在受限空間內搭設雙排落地式腳手架的技術應用

張 焱 皮利學 李 萌 趙 慶 李東濤

（北京建工一建工程建設有限公司，北京 100000）

0 前言

由于新建工程施工場地受限，在土方工程階段無法實現放坡開挖，因此越來越多的建筑工程選擇了直壁開挖的方式。因為肥槽空間狹小、作業受限、工程地下結構施工階段雙排落地式腳手架搭設困難等涉及施工安全的問題層出不窮，所以為了解決在受限空間內搭設雙排落地式腳手架的這些問題，產生了新的搭設技術[2]。

1 工程概況

1.1 工程地理位置、現場條件及設計概況

該工程位于北京市豐臺區長辛店鎮張郭莊村，西至規劃長辛店北路，東至長辛店北九路，北至規劃長辛店北三十三路，南至規劃長辛店北十八路。勘察報告顯示，建筑場地位于永定河斷裂帶，場地地勢平坦，自然地面標高為66.97m～70.62m。據調查，場地地下無管線、溶洞、河道、墓穴等對施工不利的地下埋藏物。水位受永定河歷史最高水位和豐水期水位標高的影響，可按61.00m考慮。場地西側、北側各設置2臺容量為400kVA的變壓器，供現場施工使用。現場用水由場地內市政管網接入。該工程由14棟住宅樓、6棟配套樓組成，其中主樓住宅地上15層，地下3層，車庫地下2層，最高建筑高度44.6m；該工程占地面積46514.49m2，總建筑面積164105.47㎡。

1.2 落地腳手架工程概況

1.2.1 腳手架性質、用途及荷載限定

該工程地下外墻腳手架采用雙排落地式鋼管腳手架，連接方式為扣件連接。為方便施工并保障周邊行人、車輛通行安全，該工程雙排落地式腳手架沿著結構外圍全封閉搭設。雙排落地式腳手架搭設范圍包括車庫地下兩層、主樓-3～4層及屋頂機房層、附屬配套S1～S6地上及地下。其中主樓搭設至地上4層頂，施工荷載值為2kN/m2，同時考慮2層施工。

1.2.2 腳手架部位及相關參數

搭設部位：地下車庫、主樓、附屬配套樓；搭設高度：21.1m；混凝土強度等級：梁板C35/C30，柱C40；架體基礎情況：粉質黏土、砂質粉土、人工填土、型鋼梁和混凝土結構（車庫頂板）；地基承載力：綜合考慮110kPa。

1.2.3 腳手架工程重點、難點、特點

該工程項目體量較大、工序繁多，施工現場用地面積緊張，場內道路回轉不便，工程材料進場數量較多，雙排落地式腳手架搭設在地下部分的肥槽位置和地上部分的窗井位置存在較大的施工困難。由于該工程土方開挖方式為直壁開挖，因此采取排樁支護的形式進行邊坡支護，肥槽寬度最大處僅1m且有礙于支護樁上面的腰梁和錨桿，導致該部分雙排落地式腳手架搭設必須斷開；窗井位置下方無支撐，需要設置型鋼梁；這一系列的因素都在很大程度上制約了工程施工的進展。

2 腳手架設計

2.1 腳手架基礎設計

肥槽內腳手架在搭設前須進行地基夯實，地基承載力應滿足設計要求，腳手架立桿下設置墊木。鋪放墊木和安放底座墊塊必須平穩，不得使立桿懸空，當安放底座時，應拉尺定位，先按規定的間距尺寸擺放，然后固定[3]。

2.2 架體設計

該工程雙排落地式腳手架采用傳統的鋼管和扣件進行搭設，根據實際情況并結合該工程特點，具體設計參數如下：1）架體采用?48.3mm×3.6mm鋼管[2]，所有進場鋼管應有有效的檢測報告，其材質性能應符合現行國家標準《碳素結構鋼》的有關規定，對進場的鋼管進行壁厚檢驗，考慮到市場實際情況，綜合規范要求，其實際壁厚應≥2.8mm。當鋼管有壓扁、裂縫、結疤、分層、錯位、硬彎、毛刺和深的劃道等缺陷時嚴禁使用，鋼管內外壁應涂刷防銹漆。2）地下部分立桿橫距0.6米、縱距1.5米、步距1.8米，內側立桿距墻0.3米，地上部分立桿橫距0.8米，縱向距離1.5米，步距1.8米，內側立桿距墻0.3米。縱向水平桿設置在立桿內側，其長度不小于3跨。縱向水平桿接長宜采用對接扣件連接。3）當鋪設腳手板時，為防止出現探頭板，可增加小橫桿的布置。4）架體本身及架體與地庫墻體的間隙設置安全兜網，除第一層架體外，每步架體底部均設置安全兜網，與墻體之間的安全兜網每兩步設置一道，考慮到臨邊作業，在地下施工階段架體的兩側每步中間位置設置一道縱向水平桿作為安全防護欄桿[1]。5）主體結構一側與肥槽相連，將另一側臨地庫頂板的架體斷開，在架體側面設置“之”字形斜撐。

3 在受限空間內搭設雙排落地式腳手架的技術要點

3.1 在肥槽受限空間內采用“三角體系”搭設落地式雙排腳手架的技術要點

由于部分地下室外墻距支護樁距離不足1米，樁外有鋼制腰梁，這對外墻雙排落地式腳手架搭設存在制約，導致部分架體靠近支護樁的一排立桿延伸到支護樁腰梁位置時被迫斷開，綜合考慮結構穩定性等相關問題，決定在支護樁頂固定一根立桿，固定方式采用鋼管焊接在鋼板上，用膨脹螺栓將鋼板固定在樁頂。在靠近墻體一排立桿向外偏移800mm的位置設置一排立桿，通過縱向桿和小橫桿與靠近墻體的一側立桿連接。被腰梁中斷的立桿在腰梁上方重新搭設且不能與腰梁接觸，腰梁上方立桿向上延伸至出支護樁頂后再向上延伸一步架體高度。在固定在樁頂的短立桿上搭設“三角體系”用以穩固架體，“三角體系”按照跨距搭設，具體參數如圖1所示。

3.1.1 “三角體系”受力分析

該三角體系受力模型如圖2所示，主要對圖1中“節點1”“節點2”和“節點3”進行受力分析。由于在該結構中存在較多的桿系，實際工程中各桿系構件均采用鋼扣件進行連接，因此該體系中所有節點將按照鉸結考慮。對該體系桿件進行力學分析時，需要整體考慮，首先各節點之間的鉸結可對荷載進行傳遞，其次各節點的鉸結還可忽略微變形下所產生的彎矩對結構的不利影響，保證其整體剛度維系在同一個水平上。考慮超靜定及復雜受力體系和在實際工程中的應用，該體系中伸出短桿部分（外伸長度一般不大于100mm）剛度較小，對這次分析的節點變形影響不大，同時節點2對伸出短桿部分的反向作用力也可忽略不計。

圖1 肥槽受限空間腳手架搭設示意圖（尺寸單位：mm）

圖2 三角體系力學模型簡圖

根據綜合考慮的受力模型，支護樁上的兩根立桿與支護樁頂部接觸位置節點可視為剛結點，可以忽略水平向剛度和水平向摩擦力的影響。

在三角體系構件中的多桿系結構作用下，由于桿件之間采用金屬扣件連接，因此力的傳遞不受節點連接方式的影響。

對節點1、節點2、節點3的受力分析：

節點1受2個外力作用，分別為F1、F2；節點2受5個外力作用，分別為F5、F6、F3、F4、F11；節點3受4個外力作用，分別為F7、F8、F9、F10；F1=F7，F2=F5=F11；F4=F8，F5=F1=F2，F3=F6；F3=F4COS30°，F6=F5COS30°，即F4=F5=F11。

在該體系中，主要節點的受力處于平衡穩定狀態，同時得利于該體系中的雙橫桿撐拉作用，使該體系能夠增強整體剛度、防止平面外失穩。通過對該體系橫桿的抗彎及撓曲變形的合格驗算，充分說明了該體系足夠穩定。

3.1.2 腳手架穩定性驗算

該體系的穩定性計算基于該工程概況及其采用的材料特性。該工程采用鋼管鋼材標號為Q235級，為了增加安全系數，鋼管計算壁厚為2.8mm，直徑為48mm。該工程架體計算高度為21.1m，立桿步距h=1.8m，立桿跨距La=1.5m，立桿橫距Lb=0.8m，橫向水平桿計算外伸長度a1=0.1m，內立桿與建筑物距離a=0.3m。腳手板自重標準值Gkjb=0.35kN/m2，結構腳手架荷載標準值Gkjj=3kN/m2密目式安全立網自重標準值Gkmw=0.01kN/m2，欄桿與擋腳板自重標準值Gkdb=0.17kN/m2，每米立桿承受結構自重標準值gk=0.129kN/m，風荷載體形系數us=1，風荷載標準值ωk=0.393。基本風壓ω0=0.3，風壓高度變化系數uz=1.31。縱向水平桿上橫向水平桿根數n=2，橫桿抗彎強度設計值[f]=205N/m2，橫桿截面慣性矩I=101900mm4，橫桿彈性模量E=20600N/mm2，橫桿截面抵抗矩W=4250mm3[3]。

該體系承載能力極限狀態計算如式（1）所示：

式中：q1為該體系在承載能力極限狀態下所承受的線荷載；Gkjb為該體系腳手板的自重標準值；La為立桿跨距；n為縱向水平桿上橫向水平桿根數；Gkjj結構腳手架荷載標準值[3]。

該體系正常使用極限狀態計算如式（2）所示。

式中：q2為該體系在正常使用極限狀態下所承受的線荷載；Gkjb為該體系腳手板的自重標準值；La為立桿跨距；n為縱向水平桿上橫向水平桿根數[3]。

抗彎驗算如式（3）所示。

式中：Mmax為該體系所承受的最大彎矩；q1為該體系在承載能力極限狀態下所承受的線荷載；Lb為該體系立桿橫距；a1為橫向水平桿計算外伸長度[3]。

式中：δ為該體系橫桿抗彎強度實際值；γ0為可變荷載調整系數；Mmax為該體系所承受的最大彎矩；W為該體系橫桿截面抵抗矩；[f]為橫桿抗彎強度設計值[3]。

該體系抗彎滿足要求。

撓曲變形驗算如式（5）所示。

式中：υmax為該體系撓度實際值；q2為該體系在正常使用極限狀態下所承受的線荷載；Lb為該體系立桿橫距；E為該體系橫桿彈性模量；I為橫桿截面慣性矩；[υ]為橫桿撓度設計值[3]。

撓曲變形滿足要求。

3.2 在窗井上用“型鋼支撐”體系搭設雙排落地式腳手架的技術要點

地上部分外墻腳手架搭設受窗井洞口限制導致施工困難。經綜合考慮，窗井上方搭設架體，一排架體搭設在地庫的墻體上，另一排架體搭設在窗井連梁上設置的18號工字鋼上面，采用直徑為16的HPB300級鋼筋做成彎錨件預埋在窗井連梁上，用來固定窗井上的工字鋼。在埋件上部設置10mm厚的鋼壓板并用雙螺母緊固；對接設置連梁上的工字鋼，焊牢接縫處并在接縫上、下面設置寬度為40mm的、厚度為6mm的鋼板，其四周與工字鋼焊接，鋼板從接縫處兩邊延伸出的長度不少于100mm。部分樓體飄窗位置無法在窗井連梁上設置工字鋼和立桿，該部分架體內排桿設置在窗井外墻上，外排立桿由肥槽向上升起，如圖3所示。

圖3 窗井受限空間位置腳手架搭設圖

工字鋼對架體內側立桿的反向支撐力G的作用滿足架體穩定需求，其穩定性驗算可參見該文3.1.2部分。

4 結語

落地式鋼管腳手架搭設在我國建筑行業是十分傳統，且應用十分成熟的技術措施，但在某些空間狹小或者不具備正常搭設條件的施工部位，仍需要創新，改進技術措施，從而保障安全、節約成本和保證工期。此外在施工管理上要加強技術培訓和方案檢查，確保技術措施真正在現場落實。