高空倒掛腳手架在上海國際金融中心的應用研究

徐俊杰

摘要：超大城市群不斷生長，其天際線不斷被突破，超高建筑也日新月異，且其建筑機電系統齊全、功能日益復雜，超高施工難度劇增，特別是超高建筑外部高空管線施工的需求不斷凸顯，因此高空倒掛腳手架的支撐體系對整個工程而言日益重要，其不僅需要精密計算校核，也需要因地制宜選擇合理的體系和構造來確保穩定性，編制嚴密的施工方案，加強過程質量管控、安全性能的核驗及記錄，經實際工程應用驗證安全且可靠，為進一步大面積應用提供可參考、復制的經驗。

關鍵詞：懸挑;倒掛腳手架;超高層建筑;高空機電施工平臺

倒掛腳手架是懸挑腳手架的一種變形，是一種新型腳手架，其克服了滿堂腳手存在的弊端，受周邊環境條件影響較小，適用于操作地面高度較高，跨度較大，無法搭設懸挑腳手架、滿堂腳手架的工程。典型的倒掛腳手架，是通過上橫桿、上水平桿、下水平桿等受力在非懸挑的混凝土結構或鋼結構上方，通過預留孔洞與腳手架體系的立桿連接，再通過鋼絲繩兜底保險的一種腳手架體系，在具體荷載傳遞過程中，主要受力的上部橫桿和水平桿的穩定程度、支撐點的強度等諸多因素直接影響著腳手架的整體穩定性和施工人員的安全。

本文結合具體工程，從計算和施工兩方面對該類超高空倒吊腳手架的應用來研究。

1 工程概述

上海國際金融中心項目由中國結算、上海證券交易所、中國金融期貨交易所三家單位分別立項開發建設。項目占據陸家嘴金融城東擴“第一排”的重要位置，由三座塔樓以“品”字形組成，面向楊高南路。三座塔樓在空中構成“金融之門”，向世紀廣場敞開。作為一個大型金融建筑體，建成后將進一步豐富陸家嘴金融貿易區的“天際線”。

本工程地下5層，地上22～32層，總建筑面積516784平方米，由三棟超高層辦公樓組成，塔樓地上1層為大堂，地上4～6層為數據中心機房，其他樓層為辦公、會議、餐飲。

上海國際金融中心——上交所過道樓道板底需要安裝通風及水管，為了不影響主體結構，這些管道安裝在結構外側，并設計安裝馬道。反底安裝位置至地面高度40米，且安裝區域垂直地面結構多樣，地面高低不平，存在道路或者其他建筑物，出于安全及節省施工步驟，減少施工難度，顧排除搭設落地腳手架方案，決定使用倒掛腳手架方案來解決反底安裝施工的問題。

2 本案例說采取的倒吊腳手架的方案

本方案為配合廊橋7層下面機電安裝施工所用，由7層底下7軸—21軸，東西兩側面和中間的四個部位，所要搭設安裝水、電、風、橋架等需安裝的腳手架，結構頂約39米高，所搭設部位三個面，中金所，中國結算，上交所搭設部位成T形。

現場條件和要求，根據現場實際情況不可能從地面網上搭設腳手架，綜合以上要求和進度各種因素，通過現場踏勘，熟悉圖紙，了解作業要求和經多方案比較后采用，懸掛腳手架由7層面鋼梁的兩側，每隔5米，寬3.5米，中間每隔5米開預留洞，由7層面向下倒掛3～4.5米作用安裝所使用的腳手架。

3 倒吊腳手架承載力等安全校核

3.1 基本參數

立柱橫向間距或排距la（m）：1.50，腳手架步距h（m）：1.60;

立桿縱向間距lb（m）：1.50，

立桿上端伸出至支撐點的長度a（m）：0.30，平臺底鋼管間距：300（mm）;

鋼管類型（mm）：Φ48×3.2，扣件連接方式：懸吊桿為雙扣件;

3.2 荷載參數

竹笆自重：8KG/m2;

欄桿自重：10KG/m2;

施工均布荷載標準值：100KG/m2;

材料堆放荷載標準值：80KG/m2;

活荷載合計：180KG/m2;

腳手架總荷載安全系數：1.7

3.3 計算簡圖

3.4 縱向水平鋼管計算

縱向鋼管按照均布荷載下連續梁計算，截面力學參數為

截面抵抗矩 W= 4.49 cm3;

截面慣性矩 I= 10.78cm4;

3.4.1 荷載的計算

（1）腳手板與欄桿自重（kN/m）：

q11 = 0.010 + 0.010×0.320 = 0.0132 kN/m;

（2）堆放材料的自重線荷載（kN/m）：

q12 = 1.000×0.320 = 0.320 kN/m;

（3）活荷載為施工荷載標準值（kN/m）：

p1=1.000×0.300 = 0.300 kN/m

3.4.2 強度計算

最大彎矩考慮為三跨連續梁均布荷載作用下的彎矩。

最大彎矩考慮為靜荷載與活荷載的計算值最不利分配的彎矩和;

最大彎矩計算公式如下：

最大支座力計算公式如下：

均布恒載：q1=1.2×q11+1.2×q12=1.2×0.013+1.2×0.300=0.376kN/m;

均布活載：q2=1.4×0.320=0.448kN/m;

最大彎距Mmax=0.1×0.376×1.5002+0.117×0.448×1.5002=0.2025kN.m;

最大支座力N=1.1×0.376×1.500+1.2×0.448×1.500=1.427kN;

截面應力σ=0.2025×106/（4490.0）=45.1N/mm2;

縱向鋼管的計算強度45.1小于 205.000 N/mm2，滿足要求！

3.4.3 撓度計算

最大撓度考慮為三跨連續梁均布荷載作用下的撓度;

計算公式如下：

均布恒載：q=q11+q12 =0.313 kN/m;

均布活載：p=0.300 kN/m;

V=（0.677×0.313+0.990×0.300）×1500.04/（100×2.060×105×107800.0）=1.160mm

縱向鋼管的最大撓度小于1500.000/250與10;

3.5 橫向支撐鋼管計算

支撐鋼管按照集中荷載作用下的三跨連續梁計算;

集中荷載P取縱向板底支撐傳遞力，P=1.376kN;

最大彎矩Mmax=0.919 kN.m;

最大變形Vmax=7.707 mm;

最大支座力Qmax=7.539kN;

截面應力σ=202.627N/mm2;

橫向鋼管的計算強度小于205.000 N/mm2;

支撐鋼管的最大撓度小于1500.000/150與10 mm;

3.6 扣件抗滑移的計算

按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》，雙扣件承載力設計值取16.00kN，

按照扣件抗滑承載力系數0.80，該工程實際的旋轉雙扣件承載力取值為12.80kN。

R≤Rc

其中Rc--扣件抗滑承載力設計值，取12.80kN;

縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設計值 R= 7.539kN;

R<12.80kN，所以雙扣件抗滑承載力的設計計算;

4 施工工藝

4.1 倒吊腳手架的搭設步驟

（1）本懸掛腳手架，利用7層面為懸掛的立足點，搭設人員分為8人為一組，7層4人，地面4人。

（2）第一步在7層面放置預留洞，為10公分圓形，預埋φ100PVC套管。大鋼梁的外側二邊長5米，寬3.5米為一組，中間8軸—10軸，11軸—12軸，16軸—17軸，18軸—20軸，分為每5米一組，局部12軸—13軸風機管，長11米寬2.5米，15軸—16軸長11米寬2.5米，搭設起點為2米一組。

（3）第二步：搭設前地面4人首先嚴格檢查制作小橫桿立桿和鋼管扣件材質，在地面的4人，用立桿4.5米，小橫桿3.5米，制作成凹字形，底部加2只保險扣件。

（4）第三步：靠電梯側面，搭設一條長10米，寬1米，高38米腳手架立桿縱距1.5米，步距1.8米，每5米設剪刀撐一副，作為架子工施工的腳手架，由地面用雙立桿排腳至16米，16米以上單立桿，腳手架的連接桿跟鋼樓梯平臺用長50公分鋼管連接好。內側鋼樓梯用電焊焊牢，外側腳手架用扣件扣牢，連接桿的縱距為3.5米，步距也是3.5米，設一根點確保腳手架連接牢固。拆除時按反方向一步一步向后退拆。

（5）第三步：吊裝時圍好警戒線，由上面的人用對講機與地面聯系，用麻繩從預留洞中放到地面。4人把制作好的凹形小橫桿吊到7層面超出15公分，再將立桿用鋼管固定在7層面，并附加2只保險扣件。

（6）第四步：吊裝好的凹形小橫桿3副以上，第二組的搭設人員由洞梯樓梯間走到7層底部搭設好的落地腳手架上，帶好安全帽，系好安全帶，由7層面的工作人員將鋼管傳給下面搭底部的格柵，防護欄桿。

（7）第五步：當7層底下搭成5米倒掛條形架時。搭設人員在從樓面下的工形鋼二側面，在搭設井字形的鋼管架，作為每隔5米，搭設立桿的立足點，每根工字鋼的間距為2米，工字鋼的型號：高度45公分，寬度35公分懸掛腳手架，兩根工字鋼之間用2米長鋼管，兩頭用18號鐵絲綁扎好木枕扎牢，固定在工字鋼上。每副立桿的底部扣小橫桿，并加有保險扣件。

（8）第六步：本架體縱向兩邊需每4.5㎡設置剪刀撐一副（夾角45度-60度），在搭設防護欄桿高度不低于1.5米及密目網、擋腳板，鋪好鋼笆，并用18鐵絲將鋼管的四角扎牢，以防脫落。架體底部增設水平剪刀撐加強。

（9）第七步：拉保險鋼管繩，用φ12的鋼絲繩，由7層面寬2.5米預留孔內向下圍腳手架的底部繞一圈，在7層面用繩夾固定牢，每隔5米的預留孔拉一根。安裝生命鋼絲繩索，安裝人員安裝時必須將安全戴扣在生命繩索上工作，確保施工人員的安全。

4.2 搭設作業

（1）搭設金屬扣件雙排腳手架，必須嚴格按國家《建筑安裝安全技術規程》、市建工局關于《高層建筑雙排鋼管腳手架施工規定》和施工組織設計的要求進行設計和搭設。

（2）搭設前應嚴格進行鋼管的篩選，凡嚴重銹蝕、薄壁。嚴重彎曲及裂變的桿件不宜采用。

（3）嚴重銹蝕、變形、，螺栓螺紋已損壞的扣件不宜采用。

（4）腳手架的基礎除按規定設置外，必須做好排水外理。

（5）鋼管腳手架座立于槽鋼上的，必須有地桿連接保護普通腳手架立桿必須設底座保護。

（6）不宜采用承插式鋼管做底步立桿交錯之用。

（7）所有扣件緊固力矩，應達到4—5kg·m，雙扣件部位應全數進行力矩檢查。

（8）同一立面的小橫桿，應對等交錯設置，同時立桿上下對直。

（9）斜桿接長，不宜采用對接扣件。應采用疊交方式，二只回轉扣件接長，搭接距離視二只扣件間隔不少于0.4m。

4.3 腳手架的驗收

本工程的驗收按《上海市建設工程安全生產管理資料實例》及上海市鋼管腳手架（83）201號（87）525文件規范要求、和《建筑施工門式鋼管腳手架安全技術規范JGJ128-2010》及有關施工要求制度進行驗收，驗收合格后即掛合格牌，交付項目使用。

4.4 腳手架的中途檢查，保養及管理

定期觀察立桿的垂直度。

仔細觀察各桿件的綁扎件，連接件是否松脫爆裂，桿件是否有移位情況。

及時維修鋪設竹笆、安全網及綁扎點，防止人、物從空洞中墜落。

連接件是否牢固，及時清理聚積在腳手架操作層上堆積物。

架體上嚴禁集中堆載，腳手架荷載為180kg/m2不能超重，堆物不得超過設計荷載。

腳手架上根據消防要求，全面配置滅火器。

4.5 倒吊腳手架的拆除

腳手架拆除時同樣具有極大的危險性，必須嚴格按照搭設的反程序進行拆除，即、鋼網→安全笆→防護欄桿→擱柵→斜拉桿→大橫桿→凹型小橫桿→立桿。所有拆除的鋼笆、鋼管運到馬道上，20根一捆用電動機捆好，由馬道上面吊到地面，再由工人每只規格分類堆好，地面監控人員跟著上面拆除的位置進行地面上的監護。

5 結語

上海國際金融中心所使用的腳手架，所選用的體系、桿件和其他配件的載荷，均依照規范進行抗彎強度、擾度變形和穩定性校核，計算校核滿足要求，實際搭設并投入使用的懸挑腳手架，使用較為合理，安全有一定的富裕度，全過程均滿足事先設定的各項指標，使用中未出現異常情況，建議可以在相關領域得以較大范圍推廣。

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（作者單位：上海市安裝工程集團有限公司）