高層建筑工程懸挑外腳手架設計與施工方案分析

劉 陽

目前，高層建筑是城市建設的重要發展方向。在施工建設中，對懸挑外腳手架的需求不斷增加，能夠更好地滿足快速施工需求，具有較強的應用優勢。在懸挑外腳手架的設計施工過程中，必須充分考慮安全性與實用性，在制作、安裝和搭設等過程中都需要嚴格按照相關標準要求執行，確保懸挑腳手架的實用價值。針對一些高層建筑懸挑外腳手架施工中存在的安全隱患，需要有關專家進行方案論證，一般要求高度超過20 m 的外懸挑腳手架須做好設計優化工作。

1 高層建筑工程懸挑外腳手架概述與工程方案編制

1.1 概述

在城市高層建筑設計與建設過程中，會涉及較多的懸挑構件，其施工建設時會對外腳手架產生一定的影響。技術人員必須充分重視腳手架的搭建工作，建立專項方案設計，并由有資質的專家對其進行論證，確保整體設計合理、應用安全。在高層建筑工程中使用的外腳手架需要重復利用，一般選擇雙排全封閉結構，便于施工人員站立和行走，且鋼制材料的施工成本和承載能力都更加可控。在外腳手架邊緣位置處需要增加防護架等結構，使用安全網對周圍進行封閉，整體建設方案中還需要考慮抗震、耐火、防風等因素帶來的干擾影響。

1.2 工程方案編制

高層建筑懸挑外腳手架的工程方案需要有專項設計，充分考慮施工建設的工藝選擇和技術需求等，并進行適配性設計，以提高應用的安全性和實用性。

首先，懸挑外腳手架專向工程方案中需要注明參考的國標文件，包括《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ 130——2011）、《建筑施工安全檢查標準》（JGJ 59——2011）以及《鋼結構設計標準》（GB 50017——2017）等，地方標準另有要求的也需要考慮。在涉及高度超過20 m 的外腳手架架體時，還需要聘請有資質的專家對專項方案進行論證和分析，確保在工程選材、結構設計與建設應用等方面都符合安全要求[1]。

其次，在施工計劃編制方面，需要包括材料設備、工程進度、技術選擇以及建設流程等多方面內容，其中搭建技術中需要細化到各個材料結構的基本參數，并嚴格按照該參數標準和立面節點圖示進行工程質量驗收和應急保障，確保有專業的安全管理和作業人員等進行現場監督。在后期進行外腳手架拆除時，需要按照一定的次序執行，確保整體搭建應用的合規性。

2 高層建筑工程懸挑外腳手架的施工條件要求與施工材料準備

2.1 施工條件要求

高層建筑工程懸挑外腳手架搭建施工過程中，對現場環境和施工條件等均有一定要求，這也是保證外腳手架搭建安全的重要前提，在方案設計和施工實操過程中需要予以關注。

第一，在腳手架搭建前，施工人員需要對場地進行整平和壓實處理，使地基承載力能夠滿足腳手架的搭建需求。在一些地質條件較為薄弱的情況下，需要提前使用高強度土方回填的方式進行加固和優化[2]。第二，外腳手架的立桿建設位置必須提前明確，核對現場測量放樣后進行標注，立桿底部的墊板在鋪設中不得懸空，使其整體受力穩定可靠。當腳手架的搭建位置存在坑槽時，施工人員需使用底梁作為支撐，確保立桿整體建設安全可靠。第三，在外腳手架的搭建位置需要設置有排水設施，如擋水墻、排水溝等，有利于減少施工過程中由于地下水、降雨等因素造成的現場積水問題，能夠更好地保障地基的實際荷載強度。

2.2 施工材料準備

高層建筑工程中的外腳手架搭建多使用鋼管材料，常見的有Φ48×3.5、Φ48.3×3.6 等，技術人員需要按照《直縫電焊鋼管》（GB/T 13793——2016）等標準的要求執行，并在所有材料進場前進行抽檢驗收工作[3]。A3 鋼管材料表面須光滑無銹蝕，若存在分層、錯位、彎折等情況，則不得用于外腳手架的搭建施工。由于扣件式材料在承載能力、可操作性方面表現較好，在實際使用中較為廣泛。

為保證腳手架鋼材的耐久度，在施工前需要專門對扣件連接部分進行防銹處理，使用專門的油漆進行涂刷，并仔細核對扣件部分，不得存在砂眼、開裂等缺陷問題，且螺栓連接結構必須能夠形成緊密扣鎖。腳手板部分使用的綁扎鉛絲規格不得小于18#，且在安裝過程中使用雙股并聯的方式進行綁扎，避免留存搭建安全隱患。安全網的規格為2 000 目/100 cm2，密目式的安全性更高，且具有更好的阻燃性能。

3 高層建筑工程懸挑外腳手架的設計思路與施工要點分析

3.1 腳手架的高度

不同施工情況下，高層建筑懸挑外腳手架的搭建高度也存在一些區別，技術人員在進行方案設計的過程中，應合理兼顧施工難度和現場安全，參照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ 130——2011）和地方標準的相關要求執行。目前，高層建筑工程懸挑外腳手架的每段搭建高度一般控制在24 m內，其中超過20 m 的外腳手架設計方案需要聘請專家進行論證，以更好地保障工程建設的安全性。技術人員在進行外腳手架的分段規劃時，必須充分結合建設方案，確保分段合理、成本可控。在腳手架搭建高度劃分過程中，每段工程建設的劃分高度應盡量一致，使得實際安裝建設中的成本更加可控。

3.2 結構參數設置

在高層建筑懸挑外腳手架的搭建中，需要做好基本結構參數的設置，為后續的實操搭建奠定良好基礎。一方面，腳手架立桿搭建間距一般為1.5 m，橫桿間距為1.05 m，過于疏散會影響腳手架建設的穩定性。為方便施工人員的攀爬行走，腳手架搭建的步距應與行走距離相似，一般設為1.8 m，并在跨步位置處增加工字鋼形成連墻件，不斷提升整體結構的安全性[4]。

技術人員在進行外腳手架的結構優化設計過程中，可通過建立模型進行驗算設計，重點關注鋼材的連接節點等位置，確保每個節點的強度、剛度等性能都符合建設需求。另一方面，在進行外腳手架的搭建中，必須考慮架體高度和風荷載之間的關聯性。特別是在高層建筑的工程方案中，風壓高度對懸挑外腳手架建設的影響較大，應按照40 m 間隔進行標高計算，合理選擇風荷載參數，使外腳手架立桿具有更高的穩定性。

3.3 懸挑梁的設置

懸挑梁的建設多使用型鋼和桁架等，建設強度較鋼管材料更高，且能形成較為對稱的梁體結構，使外腳手架載荷更強。工字鋼、槽鋼材料的強度、剛度較大，結構受力較為明確，能夠實現較為直接的荷載傳力，在高層建筑工程建設中的應用最為廣泛。技術人員在進行懸挑梁結構設計時，需要考慮高度帶來的側彎變化影響，通過工字結構、倒U 型結構等實現防側彎優化，確保主挑梁部分的工程安全。懸挑梁部分常用的工字鋼規格為16#，外延部分長度應小于1.5 m，且利用錨固措施進行受力優化控制[5]。

在高層建筑工程中會涉及陽臺、飄窗等懸挑結構，其立體結構較為復雜，且會形成較大范圍的懸挑梁，整體建設的安全性要求較高。技術人員在進行設計時，需要綜合考慮懸挑跨度、腳手架高度以及錨固位置等因素，做好整體結構受力的驗算與優化。另外，由于懸挑梁錨固端和其建設的平衡性之間存在緊密聯系，設計人員在整體規劃過程中需要合理兼顧懸挑梁長度對錨固位置選擇帶來的影響，使搭建施工過程中選擇的固定方式具有更強的實用性，保證整體結構穩定、安全。

在確定懸挑梁基本結構的過程中，技術人員需要合理優化其長度，這對工字梁的型號選定和施工方案等會產生較為重要的影響。在進行建筑外腳手架的搭建時，可以按照10 m 高度進行劃分，即分為小于10 m 和10 ～24 m 兩類，這也符合常見外腳手架的搭建規律。懸挑梁的跨度和工字梁的受力之間成正比關系，若超過2.5 m 跨度，則需要使用22a#以上的工字梁才能確保建設安全[6]。

3.4 懸挑梁的固定

常見的懸挑梁固定方式包括倒U 型圓鋼固定和預埋螺栓固定兩種，其固定施工的技術難度和性能特點存在一定區別，需要結合實際需求靈活選擇。倒U 型圓鋼結構使用鋼筋拉環進行安裝，要提前預制生產，并使用木質楔形塊進行固定，該工藝技術十分簡便，在一些小規模的工程建筑中廣泛應用[7]。

但由于木楔的穩固性偏弱，特別是在水平方向的抗力不足，實際應用中需要做好結構設計工作。預埋螺栓的固定方式要求技術人員提前進行孔位預留，用螺栓將型鋼和鋼板材料緊密結合起來，使外腳手架的結構穩定性得到有效保障。該工藝技術按照分段施工的方式進行重復利用，整體優勢較為突出，對施工人員的技術要求較高，需要定期進行材料的保養維護工作。

3.5 轉角結構加強

在高層建筑的轉角位置，由于受力方向的影響，立桿交點位置的受力更大，且在其連接處的固定操作較為復雜，設計人員在實際規劃過程中需要重點關注，在此處增加加固措施來提升外腳手架的結構平衡與穩定。

一方面，可以使用地錨進行加固，在垂直上、下部懸挑梁的方向打入地錨，其支撐方向應與立桿的受力方向保持一致，并使用鋼鉸鏈固定連接點位置，確保轉角結構受力穩定。在部分設計方案中，會使用小橫桿代替鋼鉸鏈形成支撐，需要提前考慮支撐方向變化帶來的影響，通過調整地錨方向使整體受力能夠朝向主體結構外邊線[8]。另一方面，可采用剪刀撐的方式在外腳手架位置進行搭建，與立桿、橫桿之間形成更加牢靠的米字形結構，并在邊緣位置依靠斜向支持實現角部加強，全面提升外腳手架的牢固性與安全性。

3.6 連墻件的設置

在專項方案中，需要合理優化連墻件的設計位置和高層建筑外腳手架的主節點位置，一般要求不超過3 m，并按照兩步三跨的距離進行設置，確保在實際安裝與施工建設中更具便捷性。值得注意的是，由于外腳手架的步距跨數和樓層高度之間很難形成整數倍的匹配，在實際搭建過程中可能會出現連墻件安裝位置不滿足施工要求的情況，設計人員需要提前考慮，通過距離微調等方式兼顧建設實際和設計需求，并結合地方規定嚴格把控連墻件的墻面覆蓋面積，一般要求不超過27 m2。

3.7 鋼絲繩的設置

在高層建筑懸挑外腳手架搭建中存在不同的受力形式，其中最常見的斜拉式結構需要使用鋼絲繩進行連接。值得注意的是，由于鋼絲繩能夠承擔一定的荷載，部分設計人員在進行整體荷載計算和驗算過程中會考慮到該情況。但從部分地區的建設規定來看，一般不將這類柔性受力納入統計范圍，需要按照最不利情況進行設計，將鋼絲繩結構作為外腳手架的安全儲備裝置，把型鋼等材料作為支撐外腳手架的主要結構。另外，在鋼絲繩設置過程中，需要優化設計其直徑和夾角等，一般要求單根鋼絲繩直徑應大于15 mm，懸挑梁夾角部分應大于60°，并在安裝建設時使用錨固裝置進行加固處理，使其連接能夠逐一對應。

3.8 架體抗風渦流

高層建筑的懸挑外腳手架中會涉及橫風等對施工安全帶來的影響，因此外腳手架結構必須具備較好的抗風渦流性能，有效規避上翻流造成的風險隱患。按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ 130——2011）的規定，外腳手架的搭設高度超40 m 時需要考慮渦流影響。但在實際施工應用中，建筑高度、表面結構以及荷載等情況均存在很大差異，進行風荷載的計算判斷時較為復雜，從安全角度出發，設計人員需要提前做好上翻流的風險預防工作。在連墻桿主體結構設計中，可使用預埋件、雙扣件等措施進行固定，相較于單純的鉸鏈和螺栓，其穩定性更強；同時，適當縮減連接節點的間距，不斷提升架體的抗風作用。在水平方向的穩定設計中，可使用剪刀撐等抑制結構的形變問題，使高層建筑懸挑外腳手架的設計更加合理，建設更加安全。

4 結語

在高層建筑懸挑外腳手架的設計過程中，需要結合施工方案和建設要求等合理確定每段的搭設高度，一般要求控制在24 m 內，有利于保證搭建的安全性。懸挑梁的結構參數包括縱距、橫距以及高度等，需根據腳手架建設用材的力學性能進行計算測試，要求每點處的強度、剛度等都能滿足施工應用要求。對于腳手架轉角部分結構需要加強，利用鉸接、立桿等方式做好局部保障，使其受力方向與主體結構邊線保持一致，不斷優化方案設計與建設應用。