高層建筑升降腳手架施工技術(shù)研究

李華磊

高層建筑的定義在不同國家和不同地區(qū)有不同的理解，1972年召開的國際高層建筑會議確定為：

第一類高層建筑9一16層（最高到50m）；

第二類高層建筑17一25層（最高到75m）；

第三類高層建筑26一40層（最高到100m）：

超高層建筑40層以上（高度100m以上）.

我國建設(shè)部5民用建筑設(shè)計通則6（JGJ37一87）中規(guī)定，高層建筑是指10層以上的住宅及高度超過24m的公共建筑及綜合建筑。高層建筑是隨著近代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活的需要發(fā)展起來的，是商業(yè)化、工業(yè)化和城市化的結(jié)果。城市人口集中、用地緊張及激烈的商業(yè)競爭，又加速了現(xiàn)代高層建筑發(fā)展，而科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、輕質(zhì)高強(qiáng)材料的出現(xiàn)以及機(jī)械化、電氣化、計算機(jī)在建筑中的廣泛應(yīng)用又為高層建筑的發(fā)展提供了物質(zhì)和技術(shù)條件。

高層建筑在古代就有，我國古代建造的不少高塔就屬于高層建筑。如公元523年建于河南登封縣的篙岳寺塔，10層、高40m，為磚砌單筒體結(jié)構(gòu).國外古代亦有高層建筑，古羅馬帝國的一些城市就曾用磚石承重結(jié)構(gòu)建造了10層左右的建筑。古代的高層建筑，受當(dāng)時技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件限制，不論是承重的磚墻或筒體結(jié)構(gòu)，壁都很厚，使用空間小。

近代高層建筑是從19世紀(jì)以后逐漸發(fā)展起來的。建于1883年的美國芝加哥家庭保險公司大樓 （HomeInsuraneeBuildi雌），共11層，55m高，是近代高層建筑的開端，與傳統(tǒng)砌筑結(jié)構(gòu)不同，它采用鑄鐵框架承重結(jié)構(gòu)，這標(biāo)志著一種新的結(jié)構(gòu)體系誕生。19世紀(jì)末20世紀(jì)初是近代高層建筑發(fā)展的初始階段，鋼結(jié)構(gòu)被應(yīng)用到高層建筑中，使建筑物的高度超過了100m。1931年紐約建造的帝國大廈（EmpirestateBuilding），有102層，3slm高，享有/世界最高建筑0的稱呼長達(dá)40年之久。20世紀(jì)50年代以后，隨著新材料、新工藝以及新的結(jié)構(gòu)體系的引進(jìn)和發(fā)展，使得高層建筑進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段，高層建筑在世界各地不斷出現(xiàn)，層數(shù)和高度都有大幅度的突破，建筑結(jié)構(gòu)體系也呈多樣化、復(fù)雜化。1974年美國芝加哥建成了當(dāng)時世界上最高的西爾斯大廈（SearsTower），110層，高443m，目前排名第三。世界第二高樓為馬來西亞吉隆坡的國家石油大廈，樓高451m，88層。韓國漢城正在建造的國際商務(wù)中心，130層，我國高層建筑的發(fā)展與國外類似。我國近代高層建筑起源于上海，1906年建造了上海和平飯店南樓，1929年建造了上海和平飯店北樓.1959年建成的北京民族飯店，12層，高47.7m，標(biāo)志著我國自行設(shè)計和建造高層建筑的開端，1968年建成的廣州賓館，27層，高88m，成為19世紀(jì)60年代我國建成的最高建筑。改革開放以后，我國社會經(jīng)濟(jì)快速增長，人民生活水平大幅度提高，我國高層建筑蓬勃發(fā)展，各大城市和一批中等城市都興建了大量高層建筑。20世紀(jì)90年代是我國高層建筑發(fā)展最快的時期。我國高層建筑的發(fā)展令世界矚目，無論在層數(shù)還是高度上己經(jīng)走在世界前列，已逐步成為世界建造高層建筑的新的重心。據(jù)世界高層建筑與城市住宅委員會（CTBUH）的排名，己建成的世界十大高樓中，我國兩岸三地占6棟。其中，我國臺灣的101購物中心，101層，樓高50m，位居第一。上海仍是我國內(nèi)地高層建筑的重心，最新統(tǒng)計表明，上海高層建筑達(dá)到2100幢，其中100米以上的超高層建筑有140余幢，其中上海金貿(mào)大廈，88層，高420.5m）。即將建成的上海環(huán)球金融中心，101層，高492m.

2 高層建筑的結(jié)構(gòu)材料和類型

近代高層建筑的結(jié)構(gòu)材料，主要有鋼筋混凝土、鋼及鋼一鋼筋混凝土組合三類。鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、自重輕、施工速度快等優(yōu)點，但其耗鋼量大，工程造價高。從世界上最高的100棟建筑物的結(jié)構(gòu)材料來分析，鋼結(jié)構(gòu)占45%，鋼一鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)占26%，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)占19%。我國受經(jīng)濟(jì)條件的限制，高層建筑和超高層建筑大量的還是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其次是鋼一鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)，用得最少的是鋼結(jié)構(gòu)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)和鋼一鋼筋混凝土混利進(jìn)行施工而搭設(shè)的工作平臺或作業(yè)通道。從廣義上來說，在我國一般將臨時架設(shè)在建造中的建筑物或結(jié)構(gòu)物周圍為方便施_工人員的結(jié)構(gòu)施工或外墻裝飾作業(yè)以及為在操作時堆放建筑材料的輔助施工設(shè)施，或在混凝土澆注過程中為固定模板而架設(shè)的臨時支撐系統(tǒng)，統(tǒng)稱為施工腳手架系統(tǒng)。從狹義角度上來說，腳手架則一般僅指前者。腳手架的技術(shù)進(jìn)步和革新進(jìn)展與社會經(jīng)濟(jì)及建筑業(yè)的發(fā)展是相協(xié)調(diào)的。解放后，我國腳手架工程的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段。第一階段是解放初期到60年代，腳手架主要利用竹、木材料，由于它的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，目前在我國特別是南方地區(qū)、香港地區(qū)仍然較多的使用竹木腳手架。60年代到80年代，隨著我國鋼鐵工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，扣件式鋼管腳手架得以大量推廣應(yīng)用，出現(xiàn)了鋼管扣件式腳手架、各種鋼制工具式里腳手架與竹木腳手架并存的第二階段。進(jìn)入90年代以后，隨著土木工程的發(fā)展，國內(nèi)一些研究、設(shè)計、施工單位在從國外引入的新型腳手架基礎(chǔ)上，經(jīng)多年研究、應(yīng)用，開發(fā)出一系列新型腳手架，進(jìn)入了多種腳手架并存的第三階段。其中，由于高層以及超高層建筑在建設(shè)工程中所占比重迅速擴(kuò)大，同時，對腳手架在安全可靠、快速和經(jīng)濟(jì)方面提出了更高的要求，附著升降式腳手架開始在建筑施工市場上出現(xiàn)并得以迅速發(fā)展。建筑施工附著升降腳手架是僅需搭設(shè)一定高度并通過附著支撐結(jié)構(gòu)附著于高層、超高層工程結(jié)構(gòu)上，具有防傾覆、防墜落裝置，依靠自身的升降設(shè)備和裝置，可隨工程結(jié)構(gòu)施工逐層爬升直至結(jié)構(gòu)封頂，并繼而為滿足外墻裝飾作業(yè)要求實現(xiàn)逐層下降的輔助施工外腳手架，它可以滿足結(jié)構(gòu)施工、安裝施工、裝修施工等施工階段中工人在建筑物外側(cè)進(jìn)行操作時施工工藝及安全防護(hù)的需要。它是80年代末、90年代初在挑、吊、掛腳手架的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是適應(yīng)高層建筑、特別是超高層建筑施工需要的新型腳手架。附著升降腳手架按腳手架爬升方式可分為以下幾類：互爬式附著升降腳手架、套管式附著升降腳手架、懸挑式附著升降腳手架、導(dǎo)軌式附著升降腳手架、導(dǎo)座式附著升降腳手架和它們之間的組合應(yīng)用，等等。附著升降腳手架按腳手架的組架方式可以分為以下幾類：單片式附著升降腳手架、多片式附著升降腳手架、整體式附著升降腳手架。附著升降腳手架按提升設(shè)備可以分為以下幾類：手拉葫蘆式附著升降腳手架、環(huán)鏈電動葫蘆式附著升降腳手架、升板機(jī)式附著升降腳手架、卷揚機(jī)式附著升降腳手架、液壓式附著升降腳手架。

對于高層、超高層建筑的施工，附著升降腳手架要比傳統(tǒng)的落地式外腳手架、挑、吊、掛腳手架材料用量低，使用經(jīng)濟(jì)，特別是當(dāng)建筑物的高度在50m以上時，附著升降腳手架的適用性、經(jīng)濟(jì)性顯得尤為突出。余宗明，曾對扣件式鋼管腳手架、碗扣式鋼管腳手架、門式架、橋式架、外掛架以及吊籃架和電動整體升降腳手架進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析，結(jié)論表明，除電動整體升降腳手架外，其他形式的腳手架體系的價格隨高度的增加而增大，電動整體升降腳手架的價格不隨高度的增加而加大，基本呈水平狀態(tài)，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢只有當(dāng)高度超過45m時才有優(yōu)勢。附著升降腳手架作為高層建筑或超高層建筑施工的外腳手架，與常規(guī)落地腳手架相比，能顯著地減少腳手鋼管和扣件等設(shè)備材料的占用量，與一般的懸挑腳手架相比，能較大幅度的提高施工效率，而且，如果解決了風(fēng)荷載的問題，設(shè)計可以不受高度限制。基于以上優(yōu)點，這種腳手架從八十年代中期開始，在高層建筑施工中正逐步得到廣泛采用。1996年建設(shè)部在推廣應(yīng)用10項新技術(shù)的指導(dǎo)意見中就提到在高層建筑施工中，應(yīng)積極慎重地推廣懸挑式腳手架和整體爬升腳手架。腳手架是臨時架設(shè)在建造中的建筑物或結(jié)構(gòu)物周圍，是為方便施工人員的結(jié)構(gòu)施工或外墻裝飾作業(yè)以及作為在操作時堆放建筑材料的輔助施工設(shè)施，或在混凝土澆注過程中為固定模板而架設(shè)的臨時支撐系統(tǒng)。腳手架主要受豎向荷載作用，對于超高層建筑而言，水平風(fēng)荷載亦起主要作用。超高層建筑腳手架架體構(gòu)造部分由傳統(tǒng)的扣件式鋼管腳手架發(fā)展而來，我國的學(xué)者和工程師曾對扣件式鋼管腳手架進(jìn)行過大量的研究，以致力于相關(guān)設(shè)計計算規(guī)范的完善工作。中國建筑科學(xué)研究院早在上世紀(jì)六十年代就對扣件式鋼管腳手架展開過實驗研究。