附著式腳手架施工技術應用

李祥洋

(中國五冶集團有限公司，四川成都 610051)

國內傳統懸挑腳手架采取型鋼內伸錨固至結構內固定于樓板上，鋼材使用量大、型鋼需穿透剪力墻、樓板錨固，對結構造成一定破壞和對裝飾施工造成較大干擾，后期處理存在漏水隱患。隨著行業技術的不斷發展，新型附著式懸挑腳手架應運而生。由于其符合綠色施工、安全便捷的優點在行業內得到廣泛肯定。但由于其工藝新穎，在應用過程中仍存在一些問題需要解決。

1 工程概況

成都市悅湖產業新城-龍門錦苑項目位于成都市武侯區武侯大道，該項目由10棟高層住宅組成，住宅層數為13層～21層不等，項目總建筑面積為9.3萬m2，標準層層高3.05 m，在施工期間，外腳手架擬采用新型附著式腳手架，采取每6層懸挑一次，懸挑主梁標準件長1 200 mm，非標準件最大長度為2 250 mm。

2 技術體系及特點

新型附著式腳手架基礎采用在結構外側預埋螺栓安裝型鋼基礎，再在其上層結構外側通過預埋設置鋼拉桿或在其下層設置鋼支撐的方式使腳手架的整個基礎形成一個三角穩定受力體系，然后在此型鋼基礎上按照常規要求搭設腳手架。此腳手架在施工應用中具有多方面的優點：

(1)適用范圍廣、體系先進：附著式腳手架目前廣泛應用于高層民用建筑結構及裝飾施工使用，其附著在結構外側，采用螺栓固定工字鋼及上拉或下撐構造與結構形成三角穩定受力體系，安全可靠。

(2)結構破壞小、質量保障：施工采取在結構外側邊梁或剪力墻上預埋螺栓固定工字鋼，無需穿透剪力墻，對于懸挑層的室內裝飾不會造成影響，對外墻防水施工質量也能夠保障。同時，也省去了在結構樓板或結構梁上增加壓環鋼筋錨固，消除了對結構錨固點的負彎矩破壞影響，能夠保證結構質量從而達到高質量工程的要求。

(3)材料用量少、周轉率高：采用預埋螺栓固定方式，減少了樓層內固定段，僅需考慮架體橫向寬度和與結構間空隙，鋼材使用長度大幅減小，并且大部分采用標準長度構件，其他項目均可以重復使用，節約鋼材，符合行業綠色環保的要求。

(4)構件重量輕、施工方便：由于工字鋼長度縮短，重量大大減輕，在安裝時更加方便，同時也降低了勞動強度，安裝更快捷。

3 構造做法

附著式腳手架搭設在一定高度并附著在工程結構上(圖1)，通過支座錨固、上部拉結或下部斜撐的方式使其能夠承受相應荷載并具備安全防護功能。附著式腳手架的基礎目前大多為采用上拉式的支撐，故本次重點探討上拉式支撐方式(圖2)。

圖1 腳手架布置示意

圖2 懸挑腳手架典型剖面(單位：mm)

3.1 附著支座

附著支座考慮定型化、標準化設計，這樣可使懸挑結構成為一種可重復利用工具，提高周轉使用率，降低成本；并且從結構受力角度能夠可靠的承受并傳遞腳手架荷載。一般附著支座的懸挑鋼梁采用雙軸對稱的工字鋼，截面高度在160 mm及以上，其鋼梁端部鋼板截面尺寸不小于(250×300×12) mm，鋼梁根據布置位置和角度可分為直角梁、斜角梁、對角梁(圖3)，直角梁垂直于結構用于架體立桿支撐，對角梁用于陽角部位支撐轉角處架體立桿，角度為135°，斜角梁亦用于陽角部位與對角梁搭配布置，斜角梁一般角度在60°左右。支座與結構間連接一般為螺栓連接，在實際應用中轉角處由于墻柱內的鋼筋較密或預埋螺栓不便于施工時也可采取預埋鋼板的與懸挑鋼梁焊接的方式連接。

圖3 端部鋼板配件(單位：mm)

3.2 支座螺栓

支座螺栓根據GB 50017-2017《鋼結構設計標準》中11.4.3第2條“承壓型連接中每個高強螺栓的受剪承載力設計值計算方式和普通螺栓相同……”、第3條“在桿軸受拉連接中每個高強螺栓的受拉承載力設計值計算方法與普通螺栓相同”，兩者比較滿足安全驗算的前提下，使用普通螺栓連接性價比更高，因此一般選用不低于4.6級的普通螺栓，實際應用中為提高安全性，大多數采用的是8.8級承壓型高強螺栓，直徑不小于20 mm(圖4)，螺栓數量一般不少于3個，但在實際操作中預埋2個螺栓相比3個螺栓更易安裝和調節，因此目前市場上大多數材料加工孔均為2個，結構設計時為安全考慮均按2孔進行計算。螺栓采用雙螺母或單螺母加彈簧墊圈，螺桿露出螺母端部不小于3絲且不小于10 mm。螺栓與結構連接一般為穿墻螺栓和預埋螺栓方式。

圖4 預埋螺栓(單位：mm)

3.3 鋼拉桿

附著支撐為上拉式時采用鋼拉桿，運用較多的為花籃螺栓，直徑不小于φ20 mm，可調節長度600 mm(圖5)，花籃螺栓上部與結構梁上預埋的拉環連接，下部與鋼梁上焊接耳板連接，上下連接方式均為銷軸連接。

圖5 花籃螺栓(單位：mm)

3.4 耳板拉環

將鋼梁與上部結構通過鋼拉桿連接起來形成穩定三角受力體系，鋼拉桿上部與結構的拉結采取在上層結構梁上預埋M20螺栓，下部與鋼梁上焊接耳板銷軸連接，耳板與鋼梁的構造尺寸及焊縫長度應按照GB50017-2017《鋼結構設計標準》中規定計算確定。

4 設計施工控制要點

4.1 設計要點

4.1.1 懸挑主梁整體穩定性驗算

取本項目最大懸挑主梁長度2 250 mm驗算：

主梁軸向力：N=|[(-(-NSZ1-NSZ2))]|/nz=|[(-(-7.02-8.705))]|/1=15.726kN

壓彎構件強度：σmax=[Mmax/(γW)+N/A]=[2.139×106/(1.05×141×103)+15.726×103/2610]=20.47N/mm2≤[f]=215 N/mm2

塑性發展系數γ符合要求。

受彎構件整體穩定性分析：

其中φb為均勻彎曲的受彎構件整體穩定系數。

查表GB 50017-2017《鋼結構設計標準》得，φb=2。

由于φb大于0.6，根據GB 50017-2017《鋼結構設計標準》附表C，得到φb′值為0.93。

4.1.2 耳板及焊縫計算

本項目經計算取上拉桿最大軸向拉力Nmax=26.137 kN(圖6)。(經查驗1.5 m轉角處直角梁(上支撐3個立桿)最大軸向拉力為最大值)

圖6 耳板(單位：mm)

4.1.2.1 雙耳環(板)的軸心受拉強度計算

參照JGJ 130-2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》公式5.6.6計算，應滿足:

σ=Nt/At≤ft

式中：σ為雙耳環(板)軸心受拉應力值(N/mm2)；At為雙耳環(板)凈截面面積，雙耳環(板)按4個截面計算,At=4×b×t=4×18×10=720 mm2；t為雙耳環(板)凈截面厚度，t=10 mm;b為雙耳環(板)順受力方向寬度，b=18 mm;ft為雙耳環(板)的抗拉強度設計值，45#鋼按GB/T 699-2015《優質碳素結構鋼》查得屈服強度fyk=355 N/mm2，斷后伸長率δ=16%>10%,其力學性能優于Q345，這里計算按Q345參數計算，查GB 50010-2010(2015)《混凝土結構設計規范》第9.7.6條規定，取ft=65 N/mm2；Nt為預埋螺栓環承受的軸向拉力設計值(kN)；Nt=Nmax。

則：σ=Nt/At=26.137×1000/720=36.30 N/mm2

雙耳環(板)受拉強度滿足要求。

4.1.2.2 雙耳環(板)的受剪強度計算

假定雙耳環(板)承受的剪力設計值Nvmax=26.137 kN,雙耳環(板)的受剪承載力設計值為：

Nv=A×fv=2×b×t×fv

式中：Nv為雙耳環(板)的受剪承載力設計值(N)；b為雙耳環(板)每片環(板)的寬度，b=18 mm；t為雙耳環(板)每片環(板)的厚度，t=10 mm；fv為雙耳環(板)的抗剪強度設計值，45#鋼fyk=355 N/mm2，計算按Q345查GB 50017-2017《鋼結構設計標準》表4.4.1，fv=175 N/mm2。

則：Nv=2×b×t×fv=2×18×10×175=63 kN>Nvmax=26.137 kN。

雙耳環(板)受剪承載力滿足要求。

4.2 施工控制要點

4.2.1 預埋

(1)為確保安裝高度一致，在模板上上開孔定位拉設通線。

(2)為使混凝土澆筑過程中預埋件不偏位，固定式通過專用螺桿臨時固定，并確保預埋件與模板接觸面無縫隙緊貼，防止混凝土振搗漿水滲入預埋件內部，混凝土振搗時嚴禁振搗棒直接與預埋件接觸。

(3)預埋件安裝前需進行拉拔試驗。

4.2.2 安裝型鋼

(1)主梁安裝前應根據主梁安裝位置的頂面在結構四周彈出水平線以保證主梁的平整度。

(2)上部鋼拉桿為拉結前，主梁依靠下部腳手架支撐受力并調平支撐。

(3)轉角處連梁安裝需根據方案位置定位放線，兩端伸出長度不小于100 mm且盡量一致，調節好后利用U型抱箍與主梁固定，抱箍頂部采用雙螺母擰緊。

4.2.3 腳手架初始搭設

(1)腳手架搭設時，主梁安裝層混凝土強度需達到C20以上。

(2)立桿安裝采用移動定位樁固定，確保精準定位。

(3)初始搭設高度不得超過方案設計高度，一般為一榀腳手架高度的一半，方案計算時考慮此高度的荷載計算。

(4)立桿搭設時在樓板內每個6跨設置拋撐直至連墻件安裝穩定后拆除。

4.2.4 拉桿預埋及安裝

(1)拉桿預埋要求同主梁預埋件。

(2)拉桿預埋定位需與主梁拉結點進行預定位，避免拉桿被腳手架立桿和橫桿阻擋無法直線通過。

(3)拉桿位置可沿主梁軸線兩邊200 mm范圍內調節。

(4)拉桿安裝時樓層混凝土強度需達到C20。

(5)雙拉桿安裝需沿主梁兩邊分別設置，嚴禁同側設置。

4.2.5 連墻件設置

(1)連墻件應從轉角處開始設置，且轉角兩側均要設置。

(2)有施工電梯位置兩側的架體預留開口處應設置連墻件。

4.2.6 拆除

(1)腳手架的拆除應按照方案和規范要求按順序拆除。

(2)拆除主梁時需利用塔吊將將主梁拴牢吊住拆除，一般可采用10 cm寬扁平吊裝帶拴牢即將要拆除的主梁兩側和掛上吊鉤，確認牢固后方可拆除。

5 常見問題的解決和改進

5.1 混凝土澆筑導致預埋螺栓無法安裝問題

因混凝土澆筑振搗致使預埋螺栓套管被破壞或者變形，導致后期預埋螺栓絲桿無法安裝時，一般采取鉆孔方式在結構外側安裝穿墻螺栓，螺栓背面安裝20 mm厚鋼板背襯，雙螺母固定螺栓。

5.2 型鋼主梁安裝水平度控制問題

型鋼主梁在安裝時由于施工原因會造成主梁端板處混凝土表面不平整以至于主梁安裝后不水平，主梁上翹或者下傾過大影響架體搭設。實際操作中安裝主梁時先不要將螺栓擰緊，并通過下部架體上安裝通長水平桿將型鋼擱置在上面調節水平(圖7)，將主梁調節水平后，端板下部如有縫隙，采用鋼板將縫隙墊滿，確保端板與基層的最大接觸面積使其均勻受力。

圖7 主梁安裝水平調節

5.3 受力體系對混凝土強度要求與進度影響

受力體系主要是懸挑主梁及拉桿組成，混凝土強度不夠的情況下會造成受力體系內部產生裂縫或者提前受力造成混凝土表面開裂或預埋件松動影響受力體系的安全，一般結構梁板的混凝土強度為C30，要滿足安裝強度不小于C20的要求，其早期強度達到要求一般需要3～5天，但同時存在影響現場施工進度問題。

為確保混凝土有足夠強度，又不影響其施工進度，除安裝主梁后拉桿未拉結前利用其下部架體承擔上部傳遞荷載外，為快速使混凝土強度達到要求，一般可在該層混凝土中添加早強劑，添加早強劑后，混凝土早期強度達到C20的時間會提前1～2天，這樣可有效解決施工間歇時間過長問題。

5.4 與結構外挑構件位置沖突問題

為保證架體不與外挑構件位置沖突，一般在方案設計時通過加長懸挑主梁，合理排布立桿位置等來規避此問題，但在實際操作過程中往往會存在懸挑主梁超長不經濟、懸挑構件縱向長度超過排距、懸挑構件位于陰角處架體立桿無法避開等情況，遇到這類情況在綜合考慮經濟合理、搭設方便、外觀整齊因素，如遇個別立桿無法避開時一般可在外挑構件中預留φ100 mm的孔洞讓立桿穿過處理(圖8)，但如果同一面外挑構件數量較多且大小不一的情況，綜合考慮還是加長主梁避開更為合理，但又存在統一加長主梁會造成外架內側立桿在兩構件之間的地方距離結構空隙過大，這時候就需要加長橫向水平桿再額外增加縱向水平桿來減小與結構的空隙以滿足規范和上人要求。

圖8 陰角處立桿處理(單位：mm)

5.5 施工誤差導致的轉角立桿無法安裝問題

在實際施工過程中，預埋件受施工誤差影響，非直角主梁的斜角或對角梁安裝后，其角度與方案中的角度往往存在偏差，轉角處的2個方向立桿位置為固定點位，往往會造成轉角處的立桿點位無法套入移動支座甚至懸空。為解決此類安裝情況，一般采取放置擱置主梁方式來處理(圖9)，放置擱置工字鋼時原則上采取簡支梁形式兩端擱置，如遇一端必須懸挑時，其另一端的擱置長度一般按擱置長度與懸挑長度按至少2∶1比例設置以保證擱置主梁安全穩定。

圖9 典型轉角處排布設置

6 工程應用情況

本項目由10棟高層住宅組成(圖10)，每棟住宅由于轉角較多同時也存在多處懸挑構件，在腳手架方案設計時綜合考慮安全性和經濟性，大部分型鋼均采用標準長度構件，盡量減少超長型鋼，轉角處設置擱置主梁處理，最大程度避開外挑構件，因此該項目的方案設計上整體簡約，避免了受力復雜情況出現，實際應用中的常見問題在方案設計時都充分考慮并制定了解決措施。項目于2021年9月開始施工，大部分腳手架已形成(圖11)。

圖10 項目方案設計(單位：mm)

圖11 項目外觀

7 結束語

隨著時代的發展，建筑行業的施工技術也在不斷革新，各種新型綠色施工技術不斷得到應用，在追求安全、綠色施工的時代，工具式、裝配化施工越來越得到普及，新型附著式懸挑腳手架就是其中一種，其材料定型化制作,周轉次數多，美觀實用,安拆便捷，節省成本，因此，在工程實踐中得到了充分驗證，也得到了廣泛應用。