚手架具有安全可靠、工艺操作简易、可重复利用、技术先进、全封闭效果等特点，在建筑工程中得到广泛应用。在土地资源利用率不断提高的今天，高层建筑的工程数量远高于普通低层建筑，悬挑式外脚手架也得到了更多建筑单位的认可。另外，基于可持续发展目标，建筑单位在施工材料方面更趋向于应用环保、节能、可回收的施工材料，因此，能够充分使用的悬挑式外脚手架就成了高层建设施工中的常用部件。

2 悬挑式外脚手架的概念和特点

高层建筑施工和装修期间，施工单位通常需要在建筑外部搭设悬挑式外脚手架以确保各项作业的有序开展，同时，也能够为施工人员提供一定的安全防护。一般而言，脚手架搭设高度不会超出20m，建筑结构通常由钢筋混凝土材料建设而成。为了避免脚手架出现结构松动等问题，施工单位不能将其应用于砖石类的建筑结构。在设计脚手架支撑体系过程中，施工单位使用的悬挑架通常为型钢材质，较为关键的节点通过螺栓焊接牢固，而传统扣件连接的方式因存在安全隐患被禁止使用，在明确各相关结构系数并经由多方人员审核确认的情况下，方可按设计图纸开展悬挑式外脚手架的搭设施工。

相对传统脚手架，悬挑式外脚手架有分段连接、扣件连接两类安装搭设方法。施工区间受到的限制较小，能够在较多场合应用且具有较高的稳定性，相对普通脚手架，其施工工艺要求更高，需要施工单位做好培训工作。在实际应用时，悬挑式脚手架高度应低于建筑最高层楼板，确保脚手架不会被现场环境影响。另外，在实际应用时，该脚手架能够反复应用且不会出现性能上的较大变化，相对普通脚手架更节省资源，也更安全。

3 悬挑式外脚手架受力分析及搭设技术要点

3.1 悬挑式外脚手架的结构形式

悬挑式外脚手架按照受力形式可分为挑撑式结构、挑梁式结构、挑拉式结构和撑拉结合式结构四类，详见图1。

图1 悬挑式外脚手架结构类型示意图

3.1.1 挑撑式

挑撑式结构的承力主体为一个倒三角结构，三角由斜撑杆和型钢材质的挑梁构成，斜撑杆的搭设可借助普通钢管扣件来实现，该结构多用于剪力墙，能够有效承接传自上层脚手架的压力。在实际应用时，施工人员需要尽可能提升斜撑杆的可靠性，可以按照单个楼层高度控制三角架搭设高度，也可以结合梁柱展开布置。同时，施工人员可以在楼板或边缘构件处将悬挑钢梁固定，并通过双向约束支点提升压杆稳定性。

3.1.2 挑梁式

挑梁式结构的承力主体为型钢挑梁，施工人员需要在悬臂梁状态的挑梁基础上搭设外脚手架，这将导致挑梁承受的剪力和弯矩极大。施工单位通常会选择提升挑梁型钢规格的方式避免承力结构异常，型钢形式多为双槽或工字钢。在混凝土楼板区域锚固挑梁过程中，施工人员需要对楼板抗载荷能力进行核查，若抗冲切参数不符合要求，则需要加装配筋。另外，施工人员也可将钢丝绳设置于脚手架体系中部节点部位，提升脚手架可靠性。

3.1.3 挑拉式

挑拉式结构的承力主体为一个正三角结构，三角由斜拉杆和型钢材质的挑梁构成。相对于斜撑杆而言，斜拉杆无需考虑压杆问题，该结构的承载能力也更强，适合在脚手架施工中作为主承力结构应用。施工人员需要根据立杆柱间距合理规划型钢挑梁间距，通过固接或铰接等方式连接混凝土结构和挑梁。在斜拉杆结构设计方面，施工人员需要使挑梁与斜拉杆相互配合，将其优化为可调长度。部分施工单位应用的拉杆形式为钢丝绳（含麻芯），应用期间需要注意以下几点：

①弹性模量小的钢丝绳容易在受力的情况下伸长，施工人员需要控制好斜拉钢丝绳长度，预紧收拉，以确保脚手架的垂直度不受影响。

②为了满足钢丝绳条件要求，施工人员通常会选用花篮螺丝。采购螺丝时要做好质量检查和螺丝选型工作，避免使用“CC”或“0C”型等容易影响拉直效果的螺丝。

③施工人员需要从弯曲半径方面控制吊拉部位的钢丝绳，避免出现磨毛或散股等异常情况。

3.1.4 撑拉结合式

撑拉结合式结构的承力主体由斜撑杆、斜拉杆和型钢材质的挑梁共同组建，能够有效承载上方脚手架带来的压力。该结构超静定次数相对更多，施工人员在协调控制斜撑杆和斜拉杆的过程中往往面临较多困难，设计人员应尽可能以单一的撑、拉结构为主，其他形式为辅，以提升结构的稳定性。

4 外脚手架工程搭设方案实例

4.1 工程概况

某建筑工程项目施工面积为35 408m2，建筑高度为78.1m，地下2层（3.6m层高）、地上19层（一层与二层分别为4.2m和5.7m层高，其余层3.8m层高），布置平面为33.30m×63.30m的矩形。结合本工程的建筑结构特点，选择应用扣件式外脚手架，具体结构形式为悬挑梁外脚手架（型钢材质），将双排钢轨落地式脚手架用于四层以下施工，四层施工则在双排立杆脚手架的基础上合理布设悬挑式外脚手架，在悬挑式搭设完毕后，将双排立杆脚手架拆除。自第五层之后，间隔四层一挑，均设置15.2m的悬挑式脚手架搭建高度，按照循环向上的工序搭设和拆卸脚手架，确保相关施工项目有序开展。脚手架型钢形式为工字钢，型号为14号，使用Φ48×3.5mm型号的钢管外架，且钢管已焊接牢固。另外，施工期间需用14mm直径的钢丝绳对外架底部进行卸荷处理，并做好密布网封闭防护工作。

4.2 悬挑式外脚手架搭设技术

在悬挑式外脚手架搭设施工期间，施工人员严格按照工序要求做好吊环预埋、工字型钢架设、钢管及型钢固定、钢丝绳牵拉、斜拉杆固定、架板铺设相关工作。在工字钢架设期间，施工人员需规避暗桩，从预留的建筑结构孔洞将长度3m的型钢垂直墙体挑出，挑出长度为1.4m，布置间距为1.5m，墙内型钢需要由吊环套住并用木楔紧固，吊环参数如图2所示。型钢需准备两套，每套15.2m搭设高度，交替使用。

图2 预埋吊环示意图

为了避免外架稳定性和刚度不符合要求，施工人员应使用48mm直径的钢管通过扣件与工字钢连接，并借助钢丝绳加固处理，在工字钢上表面布置纵横扫地杆，位置分别为间隔外墙0.4m和1.3m。扫地杆上需要将双排钢管架立杆以1.5m的间距装设，并利用工字钢固定件承插立杆底部，立杆顶端与顶层板面间距800mm。各层立杆与墙体的拉结均需要借助48mm直径钢管实现，在上层搭设完毕后拆除下层材料，确保脚手架搭设施工材料的循环使用，后退时则需要以相反方向搭设和拆卸。外排架上方需要间隔5跨步设竖向剪力撑，安装45°～60°夹角布置斜杆。5、9、13、17层需要为拉钢索工作预留相应的拉环，拉环直径为16mm，钢索型号为14号，与外立杆型钢保持相同的纵距。在悬挑型钢的区域固定钢丝绳，具体位置为从端部向内100mm位置，并将卡环焊接于型钢底部；钢丝绳的另一端需与梁顶连接，通过直径16mm的预埋吊环勾住钢筋，期间应做好吊环锚入施工标准的空中作业，避免出现吊环脱出等事故隐患。为了避免钢丝绳过度松弛，施工人员需用花篮螺丝对钢丝绳进行卡实和收紧处理，具体施工结构如图3所示。

图3 悬挑架生根吊索示意图

4.3 悬挑式外脚手架稳定计算

4.3.1 工字钢受载情况计算

基于15.2m的钢管架高度、1.5m的型钢间距、80N/个的竹板架重力、10N/个的扣件重力、38.5N/m的48mm直径钢管重力进行相关参数计算。相关规程指出，施工安装具有2 700N/m2的施工载荷，假设超载系数为2、动力系数为1.2，可以求得型钢竖向载荷W数值为竹板架、扣件、附加载荷、钢管重量之和与两系数的乘积，具体为16 548N。其中，型钢重量为16.9kg/m。

型钢受力情况如图4所示，主要涉及型钢自重、施工载荷和外架自重。此时的弯矩数值为15 109.6N·m，支座部位数值最大，可以根据竖向载荷求得载荷标准为10 419.11N。

图4 工字钢受力分析示意图

在弯曲强度计算方面，施工人员要考虑相同截面不同轴的弯矩数值Mx与My、两轴的净截面模量WNx和WNy、塑性发展系数rx和ry。由于型钢x轴的弯矩仅体现为向上作用，可以求得x轴弯矩数值为15 109.6N·m，在rx为1、My为0以及WNx为102N/cm2的情况下，可以求得弯曲的数值为148.14N/cm2。

设计标准指出，14号工字钢最高承受215N/cm2的弯曲强度，表明所选用的工字钢型号符合施工安全要求。

4.3.2 钢丝绳强度计算

在计算前，工作人员可以将结构简化为简支梁形式，钢丝绳具有60°以上的斜度，取3.5为安全系数，拉力换算系数为0.85，根据公式可求得钢丝绳的设计强度最低需要78.69kN，而14mm直径钢丝绳强度可达125kN，满足施工需求。

4.3.3 外架架体稳定性计算

在架体稳定性计算方面，施工人员需要综合考虑架体高度、立杆纵距、风压数值、立杆参数（截面抵抗力矩、步距、横距、截面积、回转半径）、挡风和迎风面积、连墙杆横距与竖距，通过各参数求得钢材受压强度大小低于钢材设计强度，满足施工要求。

5 结语

综上所述，悬挑式脚手架具有回收方便、施工简单、安全稳定等优势，在高层建设施工中得到广泛应用。在实际应用时，施工单位需要避免悬挑式外脚手架搭设高度过高，可采用分段搭设、拆卸的方式满足施工要求，做好承力结构的设计、相关材料负荷强度的计算选型工作，严格按施工工序搭设、拆卸脚手架，确保高层建设项目有序施工。