整體提升腳手架體系的防火設計和施工*

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近年來由于高層建筑施工中火災事故頻發，對于完善高層建筑施工過程中安全防火措施的需求更加迫在眉睫。要徹底遏制火災的發生，不但要從源頭控制火源的產生，而且需要大量采用耐火建筑施工材料。本文從高層建筑施工用整體提升腳手架這一普遍采用的施工設施入手，設計了一種滿足該體系正常施工的防火圍護體系[1,2]。

1 整體提升腳手架體系的防火設計

整體提升腳手架架體系統是整體提升電動腳手架的骨架，為施工提供操作面以及安全圍護。架體系統采用片架式構造，各片架分成若干標準節，標準節均為定型化預加工，施工現場將標準節拼裝為片架，標準節之間為承插式構造，保證連接為剛性連接，片架與片架之間采用扣件式腳手管連接，架體最下層采用花紋鋼板作為走道板，其余各層采用鋼板網走道板，腳手架外立面采用沖孔鍍鋅鋼網板作為外圍圍護[3,4]，架體系統立面如圖1所示。

腳手架立面圍護系統利用特制的鋼管連接件將沖孔鍍 鋅鋼網板同腳手架的圍護鋼管相連，同時各網板通過螺栓相互固定連接，形成一個整體的圍護立面。

圖1 整體提升腳手架結構示意

沖孔鍍鋅鋼板采用30 mm×30 mm×3 mm角鋼作為主框架，外包尺寸1 900 mm×895 mm，框架上通過φ4 mm抽芯鋁鉚釘固定沖孔鍍鋅鋼網板，網板孔徑10 mm，梅花形布置，橫向中心孔距12 mm，縱向中心孔距10 mm，整體開孔率為50%，透風系數0.5。框架長邊及短邊各開2 個φ10 mm網板連接孔（圖2）。

圖2 沖孔鍍鋅鋼網板示意

鋼管連接件利用2 塊厚5 mm鋼板經過沖壓形成一定弧度，其中一塊上焊接網板連接板，2 塊鋼板用M10螺栓連接固定（圖3）。

圖3 鋼管連接件示意

每步腳手架體豎向可裝配1 塊網板，圍護網板通過鋼管連接件同每步架體的上部和下部的圍護鋼管欄桿連接固定，同時圍護網板4 個側邊通過連接螺栓可相互連接（圖4）。

圖4 圍護網板連接固定示意

腳手架防火水平圍護系統則利用鋼板網為面板的鋼框走道板作為標準層走道板，頂層、底層則采用花紋鋼板作為封閉層走道板，形成架體的水平圍護體系。

鋼框走道板主框架采用40 mm×3 mm角鋼，上鋪厚4 mm鋼板網或厚4 mm花紋鋼板作為面板。主框架兩側分別焊接鋼管定位卡板，用于同架體的水平走道鋼管定位。位于標準層的走道板首先利用卡板同走道鋼管初步定位，然后通過鐵絲扎牢固定，固定方式簡便快速，通用性強。

位于底層的走道板可通過U形卡同走道鋼管連接固定，同時一端設置厚3 mm花紋鋼翻板，作為同結構間間隙的封閉措施，另一端同豎向的外圍護網板通過螺栓相連固定，作為架體水平和立面圍護交界處的封閉措施。

2 計算分析

2.1 工況分析

計算假定施工約250 m高層建筑外墻，取常規4.5 m機位間距，高19 m的10 步架體為參考，根據施工流程，整體提升爬架系統施工工況分為工作工況、爬升工況以及臺風工況，分別對應架體不同的附著形式：

工況1：爬升工況，采用6級風壓進行爬升工況驗算。

工況2：工作工況，按照規范采用10 年期最大風壓，實際使用過程中，遇到8級及以上大風應停止施工。

工況3：臺風工況，采用12級風進行驗算。此時應增加拉結，清除架體上部堆載。

2.2 荷載

1）恒載標準值GK。有限元模型中，整體提升爬架結構材料自重可以自動計算；經過實際測算，對于鍍鋅圍護板取自重標準值為8.2 kg/m2。鋼絲網片10.8 kg/m2，花紋鋼板自重采用33.4 kg /m2。

2）施工活荷載標準值Qk。包括施工人員、材料及施工機具等自重。本報告中整體提升腳手架處于結構施工階段時，荷載按2 層同時作業計算，使用狀況時按每層3 kN/m2計算，升降及墜落狀況時按每層0.5 kN/m2計算。

3）風荷載標準值wk按下式計算：

式中：βz——風振系數，取1.0；

μz——風壓高度變化系數，在本工程中高度取250 m處，對應的μz=2.24；

w0——基本風壓，爬升情況取6級風荷載，對應風速為13.8 m/s，風壓為0.192 kPa；使用狀態采用上海市10年期最大風壓，為0.4 kPa；臺風采用12級風，對應風速為36.9 m/s，風壓為0.85 kPa；

本工程中按照敞開情況考慮，開孔率0.5的圍護網板與架體綜合擋風系數經計算為φ=0.55，則μs＝1.3×0.55＝0.715。

2.3 有限元模型

有限元模型如圖5所示。

2.4 整體提升腳手架計算結果

1）爬升工況：爬架結構在本工況下的桿件最大拉應力為117.8 MPa，承載力滿足要求，最大壓應力為146.6 MPa。爬架結構整體在本工況下的最大變形為32.5 mm，發生在爬架最頂端，如圖6、圖7所示。

圖5 防火整體提升腳手架有限元模型

圖6 爬升工況腳手架最大應力云圖

圖7 爬升工況腳手架最大變形云圖

2）使用工況：爬架結構在本工況下的桿件最大拉應力為159.3 MPa，承載力滿足要求，壓應力為160.2 MPa。爬架結構在本工況下的最大變形為28.8 mm，發生在爬架中部最頂端，如圖8、圖9所示。

圖8 使用工況腳手架最大應力云圖

圖9 使用工況腳手架最大變形云圖

3）臺風工況：爬架結構在本工況下的桿件最大拉應力為149.2 MPa，承載力滿足要求，壓應力為114.4 MPa。爬架結構在本工況下的最大變形為3.75 mm，如圖10、圖11所示。

3 整體提升腳手架的工程應用

3.1 工程概況

上海船廠（浦東）區域2E5-1地塊T1樓位于上海市陸家嘴區域，地面以上結構總高度分別為255.35 m，55 層，現澆混凝土框架核心筒結構，標準層高為4.2 m，主樓外包尺寸48 m×48 m。

圖10 最大應力云圖

圖11 最大變形云圖

根據該項目核心筒結構特點以及結構整體施工部署的要求，本工程外框架T1樓布置48 個整體提升腳手架機位，標準機位間距為4.5 m，結構轉角處采用3.4 m間距。腳手架采用高19 m的10步式架體，水平和立面圍護都采用前述的防火圍護體系。

3.2 整體提升腳手架的應用情況

在上海船廠項目應用的整體提升腳手架目前已經正常施工40 個流水段，滿足施工安全和工期進度要求。并且一體化的外圍護設計，對施工架體的外觀起到了一定美化作用（圖12）。

圖12 上海船廠項目整體提升腳手架施工實景

4 結語

從社會效益考慮，整體提升腳手架的防火設計及在工程中的應用，不但起到了防止建筑施工中架體火災情況的發生，而且整個施工建筑的外觀相比傳統綠網腳手更有一定的提高和美化作用。從經濟效益和環保方面考慮，該腳手體系的防火材料可重復周轉使用，材料費用可多個項目進行攤銷，相比傳統木板、竹笆腳手體系，不但降低了一次性施工成本，而且達到了環保和節能減排的作用。