附着式脚手架施工技术应用

李祥洋

(中国五冶集团有限公司，四川成都 610051)

国内传统悬挑脚手架采取型钢内伸锚固至结构内固定于楼板上，钢材使用量大、型钢需穿透剪力墙、楼板锚固，对结构造成一定破坏和对装饰施工造成较大干扰，后期处理存在漏水隐患。随着行业技术的不断发展，新型附着式悬挑脚手架应运而生。由于其符合绿色施工、安全便捷的优点在行业内得到广泛肯定。但由于其工艺新颖，在应用过程中仍存在一些问题需要解决。

1 工程概况

成都市悦湖产业新城-龙门锦苑项目位于成都市武侯区武侯大道，该项目由10栋高层住宅组成，住宅层数为13层～21层不等，项目总建筑面积为9.3万m2，标准层层高3.05 m，在施工期间，外脚手架拟采用新型附着式脚手架，采取每6层悬挑一次，悬挑主梁标准件长1 200 mm，非标准件最大长度为2 250 mm。

2 技术体系及特点

新型附着式脚手架基础采用在结构外侧预埋螺栓安装型钢基础，再在其上层结构外侧通过预埋设置钢拉杆或在其下层设置钢支撑的方式使脚手架的整个基础形成一个三角稳定受力体系，然后在此型钢基础上按照常规要求搭设脚手架。此脚手架在施工应用中具有多方面的优点：

(1)适用范围广、体系先进：附着式脚手架目前广泛应用于高层民用建筑结构及装饰施工使用，其附着在结构外侧，采用螺栓固定工字钢及上拉或下撑构造与结构形成三角稳定受力体系，安全可靠。

(2)结构破坏小、质量保障：施工采取在结构外侧边梁或剪力墙上预埋螺栓固定工字钢，无需穿透剪力墙，对于悬挑层的室内装饰不会造成影响，对外墙防水施工质量也能够保障。同时，也省去了在结构楼板或结构梁上增加压环钢筋锚固，消除了对结构锚固点的负弯矩破坏影响，能够保证结构质量从而达到高质量工程的要求。

(3)材料用量少、周转率高：采用预埋螺栓固定方式，减少了楼层内固定段，仅需考虑架体横向宽度和与结构间空隙，钢材使用长度大幅减小，并且大部分采用标准长度构件，其他项目均可以重复使用，节约钢材，符合行业绿色环保的要求。

(4)构件重量轻、施工方便：由于工字钢长度缩短，重量大大减轻，在安装时更加方便，同时也降低了劳动强度，安装更快捷。

3 构造做法

附着式脚手架搭设在一定高度并附着在工程结构上(图1)，通过支座锚固、上部拉结或下部斜撑的方式使其能够承受相应荷载并具备安全防护功能。附着式脚手架的基础目前大多为采用上拉式的支撑，故本次重点探讨上拉式支撑方式(图2)。

图1 脚手架布置示意

图2 悬挑脚手架典型剖面(单位：mm)

3.1 附着支座

附着支座考虑定型化、标准化设计，这样可使悬挑结构成为一种可重复利用工具，提高周转使用率，降低成本；并且从结构受力角度能够可靠的承受并传递脚手架荷载。一般附着支座的悬挑钢梁采用双轴对称的工字钢，截面高度在160 mm及以上，其钢梁端部钢板截面尺寸不小于(250×300×12) mm，钢梁根据布置位置和角度可分为直角梁、斜角梁、对角梁(图3)，直角梁垂直于结构用于架体立杆支撑，对角梁用于阳角部位支撑转角处架体立杆，角度为135°，斜角梁亦用于阳角部位与对角梁搭配布置，斜角梁一般角度在60°左右。支座与结构间连接一般为螺栓连接，在实际应用中转角处由于墙柱内的钢筋较密或预埋螺栓不便于施工时也可采取预埋钢板的与悬挑钢梁焊接的方式连接。

图3 端部钢板配件(单位：mm)

3.2 支座螺栓

支座螺栓根据GB 50017-2017《钢结构设计标准》中11.4.3第2条“承压型连接中每个高强螺栓的受剪承载力设计值计算方式和普通螺栓相同……”、第3条“在杆轴受拉连接中每个高强螺栓的受拉承载力设计值计算方法与普通螺栓相同”，两者比较满足安全验算的前提下，使用普通螺栓连接性价比更高，因此一般选用不低于4.6级的普通螺栓，实际应用中为提高安全性，大多数采用的是8.8级承压型高强螺栓，直径不小于20 mm(图4)，螺栓数量一般不少于3个，但在实际操作中预埋2个螺栓相比3个螺栓更易安装和调节，因此目前市场上大多数材料加工孔均为2个，结构设计时为安全考虑均按2孔进行计算。螺栓采用双螺母或单螺母加弹簧垫圈，螺杆露出螺母端部不小于3丝且不小于10 mm。螺栓与结构连接一般为穿墙螺栓和预埋螺栓方式。

图4 预埋螺栓(单位：mm)

3.3 钢拉杆

附着支撑为上拉式时采用钢拉杆，运用较多的为花篮螺栓，直径不小于φ20 mm，可调节长度600 mm(图5)，花篮螺栓上部与结构梁上预埋的拉环连接，下部与钢梁上焊接耳板连接，上下连接方式均为销轴连接。

图5 花篮螺栓(单位：mm)

3.4 耳板拉环

将钢梁与上部结构通过钢拉杆连接起来形成稳定三角受力体系，钢拉杆上部与结构的拉结采取在上层结构梁上预埋M20螺栓，下部与钢梁上焊接耳板销轴连接，耳板与钢梁的构造尺寸及焊缝长度应按照GB50017-2017《钢结构设计标准》中规定计算确定。

4 设计施工控制要点

4.1 设计要点

4.1.1 悬挑主梁整体稳定性验算

取本项目最大悬挑主梁长度2 250 mm验算：

主梁轴向力：N=|[(-(-NSZ1-NSZ2))]|/nz=|[(-(-7.02-8.705))]|/1=15.726kN

压弯构件强度：σmax=[Mmax/(γW)+N/A]=[2.139×106/(1.05×141×103)+15.726×103/2610]=20.47N/mm2≤[f]=215 N/mm2

塑性发展系数γ符合要求。

受弯构件整体稳定性分析：

其中φb为均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数。

查表GB 50017-2017《钢结构设计标准》得，φb=2。

由于φb大于0.6，根据GB 50017-2017《钢结构设计标准》附表C，得到φb′值为0.93。

4.1.2 耳板及焊缝计算

本项目经计算取上拉杆最大轴向拉力Nmax=26.137 kN(图6)。(经查验1.5 m转角处直角梁(上支撑3个立杆)最大轴向拉力为最大值)

图6 耳板(单位：mm)

4.1.2.1 双耳环(板)的轴心受拉强度计算

参照JGJ 130-2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》公式5.6.6计算，应满足:

σ=Nt/At≤ft

式中：σ为双耳环(板)轴心受拉应力值(N/mm2)；At为双耳环(板)净截面面积，双耳环(板)按4个截面计算,At=4×b×t=4×18×10=720 mm2；t为双耳环(板)净截面厚度，t=10 mm;b为双耳环(板)顺受力方向宽度，b=18 mm;ft为双耳环(板)的抗拉强度设计值，45#钢按GB/T 699-2015《优质碳素结构钢》查得屈服强度fyk=355 N/mm2，断后伸长率δ=16%>10%,其力学性能优于Q345，这里计算按Q345参数计算，查GB 50010-2010(2015)《混凝土结构设计规范》第9.7.6条规定，取ft=65 N/mm2；Nt为预埋螺栓环承受的轴向拉力设计值(kN)；Nt=Nmax。

则：σ=Nt/At=26.137×1000/720=36.30 N/mm2

双耳环(板)受拉强度满足要求。

4.1.2.2 双耳环(板)的受剪强度计算

假定双耳环(板)承受的剪力设计值Nvmax=26.137 kN,双耳环(板)的受剪承载力设计值为：

Nv=A×fv=2×b×t×fv

式中：Nv为双耳环(板)的受剪承载力设计值(N)；b为双耳环(板)每片环(板)的宽度，b=18 mm；t为双耳环(板)每片环(板)的厚度，t=10 mm；fv为双耳环(板)的抗剪强度设计值，45#钢fyk=355 N/mm2，计算按Q345查GB 50017-2017《钢结构设计标准》表4.4.1，fv=175 N/mm2。

则：Nv=2×b×t×fv=2×18×10×175=63 kN>Nvmax=26.137 kN。

双耳环(板)受剪承载力满足要求。

4.2 施工控制要点

4.2.1 预埋

(1)为确保安装高度一致，在模板上上开孔定位拉设通线。

(2)为使混凝土浇筑过程中预埋件不偏位，固定式通过专用螺杆临时固定，并确保预埋件与模板接触面无缝隙紧贴，防止混凝土振捣浆水渗入预埋件内部，混凝土振捣时严禁振捣棒直接与预埋件接触。

(3)预埋件安装前需进行拉拔试验。

4.2.2 安装型钢

(1)主梁安装前应根据主梁安装位置的顶面在结构四周弹出水平线以保证主梁的平整度。

(2)上部钢拉杆为拉结前，主梁依靠下部脚手架支撑受力并调平支撑。

(3)转角处连梁安装需根据方案位置定位放线，两端伸出长度不小于100 mm且尽量一致，调节好后利用U型抱箍与主梁固定，抱箍顶部采用双螺母拧紧。

4.2.3 脚手架初始搭设

(1)脚手架搭设时，主梁安装层混凝土强度需达到C20以上。

(2)立杆安装采用移动定位桩固定，确保精准定位。

(3)初始搭设高度不得超过方案设计高度，一般为一榀脚手架高度的一半，方案计算时考虑此高度的荷载计算。

(4)立杆搭设时在楼板内每个6跨设置抛撑直至连墙件安装稳定后拆除。

4.2.4 拉杆预埋及安装

(1)拉杆预埋要求同主梁预埋件。

(2)拉杆预埋定位需与主梁拉结点进行预定位，避免拉杆被脚手架立杆和横杆阻挡无法直线通过。

(3)拉杆位置可沿主梁轴线两边200 mm范围内调节。

(4)拉杆安装时楼层混凝土强度需达到C20。

(5)双拉杆安装需沿主梁两边分别设置，严禁同侧设置。

4.2.5 连墙件设置

(1)连墙件应从转角处开始设置，且转角两侧均要设置。

(2)有施工电梯位置两侧的架体预留开口处应设置连墙件。

4.2.6 拆除

(1)脚手架的拆除应按照方案和规范要求按顺序拆除。

(2)拆除主梁时需利用塔吊将将主梁拴牢吊住拆除，一般可采用10 cm宽扁平吊装带拴牢即将要拆除的主梁两侧和挂上吊钩，确认牢固后方可拆除。

5 常见问题的解决和改进

5.1 混凝土浇筑导致预埋螺栓无法安装问题

因混凝土浇筑振捣致使预埋螺栓套管被破坏或者变形，导致后期预埋螺栓丝杆无法安装时，一般采取钻孔方式在结构外侧安装穿墙螺栓，螺栓背面安装20 mm厚钢板背衬，双螺母固定螺栓。

5.2 型钢主梁安装水平度控制问题

型钢主梁在安装时由于施工原因会造成主梁端板处混凝土表面不平整以至于主梁安装后不水平，主梁上翘或者下倾过大影响架体搭设。实际操作中安装主梁时先不要将螺栓拧紧，并通过下部架体上安装通长水平杆将型钢搁置在上面调节水平(图7)，将主梁调节水平后，端板下部如有缝隙，采用钢板将缝隙垫满，确保端板与基层的最大接触面积使其均匀受力。

图7 主梁安装水平调节

5.3 受力体系对混凝土强度要求与进度影响

受力体系主要是悬挑主梁及拉杆组成，混凝土强度不够的情况下会造成受力体系内部产生裂缝或者提前受力造成混凝土表面开裂或预埋件松动影响受力体系的安全，一般结构梁板的混凝土强度为C30，要满足安装强度不小于C20的要求，其早期强度达到要求一般需要3～5天，但同时存在影响现场施工进度问题。

为确保混凝土有足够强度，又不影响其施工进度，除安装主梁后拉杆未拉结前利用其下部架体承担上部传递荷载外，为快速使混凝土强度达到要求，一般可在该层混凝土中添加早强剂，添加早强剂后，混凝土早期强度达到C20的时间会提前1～2天，这样可有效解决施工间歇时间过长问题。

5.4 与结构外挑构件位置冲突问题

为保证架体不与外挑构件位置冲突，一般在方案设计时通过加长悬挑主梁，合理排布立杆位置等来规避此问题，但在实际操作过程中往往会存在悬挑主梁超长不经济、悬挑构件纵向长度超过排距、悬挑构件位于阴角处架体立杆无法避开等情况，遇到这类情况在综合考虑经济合理、搭设方便、外观整齐因素，如遇个别立杆无法避开时一般可在外挑构件中预留φ100 mm的孔洞让立杆穿过处理(图8)，但如果同一面外挑构件数量较多且大小不一的情况，综合考虑还是加长主梁避开更为合理，但又存在统一加长主梁会造成外架内侧立杆在两构件之间的地方距离结构空隙过大，这时候就需要加长横向水平杆再额外增加纵向水平杆来减小与结构的空隙以满足规范和上人要求。

图8 阴角处立杆处理(单位：mm)

5.5 施工误差导致的转角立杆无法安装问题

在实际施工过程中，预埋件受施工误差影响，非直角主梁的斜角或对角梁安装后，其角度与方案中的角度往往存在偏差，转角处的2个方向立杆位置为固定点位，往往会造成转角处的立杆点位无法套入移动支座甚至悬空。为解决此类安装情况，一般采取放置搁置主梁方式来处理(图9)，放置搁置工字钢时原则上采取简支梁形式两端搁置，如遇一端必须悬挑时，其另一端的搁置长度一般按搁置长度与悬挑长度按至少2∶1比例设置以保证搁置主梁安全稳定。

图9 典型转角处排布设置

6 工程应用情况

本项目由10栋高层住宅组成(图10)，每栋住宅由于转角较多同时也存在多处悬挑构件，在脚手架方案设计时综合考虑安全性和经济性，大部分型钢均采用标准长度构件，尽量减少超长型钢，转角处设置搁置主梁处理，最大程度避开外挑构件，因此该项目的方案设计上整体简约，避免了受力复杂情况出现，实际应用中的常见问题在方案设计时都充分考虑并制定了解决措施。项目于2021年9月开始施工，大部分脚手架已形成(图11)。

图10 项目方案设计(单位：mm)

图11 项目外观

7 结束语

随着时代的发展，建筑行业的施工技术也在不断革新，各种新型绿色施工技术不断得到应用，在追求安全、绿色施工的时代，工具式、装配化施工越来越得到普及，新型附着式悬挑脚手架就是其中一种，其材料定型化制作,周转次数多，美观实用,安拆便捷，节省成本，因此，在工程实践中得到了充分验证，也得到了广泛应用。