異形建筑外腳手架施工技術

仲 通 卞漢新 劉文宇

江蘇南通二建集團有限公司新疆分公司 新疆 烏魯木齊 830000

1 工程概況

烏魯木齊文化中心（圖1）總建筑面積約247 980 m2，其中地下部分55 772 m2。本工程由六大場館和中心花蕊文化塔及地下室組成。六大場館建筑外觀基本相同，均為垂直面和橢圓曲面交錯布置，且橢圓曲面自±0.00 m以上隨層高上升逐漸變大，形成“上大下小”的曲面造型。

本文選取具有代表性的美術館，介紹了本工程異形結構的外腳手架體系優化選擇、深化設計、結合特殊部位對架體的細部處理、外腳手架使用時的注意事項及施工要求。

美術館首層（平臺層）為橢圓形建筑平面，橢圓長軸長100.8 m，短軸長63 m；美術館2～5層大部分為橢圓結構（由9個圓心組成，半徑隨樓層上升逐漸擴大），垂直面與大橢圓平面交接處由小橢圓平滑過渡（隨樓層面上升，小橢圓圓心及半徑均不同）。

2 美術館、城市規劃館腳手架施工難點

2.1 造型復雜，結構形式多樣

烏魯木齊文化中心整個工程以“雪蓮”為造型。六大場館為相對獨立的相似“花瓣”，造型相當復雜。結構形式多樣，美術館與城市規劃館均有斜向懸挑，斜向逐層外擴，立面大開洞，四周型鋼混凝土梁、柱交錯連接，異形結構等給該工程外腳手架施工帶來了較大難度（圖2）。

圖1 烏魯木齊文化中心

圖2 美術館結構示意

2.2 外立面存在大量型鋼梁和斜柱

2個場館平面外圍懸挑大量鋼結構、鋼-混凝土組合結構以及鋼結構加層。美術館標高7.38～37.5 m平面結構外圍懸挑部分采用鋼框架結構體系。型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁的穿筋；鋼結構放樣、吊裝、組裝、矯正及連接，尤其外立面斜向鋼管混凝土柱，給該工程外腳手架的施工帶來了較大的難度（圖3）。

圖3 美術館三層平面示意

2.3 女兒墻懸挑過大

女兒墻設置于屋面層外圍四周，懸挑長度平均為1.5 m，且該層離地高度為37.65 m，異形懸挑女兒墻給該工程外腳手架的施工增加了較大的難度。

2.4 外防護架存在大量圓弧形

弧形鋼管彎制難度大，整體穩定性難以保證，且搭設過程中安全管理難，這給本工程外腳手架的施工帶來了難度。

3 腳手架體系選擇

常用的腳手架體系有落地式腳手架、懸挑式腳手架、整體提升式腳手架等。美術館建筑高度為37.65 m，屋面層樓板外側邊沿懸挑出1層樓板外側邊沿平均7.2 m。落地式腳手架（坐落層室外地坪）搭設簡單，但經過計算需要搭設至少9排滿堂架才能滿足安全及施工要求。美術館首層橢圓長軸為100.8 m，短軸為63 m，搭設整體落地式腳手架工作量相當大，同時材料無法周轉使用，費用相當高且嚴重影響各個工序施工；逐層懸挑腳手架搭設簡單靈活，雖可隔層周轉，但場館單層面積很大，各種長度工字鋼的需求量大，同樣不經濟；整體提升腳手架一次搭設，每層提升勞動強度低，安全防護功能好，但只能適用于建筑物外立面無變化或變化較小的建筑物，不適用本工程。

結合本工程美術館外懸挑邊緣多為鋼筋桁架樓承板的特點，美術館外腳手架采用落地架和懸挑架結合的搭設方式。美術館尾部垂直段1～3層選用落地架，坐落層為地下室頂板，搭設高度為3層（約為22.5 m），4～5層選用懸挑架，搭設高度為2層（約17.0 m）；除垂直段外其余部位均用落地架，坐落層為本層鋼筋桁架樓承板，高度為超出上層混凝土板1.8 m。

4 腳手架設計

4.1 垂直段架體設計

1～3層落地架立桿縱向間距取1.5 m，橫向間距取0.8 m；腳手架內立桿與墻體距離按250 mm設置；連墻件按每層3跨設置；步距取凈距1.8 m，懸挑架第1步架步距取1.5 m。

4～5層懸挑架外腳手架立桿縱向間距取1.50 m，橫向間距取0.80 m；腳手架內立桿與墻體距離按250 mm設置；連墻件按每層3跨設置；步距取凈距1.80 m，懸挑架第1步架步距取1.50 m設置。懸挑水平鋼梁采用16#工字鋼，具體設置如下：無懸挑構件部位，工字鋼長度為3 m，建筑物外懸挑長度1.15 m，主梁外錨固點距離建筑物邊緣0.10 m，懸挑段計算長度1.25 m；建筑物外錨固點以內工字鋼長度1.75 m，扣除主梁端部0.20 m及2個錨固鋼筋之間距離的一半0.10 m，工字鋼錨固段長度以1.45 m計算。工字鋼端部往內0.10 m處設置1道鋼絲繩作為保險鋼絲繩，不參與計算。

4.2 橢圓段架體設計

美術館3層橢圓段選用雙排落地架，架體坐落層為2層頂板。外腳手架內側立桿距層高22.38 m混凝土梁邊緣500 mm，立桿之間水平間距1 500 mm，橫向間距900 mm，步距800 mm，架體高出2層頂板面1.5 m。為保證架體整體穩定性，設置水平間距為4.5 m的拋撐和鋼管抱柱。外架立桿由6 m和3 m鋼管交錯連接（圖4）。

主體結構在施工的過程中合理劃分施工段，采用立體交叉平行流水作業法，多工種多工序相互穿插、緊密銜接。將外圍混凝土樓板、外圍鋼結構梁柱、外圍鋼筋桁架樓承板、外圍防護架的施工形成局部流水，第n層外側混凝土梁板澆筑10 d后，開始安裝懸挑結構，同時搭設外防護架，然后支設n＋1層模板支撐架，澆筑n＋1層混凝土。上一層混凝土結構施工時，其下一層鋼結構懸挑部分及鋼筋桁架樓承板已施工完畢，經計算已能承受上部結構施工的荷載。由于下部的懸挑部分比上部混凝土結構平均大1.5 m，因此，其外側采用定制欄桿作臨邊圍護，內側混凝土部分采用傳統的鋼管架體系，既能滿足施工要求，又保證安全[1-4]。

待層高22.38 m處外圍混凝土梁合模后，外邊緣鋼結構梁開始安裝鋪設鋼筋桁架樓承板前，將長3 m鋼管拆除（圖5）。其余各層均按此方法搭設。

圖4 橢圓段架體布置示意

圖5 外防護架逐層搭設示意

分段搭設各層腳手架，為鋼結構放樣、吊裝、組裝、矯正及連接提供了工作面。外立面斜向鋼管混凝土柱處外腳手架采用下部斷開，上部加強的連接方式，既保證了架體的穩定性又不影響斜鋼管混凝土的施工。

鋼結構施工圓管柱間采用抱箍式雙道安全繩，圓柱施工采用定制的操作平臺，同時逐層設置外挑網。外挑網在標高為14.88、22.38、29.88 m的樓層外圍布置，外挑網鋼管與斜柱進行抱箍，抱箍鋼管形成整體布局，在外挑網中部設置1根鋼管與下部鋼梁下端進行連接支撐，防止外挑網向下傾斜。

每個外挑網與鋼柱的連接節點不少于4根鋼管。每2個外挑網之間需用安全網進行鋪設，不留間隙，保證現場作業人員的安全（圖6）。

根據本工程場館外圍無剪力墻的特點，模板支撐架拆除后，開始拆除外防護架，拆防護架同時安裝定型化防護。該定型化防護與傳統鋼管防護架相比，更加安全、經濟、美觀。

圖6 鋼結構安裝防護示意

5 腳手架細部處理

5.1 混凝土懸挑部位外架布置

美術館層高7.38 m處最外圈外腳手架為單排反向支撐架，僅在支設最外圈梁模板及綁扎最外圈梁鋼筋用，混凝土澆筑及后期均不上人，只起防護作用。該反向支撐架立桿與模板支撐架立桿間距為600 mm，斜撐水平間距1 500 mm，沿美術館該處高支模架體搭設方向均勻布置，豎向間距為500 mm，腳手架立桿與小橫桿處均布置水平攔腰桿。支設于下方的落地式模板支撐架除采用水平間距4.50 m的拋撐外，同時采用間距4.05 m的鋼管抱柱形式的連墻件，抱柱鋼管與結構柱及鋼管柱間要夾好木方或護角，避免結構柱柱角破壞，并做好成品保護（圖7）。

圖7 混凝土懸挑部位架體布置示意

5.2 美術館屋面層女兒墻外圍外腳手架布置

美術館屋面層女兒墻外腳手架采用單排鋼管懸挑方式，該外架只起圍護作用，禁止承重。在澆筑女兒墻內側鋼筋桁架樓承板混凝土時預埋φ20 mm的鋼筋，在每根懸挑鋼管上套設φ60 mm塑料套管，長度與女兒墻厚度相同。外圍防護懸挑架立桿距女兒墻外邊緣700 mm，立桿之間水平間距1 500 mm，沿女兒墻外邊緣均勻布置，其上布置2道攔腰桿（步距750 mm）。懸挑架水平鋼管長3.5 m，穿過預埋在樓板外邊緣500、1 700 mm處φ20 mm的鋼管圓箍，該水平鋼管懸挑出女兒墻外邊緣1 000 mm，沿女兒墻方向水平間距1 500 mm。女兒墻內側水平鋼管距末端800 mm處正交布置6 m長鋼管，用扣件與水平懸挑鋼管連接，注意對每根鋼管扭矩逐一檢測，保證其安全性和整體性（圖8）。

圖8 女兒墻架體布置示意

5.3 美術館外圍防護架拆除后的臨邊防護

每層模板支撐架拆除后，開始安裝定型化防護欄桿，然后拆除相應部位外防護架。定型化防護欄桿與鋼管防護欄桿相比有以下優點：安全性高；周轉使用，節約成本；美觀，大方。根據樓層面的弧度及樓層內部各種類型洞口尺寸制作定型化防護欄桿。玻璃幕墻的安裝擬采用吊籃施工，不使用防護架。

6 結語

本工程異形結構對外腳手架搭設要求較高，對架體進行深化設計、大膽創新，在確保安全施工的同時，最大程度加快工期、節約成本，得到業主、監理方的一致好評。

烏魯木齊文化中心各大場館主體已封頂，在整個施工過程中，外腳手架施工順利，架體強度、剛度、穩定性均滿足使用要求，外形美觀大方，取得了較好的社會效益和經濟效益。