附著式升降作業安全防護平臺產業高質量發展研究

李改華，郝海濤

(北京韜盛科技發展有限公司，北京 101113)

1 附著式升降作業安全防護平臺發展現狀

附著式升降作業安全防護平臺(以下簡稱“防護平臺”)是中國創造、世界領先的建筑工業裝備，經歷了單元折疊式→節點盤式→積木式全鋼形式的發展。積木式全鋼形式具有以下特點：①安全實用；②構配件通用性強，重復使用率>95%；③綠色環保，周轉次數多；④動力設備自動往復循環，降低工人勞動強度；⑤構配件質量適中，安裝便捷，用工用時少；⑥采用智能精準的控制系統，操控可靠。鑒于以上特點，防護平臺成為目前建筑施工中常用的施工防護裝備。

防護平臺現行技術規范標準主要有JGJ 202—2010《建筑施工工具式腳手架安全技術規范》[1]和JG/T 546—2019《建筑施工用附著式升降作業安全防護平臺》[2]。防護平臺標準的發布實施，標志著附著式升降腳手架(防護平臺)實現了定型化、裝配化、標準化、工具化，宣告附著式升降腳手架由工具式腳手架正式升級為建筑工業行業產品防護平臺，納入了建筑工業制造系列，將長期存在和廣泛應用于建筑市場。

據行業統計資料顯示，防護平臺企業爆發式增長，導致大量低質產品涌入市場，安全事故頻發，嚴重影響行業生態。種種亂象產生的主要原因是技術標準規定不統一，防護平臺廠家自說自話，政府安全部門的管理無從下手，建筑總承包單位無從選擇，嚴重阻礙了防護平臺行業的安全、健康和可持續發展。

2 防護平臺技術爭議點

隨著防護平臺的廣泛應用，其存在的技術問題也日益顯現，主要技術爭議點如下。

1)荷載及計算系數取值不統一 各現行標準規范中規定的荷載、計算系數不統一，且與防護平臺實際施工荷載不符，給設計計算帶來困擾。

2)計算分析模型規定不清晰 規范及防護平臺科技成果評估中，防護平臺的計算體系均采用若干個平臺單元單獨計算，且主框架計算采用平面簡化模型，未考慮所有主要構件對架體主框架的影響，因此計算并不準確。

3)構造要求不合理 規范及防護平臺科技成果評估中要求每個附著支座采用2個螺栓，防護網片與外立桿連接(起剪刀撐作用)等。

4)架體防護高度規定不合理 規范規定架體防護高度≤5倍層高，懸挑高度≤6m[1]，在實際施工中存在安全隱患。

3 技術爭議點分析

針對防護平臺存在的主要技術爭議點，從實際使用情況調研、相關規范規定依據、理論計算模擬分析及試驗驗證等方面開展一系列研究。

3.1 荷載取值及荷載組合

架體的荷載主要包括自重、(施工)活荷載、風荷載。本節主要研究活荷載取值及風荷載計算。

3.1.1活荷載取值

在相關現行規范中，《建筑施工工具式腳手架安全技術規范》、JGJ 59—2011《建筑施工安全檢查標準》及《建筑施工用附著式升降作業安全防護平臺》、GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術統一標準》分別規定每層活荷載標準值為3,3,2,2kN/m2，允許同時作業步數為2,2,3,2。

《建筑施工腳手架安全技術統一標準》中規定原作業腳手架結構施工荷載標準值為3kN/m2，根據主體砌筑用腳手架制定。墻體砌筑作業時，腳手架作業層上需堆放磚塊，擺放砂漿桶，甚至推車，因此規定取施工荷載標準值為3kN/m2。但隨著科學技術的發展，現行的建筑主體結構施工工藝已發生重大改變，不在作業腳手架上大量堆放建筑材料。

《建筑施工工具式腳手架安全技術規范》中第4.8條明確規定，不允許在架體上推車。

通過對800棟樓防護平臺施工現場的實地調研，堆放材料的質量、施工人員及工具之和遠達不到規范的規定數值。統計數據顯示，單層施工活荷載≤2.0kN/m2。

綜上所述，防護平臺施工活荷載，建議直接按《建筑施工腳手架安全技術統一標準》中第5.1.5條中的第二款規定取值，即單層施工荷載標準值為2kN/m2，同時存在2個及以上作業層作業時，同一跨內各操作層的施工荷載標準值總和取值應≥4.0kN/m2。

3.1.2風荷載計算

風荷載計算公式為：

wk=βz·μz·μs·w0

(1)

式中：w0為基本風壓；βz為風振系數；μz為高度變化系數；μs為風荷載體形系數，μs=1.3φ，擋風系數φ=An/Aw, 其中An為防護平臺迎風面擋風面積，Aw為防護平臺迎風面面積。

1)基本風壓w0

相關規范規定按重現期10年確定基本風壓。經統計，近10年5 000棟樓防護平臺均在1～2年完成，取10年基本風壓遇到強風的概率較小，因此建議取5年重現期。JGJ 195—2018《液壓爬升模板工程技術標準》[6]中規定，風力等級5～12級對應的基本風壓w0分別為0.040～0.072，0.073～0.120，0.121～0.183，0.185～0.268，0.270～0.374，0.375～0.504，0.508～0.664，0.668～0.851kN/m2。通過下式建立風速與風壓的關系：

(2)

式中：v0為距地面10m高度處風速。

考慮到架體在5級及以上大風不得提升，根據《建筑施工工具式腳手架安全技術規范》[2]中4.1.2條，升降工況取0.25kN/m2，而5級風對應的最大風壓0.072kN/m2遠小于升降工況的規定取值，因此，該取值規定不合理。在項目施工過程中，可根據天氣預報獲得當地的風力等級，得到相應風壓。當風力等級超過設計值，根據《防護平臺安全專項施工方案》，對防護平臺采取有效的臨時加固連接措施，遇到臺風等極端惡劣天氣時，需提前拆除懸臂部分的防護網片，以降低風荷載對架體的影響，保證架體安全。

2)風振系數βz施工階段主體結構的風振系數βz可按GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》[3]的相關規定取值，不同施工期，βz隨建筑高度的變化而改變。由于防護平臺是附在主體結構上的，風振影響很小，因此相關標準[1-2,5]均規定風振系數βz為1. 0。

3)高度變化系數μz根據在建施工項目，防護平臺爬升最大高度結合地區類別進行選擇。

4)風荷載體形系數μs

(3)

式中：φ為擋風系數；An為附著式防護平臺迎風面擋風面積(考慮網片、腳手板、立桿等擋風面積)；Aw為附著式防護平臺迎風面面積。

風荷載對架體受力產生重要影響，而防護網片的通風率直接影響風荷載大小，因此，防護網片應作為防護平臺的重要構件進行研究?！督ㄖ┕び酶街缴底鳂I安全防護平臺》[1]中規定，防護網片厚0.6～0.8mm；采用鋼絲網時，鋼絲直徑應≥2.5mm，網孔尺寸≤15mm×15mm；JGJ/T 183—2019《液壓升降整體腳手架安全技術標準》[7]中規定，沖孔式鋼板立網孔徑應≤6mm；GB 5725—2009《安全網》[8]中規定，網眼孔徑應≤12mm。以上各標準中網孔大小規定并不一致，相差較大。

綜上所述，對于沖孔式鋼板網孔徑≤6mm的規定，并沒有切合實際的、有說服力的依據，且該數值與允許使用的鋼絲網網孔尺寸15mm×15mm相矛盾。

風荷載對防護平臺的受力有重要影響，因此，設計圓孔、方孔及六邊孔等一系列網孔進行抗沖擊和耐貫穿試驗，圓孔及其他形狀的內切圓孔徑為6～12mm，厚0.6～0.8mm。

根據試驗結果，在滿足防護功能的前提下，選用通孔率大的網片，減小風荷載對架體的影響。防護網也可采用組合式網片，對于架體懸臂部分，選用通孔率高的網片，可有效降低風荷載對架體的影響。

3.2 計算模型

由于規范及防護平臺科技成果評估中防護平臺的計算體系未考慮所有主要構件(腳手板、防護網片、水平桁架等)對架體主框架的影響，計算模型不夠準確。為保證使用安全，對防護平臺結構進行優化(見圖1)，同時去除冗余的構造要求，使防護平臺的結構設計更安全合理、更科學。

圖1 防護平臺側視示意

3.2.1平面主框架模型

該計算模型取單個機位(6m跨)內的荷載施加到主框架模型，并對導軌截面進行等效簡化處理，如圖2所示。由于導軌為空間焊接結構，未規定截取位置的等效截面屬性，因此，截取位置不同，差距較大，截面數值不夠準確。

圖2 平面簡化模型

3.2.2立體構件模型

規范中規定機位間距≤7m，實際使用中最大機位間距一般取6m。因此，計算模型長度選取機位的整數倍即可，立體構件模型可全面反映各構件受力及變形情況，如圖3所示。以上2種模型具體參數為：①立體模型 取2個機位架體進行建模，架體高14m、長12m，機位間距為6m，立桿間距為2m；平面模型取單個機位內荷載；②荷載 施加自重、施工活荷載(2層，每層2kN/m2)、風荷載；③約束 每個機位僅1個支座承受豎向荷載，3個支座同時承受水平荷載，長度邊界施加對稱約束；④所有節點按剛性處理。

圖3 立體構件模型

3.2.3兩種模型計算對比

采用相同荷載，對同一防護平臺分別用2種模型計算，以基本風壓取0.3kN/m2為例，計算結果如表1所示。

表1 兩種模型計算結果對比

由表1可知，立體構件模型計算的主框架構件的應力及變形大于平面簡化模型的計算結果。立體構件模型可查看所有構件的受力情況，為確保架體的安全使用及所有構件設計合理，建議采用立體構件模型進行計算。

3.3 架體防護高度

3.3.1防護平臺使用流程

《建筑施工工具式腳手架安全技術規范》規定架體高度≤5倍樓層高，架體懸臂高度≤2/5架體高度，且≤6m。目前，一般民用建筑層高為2.8～3.2m，架體高度防護常用14m架體，即4倍樓層高度+2m防護高度。防護平臺具體施工工藝如下。

1)初始狀態 防護高度約為4倍樓層高度+2m防護高度，有3個附著支座附著在建筑結構上，架體懸臂高約5.5m。

2)綁扎鋼筋 架體安裝完成后，進行待建層(N+3層)的鋼筋綁扎工作。

3)安裝模板 鋼筋綁扎完成，安裝待建層的內外模板。

4)澆筑混凝土 澆筑待建層(N+3層)墻體。

5)N+3層澆筑完成，混凝土還未達到拆模條件，為趕工期，施工方會進行N+4層鋼筋綁扎，此時存在露頭作業，存在嚴重安全隱患；有的施工現場，為N+4層防護高度達到要求，在N+3層未拆模情況下，進行架體提升，此時架體只安裝2個附著支座，懸臂高度超過規范要求，存在架體傾覆隱患。

6)拆除N+3層模板，安裝附著支座，此時架體安裝3個附著支座，滿足規范要求。

3.3.2解決方案

為保證架體防護使用安全，建議將架體高度增加為5倍樓層+2m，懸臂增加為7～8m。目前架體結構用型材不滿足該結構強度及剛度要求，需對架體構件進行重新設計、選型、計算和試驗，使架體產品具有足夠的強度和適當剛度。

3.4 附墻支座螺栓

《建筑施工用附著式升降作業安全防護平臺》中規定，附著支座與建筑構件采用錨固螺栓連接，每個附著支座應設2個及以上錨固螺栓；該項規定未完全考慮實際使用情況，2個穿墻螺栓在實際安裝使用中存在諸多問題。

1)從技術層面，只要附墻支座上錨固螺栓位置設計合理，上部抵抗臂尺寸取值合適，不會在提升時上翻；同時，架體在升降、使用時每榀機位豎向主框架不少于3個有效附墻支座，附墻支座不會發生扭轉。

2)實際使用中，防護平臺附墻支座采用單螺栓固定，經長時間使用過，未出現重大安全事故，說明單螺栓技術成熟、簡便、安全可行，適應性強。

3)從安裝施工工藝來說，雙螺栓預埋難度大。①定位難 雙螺栓預埋需精確找準中心軸、水平線和間距；②預埋安裝難 建筑主體混凝土結構澆筑時，預埋雙螺栓套管極易變形或移位，極難維護，易導致附墻支座無法安裝；③預埋施工協調配合困難 極易造成預埋失敗和后續鉆孔造成的混凝土結構破壞、結構鋼筋破壞、在模板上肆意開孔破壞等不良后果。

4)目前業界大量使用的附墻支座附著板安裝穿墻螺栓的長條孔尺寸幾乎都不適合雙螺栓。

基于上述分析，建議在附著支座結構設計合理的前提下，錨固螺栓采用1根或2根均可；附著支撐系統的計算須準確合理。

3.5 網片與立桿及網片與腳手板連接

《建筑施工用附著式升降作業安全防護平臺》中規定，框架式鋼板防護網與立桿的連接銷(螺栓)≥10mm，連接銷與網片角部節點距離≤200mm時，可代替平臺外側的剪刀撐。

目前網片固定主要有網片與立桿連接、網片與腳手板連接2種方式，如圖4所示。

圖4 網片固定方式

1)鋼板防護網與立桿連接 防護網在橫向限制了立桿與腳手板組成的四邊形的角度變化。該種方式具有以下特點：①對立桿間距的安裝精度要求高、安裝孔不對位的概率大大增加；②站在架體上安裝操作困難；③網片規格多，標準化率低，不利于周轉使用，成本高；④該種方式適用于地面安裝，整體吊裝。該連接方式對立桿間距尺寸精度要求較高，施工現場實際安裝困難，若將耳板孔徑增大或采用槽形孔，則不能起到要求的支撐作用。

2)鋼板防護網與腳手板連接 防護網在豎向限制了立桿與腳手板組成的四變形的角度變化；安裝便捷；不受立桿間距限制；規格少，標準化程度高；100%可周轉使用，成本低。

4 結語

針對防護平臺的諸多爭議問題，逐一從理論聯系實際進行探討，提出合理的解決方式及研究方向，針對每個問題進行研究，解決技術爭議點；該項研究將有助于提升防護平臺市場標準化、安全性并更能滿足實際工程需求。