高層住宅樓懸挑式腳手架結構設計與施工技術研究

周蒙強

（北京鐵城工程咨詢有限公司，北京 100001）

0 引言

懸挑式腳手架作為一種常見的施工設備，在高層住宅樓的建設中發揮著不可替代的作用。懸挑式腳手架因其獨特的結構特點和靈活的應用方式，成為高層住宅樓施工中的優選方案。然而，其在實際應用過程中，也面臨著諸多挑戰，如結構穩定性、承載能力、施工安全等問題[1]。因此，對懸挑式腳手架的結構設計進行優化，提高其承載能力和穩定性，同時研究施工技術的創新與應用，對于保障高層住宅樓施工的順利進行具有重要意義。

近年來，眾多學者開展研究，并已具有一定研究成果。如王朝暉等[2]針對高層建筑建造中普遍應用的型鋼懸挑腳手架設計與施工，分析了型鋼懸挑梁的設計計算模型，給出模型參數的取值標準，并建立了U 形拉環在混凝土樓板上錨固破壞的三棱柱體模型，給出錨固承載力設計計算方法。再如黃必成等[3]以深汕科技生態園（A 區）為例，針對全鋼附著式腳手架在高層，超高層建筑中的深化設計與施工技術進行探討。季超等[4]對裝配式結構外防護架進行研究，分析了外墻防護腳手架施工方案的選擇，確定了三角組合型鋼懸挑腳手架的應用方式。在該背景下，本文通過對高層住宅樓懸挑式腳手架結構設計與施工技術的研究，提出優化措施和解決方案。結合實際工程案例，對研究成果進行驗證和應用，為高層住宅樓懸挑式腳手架的施工提供有益的參考。

1 工程概況

本工程包含8 棟23 ～33 層的高層住宅樓與8 棟2 ～3 層的商業樓。其底層腳手架的基礎主要直接鋪設在地下室頂板上，少數部分則建立在回填土之上。針對8 棟主樓的外腳手架，從第2 層起，在8、14、20、26 層設置懸挑，總共分為五段進行搭建。首段采用落地式雙排鋼管腳手架，從地面起至2 層板面，最高處達1.8m，共設置兩層腳手架。接下來的四段則采用懸挑式鋼管腳手架，分別從各層的板面開始搭建，每段的最大搭設高度均為18m，每段包含十層腳手架。以13#樓為例，其最高處達到102.2m，地下室頂板位于-0.45m 處。腳手架的步距統一設定為1.8m，以此標準進行計算與布置。

2 高層住宅樓懸挑式腳手架結構設計

2.1 選取懸挑架的桿件節點

桿件節點作為腳手架的連接點，承受著來自不同方向的力和力矩，考慮節點的受力情況。在懸挑架中，節點主要承受拉力、壓力和彎矩。對于懸挑梁節點，使用以下公式來計算其受力：

節點的選取還需要考慮材料的強度和穩定性。節點的穩定性可以通過分析其幾何形狀和連接方式來實現。例如，通過增加節點的支撐或改變其連接方式，可以提高節點的穩定性。

2.2 計算抗彎強度

懸挑式腳手架的兩排加外伸設計，確保了施工過程中的穩定性和安全性。在對其進行抗彎強度計算時，特別關注橫向水平桿的性能，尤其是在外伸梁最危險的情況下。考慮到腳手板、活荷載容量和墻本身的均布荷載，確定了最大跨度、最大承載力和最危險變形的橫向橫桿。1m 長簡支、1.2m 懸挑的設計，對支架的剛度也提出了要求。

假設橫向水平桿上的均布荷載為q（包括腳手板和活荷載以及自重），則最大彎矩K可以通過以下公式計算：

式中：L表示簡支段跨度與懸挑長度之和，即L=1m+1.2m=2.2m。

接下來，計算橫向水平桿的抗彎截面模量W。設橫向水平桿為矩形截面，其寬度為b，高度為h，則得出：

抗彎強度R可以通過最大彎矩和抗彎截面模量來計算，聯立上述公式，即可得到橫向水平桿抗彎強度的計算公式：

通過合理的結構設計和材料選擇，確保橫向水平桿在承受施工荷載時具有足夠的抗彎強度，從而保障整個腳手架挑撐式結構的穩定性。

2.3 設計懸挑式結構腳手架

工程腳手架設計獨特，適應不同樓層需求。2層以下采用全封閉落地式，確保穩固基礎；2 層以上則選用全封閉懸挑式，每6 層翻轉1 次，外挑高度達23.4m，高效且安全。懸挑型鋼采用16a 槽鋼U 口水平，結構穩固，每外挑單元設有兩層作業層和三層竹笆片層。

腳手架的結構尺寸經過精心選定，以確保施工安全與效率。大橫桿步距定為1.8m，首層則特別設定為1.5m。立桿的縱距和橫距分別為1.5 和0.95m，確保結構穩固。外立桿與外墻邊距為1.15m，內立桿則為0.2m。腳手板采用竹笆片與杉木擋腳板[5]，為保證施工過程中的安全，每個臺階都設置了保護護欄。外墻保護采用了高密度綠色防護網，提供有效防塵與防護。懸挑槽鋼梁間距為1.5m，長度達3.35m，并通過2Φ14 圓鋼牢固固定在樓面上。所有桿件均選用Φ48mm×3.5mm 規格的鋼管，確保結構強度和穩定性。

施工單位創新性地采用了倒三角形承力結構作為懸挑式外腳手架的支撐體系，即懸挑式結構。此結構融合了型鋼挑梁與斜撐桿，斜撐桿材料選用常見的鋼管，既經濟又實用。

3 高層住宅樓懸挑式腳手架施工技術

3.1 布置H 型鋼懸挑架

在高層住宅樓施工過程中，為確保懸挑工字鋼錨固環的精準定位與穩定預埋，用PVC 管材來模擬工字鋼的鋪設路線，參照懸臂外側框架的布置，對錨固環進行定位和預埋，以保證在PVC 管材上預留的孔洞能順暢地通過。采用涂料在鋁合金模板上噴涂工字形“U”形卡環，并在定位標志處進行鉆孔，嚴格控制孔徑和孔深，確保鉆孔角度與巖體面垂直。清孔后，安置精心制作的H 型鋼懸挑梁[6]，并采用M40 砂漿進行灌漿，同時按比例摻入早強劑，增強其強度。

在灌漿過程中，采用0.5MPa 的壓力進行灌注，確保砂漿能夠充分填充孔隙。待砂漿強度達到要求后，進行架體的搭設工作。對于巖體內的凹處，調整懸挑鋼梁的鉆孔方向，使其微向上方起翹，角度控制在3°～5°。

懸臂梁必須具備足夠的錨固力及截面抗彎能力，當普通主梁采取懸臂梁形式時，腳手架桿需直接置于懸臂梁之上，此時水平懸臂梁的縱向間隔需與上方腳手架桿的縱向間隔保持一致。為了保證上層構架的穩定，在上層腳手架的立桿和懸挑支架之間，一定要有牢固的定位連接。另外，在橫挑梁或縱連梁上，應該焊有150 ～200mm、外徑φ40mm 的鋼管，立桿下面安裝一根清掃桿[7]。

3.2 安裝倒凹字形鋁塑板

在施工過程中，為了防止相鄰鋁合金材料模板和工字鋼之間的相互沖撞，通過密封技術，使工字鋼能更穩定地穿入定型化的擠塑聚苯乙烯泡沫板內。在工字鋼上緊密裝配定型化聚苯板，以保證其表面平整堅實。然后制成倒凹字型鋁塑板，并將其恰當地布置于懸挑工字鋼套進的聚苯板二側部位，倒凹字型鋁塑板安裝如圖1 所示。

圖1 倒凹字形鋁塑板安裝

將凹型鋁塑板固定好后，分段安裝鋁模壁板。在此工藝中，尾部鋁片的安裝是非常關鍵的，裝在一根懸掛的工字鋼上，尺寸65mm×65mm，并且是單側鉆孔。而這一小塊鋁合金板材，則是用來制作鋁條的加強背楞，其側面孔位與鋁條上的打孔孔位是一模一樣的，保證安裝牢固可靠。采用銷片與銷子相結合的方法，實現了鋁合金模板墻板的高效連接。一個接一個地安裝其它的鋁合金模板和壁板，形成完整的全混凝土外墻主體結構。

3.3 搭設連續墻

在進行第n+1 層可拆式外挑框架施工時，應注意墻體構件的安裝和固定。通過準確地安裝垂直鋁合金模板，設置貫穿墻體的錐形可拆式連墻件，連墻件與巖壁之間的有效連接。這一步驟不僅增強了腳手架的整體穩定性，還提高了其承載能力，從而有效預防了傾倒和倒塌等重大事故的發生。

隨著施工進程的推進，拆除墻柱鋁合金模板，并使用錘子輕輕敲出“內嵌螺帽式”錐形套管，為第n+1 層主體結構留出錐形孔位。將裝配式可拆卸連墻件巧妙地穿過結構預留的孔洞，實現了外架與主體結構的穩固連接。由于該項目的主要建筑都是混凝土結構，尤其是在窗臺節點、窗下反坎和外窗洞口周圍，都使用了M16 圓鋼與Φ48mm×3.5mm 鋼管焊接的連墻件，以確保施工的安全與高效。連墻件如圖2 所示。

圖2 連墻件示意圖

在圖2 所示的結構中，剛性連接與柔性連接的巧妙結合，確保了腳手架的穩定性和安全性。連墻件中的錨桿，選用HRB400Φ25 的高強度鋼筋，錨入巖壁深度不小于4m。豎向間距2.4m，水平間距3.0m 的設置。危巖兩側設置的鋼絞線吊拉點，間距10m，有效地增強了結構的整體穩定性，防止因巖石松動而導致的安全問題。

3.4 封閉架體

當腳手架內立桿與墻體之間的凈距離小于或等于200mm時，腳手架的穩固性得到了一定程度的保證，施工人員可以在此空間內安全作業。當結構設計要求凈距離大于200mm 時，為了穩固性，必須放置站立板。站立板要平整，更要牢固，要有承重能力以確保施工人員在作業過程中不會因站立板松動或不平整而發生意外。而對于施工層上方的腳手架，封閉工作同樣重要。每隔3.6m 以及底部，都需要用雙層網兜進行封閉。這一措施不僅可以防止施工材料掉落傷人，還能有效地減少施工現場的灰塵和雜物飛揚，從而改善施工環境，保障施工人員的健康。

4 實例分析

4.1 工程準備

高層住宅樓懸挑式腳手架施工需要儀器具體參數如表1所示。

表1 儀器具體參數

對高層住宅樓懸挑式腳手架施工現場進行勘察，利用經緯儀、全站儀等儀器，對腳手架的垂直度、水平度進行測量，確保其滿足標準要求。對腳手架的關鍵節點進行加固處理，選取5 個節點作為樣本，如表2 所示。

表2 腳手架節點樣本

在腳手架的上述5 個節點施加標準荷載，使用載荷測試儀測量并記錄實際承載能力。記錄實際承載能力，驗證該高層住宅樓是否符合標準要求，工程結果如表3 所示。

表3 承載能力測試結果

4.2 工程結果

根據表3 可知，所有樣本節點的實際承載力均超過了施加的標準荷載，也高于設計承載能力。這表明高層住宅樓懸挑式腳手架在關鍵節點的承載能力表現出色，能夠滿足施工過程中的負載要求。這一結果說明腳手架的設計和施工質量是可靠的，能夠有效地支撐和傳遞荷載。

5 結論

高層住宅樓懸挑式腳手架結構設計與施工技術研究，不僅關乎施工安全與效率，更是推動建筑行業技術進步的關鍵一環。通過本次深入研究，針對懸挑式腳手架的結構設計提出了優化方案，并優化其施工技術。通過測試，得到結論如下：

（1）應用所提方法后，所有樣本節點的實際承載力均超過了施加的標準荷載，也高于設計承載能力。

（2）本次對腳手架的設計有效提升了其承載能力和穩定性。同時，在施工技術方面，探索并實踐了一系列創新方法，顯著提高了施工效率，降低了安全風險。