高层住宅全钢爬架与铝合金模板结合附着式升降脚手架优化设计

摘要：为提高脚手架的防护效果和高层住宅施工安全保障，对高层住宅全钢爬架与铝合金模板结合附着式升降脚手化展开设计研究。以某高层住宅建筑项目作为施工对象，分别从脚手架的主结构、铝合金标准模块尺寸与截面参数、加强筋、立杆、横梁、脚手板、立网框等构件的参数和连接方式进行了优化设计。最后对脚手架的施工应用效果进行了分析，证明脚手架的结构较为稳定，能够为施工提供一定的安全支持。

关键词：高层住宅；钢爬架；铝合金模板；升降脚手架

基金项目：2023年度校级科研项目“基于轻量化的新型附着式升降脚手架优化设计与实证研究”（GSJD2023A07）

0" "引言

随着建筑技术的不断发展，全钢爬架与铝合金模板在高层住宅施工中得到了广泛应用，两者结合使用可以显著提高施工效率，降低施工成本[1]。然而，在实际应用中，全钢爬架与铝合金模板的结合使用仍存在一些问题，如结构稳定性不足、操作不便等，这些问题限制了其在高层住宅施工中的进一步应用。

目前，国内外学者在全钢爬架、铝合金模板以及附着式升降脚手架的应用研究方面，已取得了一定成果。现有的研究主要集中在单一技术的改进或新型材料的应用上，而对于多种技术结合使用的综合优化研究尚显不足[2]。将全钢爬架与铝合金模板结合使用并进行优化设计的研究则更为稀少。本文研究旨在通过综合应用力学、材料学、结构工程等多学科知识，对全钢爬架与铝合金模板结合附着式升降脚手架进行整体优化设计，以推动高层住宅施工技术的创新与发展。

本文深入探讨了全钢爬架与铝合金模板在高层住宅施工中的实际应用情况，分析现有技术的优缺点，进而提出针对性的优化设计方案。通过优化设计，提高全钢爬架与铝合金模板结合附着式升降脚手架的结构稳定性、操作便捷性和安全性，降低施工过程中的风险，为高层住宅施工提供更加高效、经济的解决方案。

1" "工程概况

以某市住宅项目作为施工对象，该项目总施工面积为12.75m2，共有8栋楼体，其中3#和5#楼为15层，其余楼栋为20层。每栋楼外部周长整体长度为162.4m，垂直方向防护高度为12.4m，垂直方向防护面积为22354.45m2，每栋楼外部均采用复合式升降脚手架，脚手架覆盖面积为1235.4m2。

为满足施工要求，该工程项目决定3#和5#楼外墙采用附着式升降脚手架，其余楼栋外墙采用悬挑式脚手架。建筑工程具体施工参数配置如表1所示。

2" "附着式升降脚手架优化设计

为提高工程项目的施工安全性，针对上述施工项目，本文对升降脚手架结构进行优化设计。

2.1" "结构设计

2.1.1" "基础结构选型

针对上述工程项目，本文首先对升降脚手架的结构进行选型。在高层建筑施工项目中，通常使用竖向的主框架作为升降脚手架的基础结构，而不同类型的框架形式对应的支撑效果以及稳定性能也有所不同。按照内部结构，竖向主框架一般可以分为3种，分别是强力支撑框架形式、弱力支撑框架形式以及桁架形式[4]。

强力支撑框架采用刚性连接，能够提供较好的支撑效果和稳定性。其优点是承载能力较强，适用于高层建筑施工中对承载能力要求较高的场合；缺点是结构较为复杂，制作成本较高。弱力支撑框架采用柔性连接，能够节省材料，降低成本。然而，其整体强度较小，稳定性相对较差，容易发生变形。

桁架具有较强的抗弯性能，适用于跨度较大的情况。然而，其存在较多的斜杆，占据了较多的施工空间，影响后续施工操作。此外，桁架结构的自重较大，对施工设备和材料的要求较高。基于本工程的实际情况，对几种结构进行综合考量，最终本文选择竖向主框架中的强力支撑框架结构作为脚手架的主结构。竖向强力支撑架结构如图1所示。

2.1.2" "其他结构选型

除了竖向主框架外，升降脚手架还需要考虑其他结构的选型，如横梁、立柱、平台板等。这些结构的选择，需要根据具体施工条件和使用要求进行综合考虑。

本文选择刚度在205MPa以上的横梁为平板台提供有效支撑，选择可调节高度的15m立柱作为脚手架的主要支撑结构，并选择A8规模且具有防滑功能的平板台作为脚手架的主要施工区域，承载力为大于等于2560MPa。

2.2" "铝合金标准模块尺寸与截面设计

2.2.1" "铝合金标准模块尺寸

为满足本文工程的高层建筑施工特点，本文选取的附着式升降脚手架标准模块的尺寸为4.5m×4.5m×2.5m，设定横梁与支撑体系之间的间距为1245mm，爬梯长度为750mm。铝合金标准模块正视图如图2所示。

2.2.2" "铝合金标准模块截面形状

铝合金模板的截面形状一般为矩形或工字形。其中矩形截面具有较强的抗弯能力，适用于跨度较大的情况；工字形截面则具有较强的抗剪能力，适用于承载较大的情况。根据高层住宅的施工需求，本文选择工字形作为截面形状。铝合金模板的壁厚应根据其承载能力和稳定性要求来确定，壁厚太小会导致承载能力不足，而壁厚太大则会增加材料成本和重量[5]。根据相关标准和工程经验，本文将壁厚范围设置为2～4mm。为了提高铝合金模板的承载能力和稳定性，本文在截面设计中加入了直径为12mm的加强筋。加强筋可以增加模板的刚度和抗弯能力，同时还可以减少变形和开裂现象的发生。

根据模板的承载需求，本文将横向加强筋设置在模板底部，每隔300～500mm安装一道，每道加强筋由两根平行的钢筋组成。纵向加强筋设置在模板的侧边，安装距离为450mm，在模板角落采用L形加强筋进行固定。

2.3" "脚手架结构优化设计

2.3.1" "脚手架整体结构

脚手架整体高度为15000mm，宽度为620mm，架体离剪应力墙之间的垂直距离为450mm。本文通过增加斜杆数量，提高架体的支撑稳定性[6]。选用由钢管制成的立杆，立杆直径为48mm。由于脚手架具备升降功能，因此本文选取了两种不同长度的立杆，分别为2m和4m。同时，为确保连接件的强度和可靠性，本文采用螺栓连接的方式对立杆与其他构件进行连接，螺栓型号为8.8S圆柱头螺栓。脚手架整体结构如图3所示。

2.3.2" "脚手板结构

脚手板是施工人员作业的平台，其参数对于施工安全和效率有影响。根据承载需求和稳定性要求，本文选择厚度为5～10mm和长宽均为0.6～1.2m的钢板或木板作为脚手板。为了提高防滑性能，在脚手板表面添加橡胶材质的接触面。为覆盖整个施工区域，采用高度为25m的立网框，并选择直径为25mm的钢丝或钢筋作为网线材料，以确保其具有足够的强度和耐久性。

2.3.3" "脚手架搭设要求

根据楼层高度和施工需求，将脚手架分成若干段进行搭设，每段高度控制在一定范围内，以提高整体稳定性。为加强立杆、横梁、脚手板等构件之间的连接强度，采用可靠的焊接或螺栓连接方式，确保整体结构的牢固和稳定。在脚手架顶部设置卸荷装置，将施工载荷均匀传递至建筑物主体结构上，避免集中载荷对脚手架造成过大压力[7-8]。在脚手架上设置安全网、安全护栏等防护措施，确保施工安全。同时加强安全管理，定期检查和维护脚手架结构，及时发现和处理安全隐患。

3" "工程应用效果分析

通过合理的立杆、横梁和脚手板设计，以及分段式搭设方法的应用，增强了脚手架的整体稳定性。同时，为进一步确保脚手架在使用过程中的稳定性，本文以不同节点下的承载力以及偏移量作为检验标准，对脚手架的稳定性进行检验[9-10]。脚手架稳定性检测结果如表2所示。

从表2中可以看出，各节点的承载力均达到了一定的要求。节点最低承载重量为1800kg，高于施工中的预期载荷；节点的最大偏移量为4.2mm，均在安全范围内。研究结果表明：节点在承受荷载时保持了较好的稳定性，以此可以证明脚手架的结构较为稳定，能够为施工提供一定的安全支持。

4" "结束语

本文以某高层住宅建筑项目作为施工对象，分别从脚手架的主结构、铝合金标准模块尺寸与截面参数、加强筋、立杆、横梁、脚手板、立网框等构件的参数和连接方式进行了优化设计。通过优化设计，提高了全钢爬架与铝合金模板结合附着式升降脚手架的结构稳定性、操作便捷性和安全性，降低施工过程中的风险

尽管本文对高层住宅全钢爬架与铝合金模板结合附着式升降脚手架的优化设计进行了深入研究，但仍然存在一些不足之处。本文的研究主要集中在结构优化和升降系统控制方面，对于其他因素如材料疲劳性能、防坠落设计等方面的研究尚不够深入。

未来的研究可以从以下几个方面展开：一方面是深入研究材料的疲劳性能，以延长脚手架的使用寿命；另一方面是加强防坠落设计的研究，提高施工安全性能。希望通过后续研究，不断完善该脚手架系统的设计和应用，为高层住宅建筑的安全施工提供更加可靠的保障。

参考文献

[1] 赵宝，金泰羽，徐靖杰，等.铝合金模板与悬挑脚手架配合施工技术研究[J].天津建设科技，2023，33（6）：59-62.

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[3] 岳桂杰，保承军.基于ANSYS的附着式升降脚手架桁架结构优化设计[J].兰州工业学院学报，2022，29（4）：7-9+37.

[4] 谢向阳.钢管外脚手架稳定承载力研究及设计优化[J].施工技术，2021，50（14）：129-133.

[5] 吴程晨.附着式升降脚手架附墙支座总成的优化设计[J].建筑机械，2021（7）：87-89+95.

[6] 余明淦，刘立范，姚大伟，等.半潜式生产平台下浮体建造脚手架施工方案分析[J].中国修船，2021，34（3）：39-43.

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[8] 刘垚.附着式升降脚手架力学特性分析及其设计[D].西安：西安建筑科技大学，2021.DOI：10.27393/d.cnki.gxazu.2021."000387.

[9] 刘垚，蔡安江.附着式升降脚手架不同工况下的预应力模态分析[J].建筑机械化，2021，42（01）：59-62.DOI：10.13311/j.cnki.conmec.2021.01.016.

[10] 周豪.附着式升降脚手架运行姿态估计与控制研究[D].长沙：中南林业科技大学，2023.DOI：10.27662/d.cnki.gznlc.2023.000303.

（甘肃机电职业技术学院，甘肃天水" "741000）