基于設(shè)計(jì)與安全分析的附著式升降腳手架布置研究

馬宏斌

（甘肅第七建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

腳手架的主要作用在于為不同高度的施工作業(yè)提供了安全可靠的操作平臺(tái)。在低多層和高層建筑中，腳手架是隨著建筑物高度的逐漸增加逐層搭設(shè)的；即使如此，當(dāng)搭設(shè)高度超過(guò)50m時(shí)，根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130-2011）的規(guī)定，須編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案，且經(jīng)專(zhuān)家論證通過(guò)后方可實(shí)施。可見(jiàn)，腳手架的使用范圍在高度上受到了比較大的制約，附著升降式腳手架技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。因此，從發(fā)展歷程上來(lái)看，附著式升降腳手架的前身便是扣件式鋼管腳手架。

附著式升降腳手架 （Attached lifting scaffold），在國(guó)外的應(yīng)用或研究可見(jiàn)于《Sway stiffness of Scaffold structures》 （Godley，1997）、《Analysis of large proprietary access scaffold structures》（Beale，2001）等文獻(xiàn)[1，2]。在國(guó)內(nèi)，從20世紀(jì)80年代就已有研究和應(yīng)用，多見(jiàn)于穩(wěn)定性等方面的理論計(jì)算和基于有限元方法的彈塑性分析研究[3-5]。

顯而易見(jiàn)，其優(yōu)勢(shì)在于，它依附于建筑物結(jié)構(gòu)本身，通過(guò)架體自身的升降裝置與設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了自由升、降的目的，并且具有較好的防治傾覆效果，安全性極大提高。

1 項(xiàng)目概況

建筑物概況：工程主體地上34層，地下4層；地下一層為非機(jī)動(dòng)車(chē)庫(kù)，地下二至四層為汽車(chē)庫(kù)、設(shè)備用房，一至二十一層為住宅，總建筑面積19358.79m2，建筑基底面積541.35m2。住宅地上建筑面積17338.79m2，住宅地下建筑面積2020m2。建筑高度98.06m。建筑結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，合理使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為8度。本建筑為一類(lèi)高層居住建筑，耐火等級(jí)為地上一級(jí)、地下一級(jí)。

附著式升降腳手架概況：擬從第二層開(kāi)始預(yù)埋，第四層頂板澆筑后開(kāi)始吊安裝，采用13.5m高5步架體，架體高度覆蓋建筑樓層4層半。共使用附著式升降腳手架平臺(tái)周長(zhǎng)約為212.1m，布置1組35個(gè)附著式升降腳手架平臺(tái)機(jī)位，機(jī)位平均跨度3.75m，覆蓋建筑外圍總面積533.34m2。若有其他未考慮部分根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行密封。附著式升降腳手架（LZC10型）結(jié)構(gòu)主要由附墻導(dǎo)座、導(dǎo)軌主框架、腳手架單元、提升、防墜、防傾、控制等系統(tǒng)組成。腳手架單元由框加焊接組件、型鋼腳手板、斜撐桿、剪刀撐桿、外側(cè)鋼絲防護(hù)網(wǎng)，內(nèi)翻板等組成。由工廠制作為定型構(gòu)件并折疊起來(lái)以方便運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)打開(kāi)即可迅速吊裝就位，根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和總包單位的施工安排情況，沿著建筑物標(biāo)準(zhǔn)層周邊布置升降架。

2 附著支座處的預(yù)留預(yù)埋

架體安裝及其精確性涉及到腳手架在負(fù)荷過(guò)程中的安全性，尤其是在承受風(fēng)荷載等水平荷載時(shí)抵抗傾覆力矩的作用，是保證工程安全的重要步驟。本工程附著式升降腳手架擬從第3層開(kāi)始使用。因此，從第3層開(kāi)始預(yù)留預(yù)埋工作，此層每個(gè)機(jī)位處預(yù)留預(yù)埋兩個(gè)附墻固定導(dǎo)向座安裝孔，兩個(gè)孔之間的橫向水平距離為170mm，采用雙螺桿附著。當(dāng)建筑物結(jié)構(gòu)主體施工至4層時(shí)，開(kāi)始預(yù)埋上吊掛件穿墻螺桿孔洞塑料管，預(yù)埋方法如圖1所示。需要注意的是，在埋設(shè)時(shí)預(yù)留孔必須垂直于結(jié)構(gòu)外表面，吊掛件附墻螺栓孔與固定導(dǎo)向座附墻螺栓孔相距350～400mm，預(yù)留孔左右位移誤差應(yīng)小于20mm。

1）應(yīng)根據(jù)以上所述，按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定穿墻螺桿孔洞預(yù)留位置尺寸，及時(shí)提供給操作班組，做好技術(shù)要求及交底，按要求預(yù)埋好塑料管。如圖2所示。

圖1 預(yù)埋示意圖

圖2 架體安全連接示意圖

2）當(dāng)施工至外墻樓板面準(zhǔn)備澆筑底板梁混凝土?xí)r，需按機(jī)位布置圖精確預(yù)留安裝孔洞，預(yù)留孔使用內(nèi)孔40mm、壁厚大于2mm的PVC塑料管即可，管兩端用寬膠布封住，以防止混凝土澆灌時(shí)進(jìn)入管內(nèi)而堵塞預(yù)埋孔。

3 架體過(guò)塔吊附臂的安全技術(shù)措施

考慮架體自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求，附著式升降腳手架架體平面布置時(shí)，重點(diǎn)注意：

1）在擬定塔吊附臂位置布置塔吊附墻處專(zhuān)用吊橋式折疊架，且應(yīng)保證吊橋式折疊架架體立桿與塔吊附臂最靠近處中心留有不少于250mm的距離。

2）吊橋式升降平臺(tái)底層腳手板制作為可翻轉(zhuǎn)型腳手板。當(dāng)附著式升降腳手架升降時(shí)遇到上幾層塔吊附臂影響平臺(tái)升降時(shí)，先拆除塔吊附臂處的那層吊橋式折疊架腳手板的外側(cè)防護(hù)鋼絲網(wǎng)中間的連接螺栓，并向兩端往內(nèi)折疊該處防護(hù)網(wǎng)；再拆除該層腳手板的的中間連接螺栓組件，最后，用手動(dòng)絞盤(pán)拉起腳手板到兩端立桿處固定，以保證塔吊附臂順利通過(guò)該層腳手板。

3）升降完成后，立即將所有拆除件和翻轉(zhuǎn)件恢復(fù)到位即可。

4 附著式腳手架橫桿計(jì)算方法

在考慮豎向荷載計(jì)算橫桿受力時(shí)，近似其為二跨連續(xù)梁，計(jì)算其在承受均布荷載工況下的撓度和強(qiáng)度[6]。計(jì)算示意圖如圖3所示。

圖3 橫桿承受均布荷載計(jì)算示意圖

本工程采用13.5m的架體，最大跨度4.8m，以最大跨度進(jìn)行驗(yàn)算。其中，

跨中最大彎矩：

支座最大彎矩：

式（1）、式（2）中，M1max、M2max、q1、q2、l2分別為橫桿跨中及支座最大彎矩、靜荷載及活荷載計(jì)算值、橫桿跨度。

二跨連續(xù)梁均布荷載工況下的最大撓度：

式（3）中，Vmax、q1、q2、EI、l分別為橫桿最大撓度、靜荷載及活荷載計(jì)算值、橫桿截面慣性矩及跨度。

計(jì)算得出附著式升降腳手架吊裝布置示意圖，如圖4所示。

圖4 附著式升降腳手架吊裝示意圖

5 結(jié)論

近年來(lái)，有關(guān)腳手架安全事故頻發(fā)，如何減少甚至杜絕此類(lèi)事故的再次發(fā)生已成為工程師和研究人員重點(diǎn)關(guān)注的施工技術(shù)熱點(diǎn)之一。附著式升降腳手架在高層建筑中的廣泛應(yīng)用，必須以精確的力學(xué)分析和可靠的現(xiàn)場(chǎng)布置為前提，只有保證該項(xiàng)技術(shù)的安全性才能保障工程項(xiàng)目整體的經(jīng)濟(jì)、安全、合用，也是提高工程質(zhì)量水平的重要措施。

本文從國(guó)內(nèi)外的研究和應(yīng)用情況入手，以某高層建筑附著式升降腳手架的應(yīng)用為依托，通過(guò)架體安裝的預(yù)留預(yù)埋、安全技術(shù)措施和架體設(shè)計(jì)計(jì)算方法介紹和分析，給出了架體布置方式及示意圖，以期為類(lèi)似項(xiàng)目腳手架的設(shè)計(jì)和施工安裝提供參考。