高層建筑大懸挑幕墻外用腳手架施工技術(shù)

任守強(qiáng)

（甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)桁架特點(diǎn)，來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)多排超高落地式腳手架搭設(shè)方案[1]，如圖1所示。

圖1 高層建筑幕墻外架搭設(shè)方案

近年來(lái)，建筑行業(yè)飛速發(fā)展，高層建筑工程規(guī)模逐漸增大。尤其是在繁華城市里，高層建筑物可以為人們提供更多需求場(chǎng)所，然而在建造高層建筑物時(shí)，由于建筑幕墻的特殊結(jié)構(gòu)，難以保障施工人員的安全以及工程質(zhì)量，所以在高層建筑幕墻施工中需要對(duì)外部結(jié)構(gòu)的腳手架做好整體規(guī)劃，確保工程得以順利進(jìn)行。目前，建筑工程中外用腳手架種類繁多，但都有著連接件較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及作業(yè)環(huán)境較為惡劣等特征，導(dǎo)致實(shí)際高層建筑幕墻施工中多發(fā)腳手架安全事故。因此，研究外用腳手架施工技術(shù)對(duì)預(yù)防因腳手架施工造成的安全性事故具有重要作用，還可以為類似工程項(xiàng)目提供參考依據(jù)。

1 工程概況

在某商業(yè)樓幕墻工程中，幕墻面積約為18 000 m2，采用桁架型鋼結(jié)構(gòu)。該商業(yè)樓地下2 層，地上12層，外墻飾面主要采用鋁單板與玻璃幕墻，在該工程主體結(jié)構(gòu)的西、北立面設(shè)置一個(gè)傾斜角度較大的幕墻，其龍骨懸挑長(zhǎng)度大概為5 m。對(duì)于該商業(yè)樓幕墻工程而言，普通的吊籃法已經(jīng)無(wú)法滿足面板、裝飾等施工需求，所以根據(jù)該工程的實(shí)際特點(diǎn)，通過(guò)搭設(shè)外用腳手架來(lái)滿足幕墻外裝飾的安裝需求。

2 設(shè)計(jì)外架搭設(shè)方案

首先根據(jù)該商業(yè)樓異形幕墻的立面走向以及在搭設(shè)高層建筑幕墻外架時(shí)，將商業(yè)樓幕墻立面中間凸出部位的投影線，當(dāng)作搭設(shè)起步點(diǎn)，并將外架標(biāo)高-0.5 m處搭設(shè)至標(biāo)高52.6 m處。由于幕墻外用腳手架底部的排數(shù)較多，在搭設(shè)腳手架上部時(shí)，需要根據(jù)商業(yè)樓幕墻龍骨高度的變化來(lái)收縮腳手架[2]，從而達(dá)到控制腳手架自重荷載的目的，并且可以提升腳手架底部立桿的承載力。鋼管腳手架采用連接件將鋼管和橫桿牢固地連接在一起，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于高層建筑幕墻外架來(lái)說(shuō)非常重要，它能夠提供穩(wěn)定的平臺(tái)，確保工人在高空作業(yè)時(shí)的安全。為此，采用鋼管腳手架進(jìn)行外架搭設(shè)。在選擇鋼管規(guī)格時(shí)，需要考慮其承載力和穩(wěn)定性，使用直徑為60 mm的鋼管作為立桿和橫桿，因?yàn)槠涑休d能力更強(qiáng)，更適合用于高空作業(yè)。連墻件的間距為1.5 m。

與此同時(shí)，在外架高度為0~24 m 處，架體步距設(shè)置為1.2 m，將腳手架排數(shù)設(shè)置為4排。每排腳手架的高度為6 m，高度間隔為1.5 m。當(dāng)外架高度超過(guò)24 m時(shí)，架體步距設(shè)置為1.6 m，設(shè)置6排腳手架，每排腳手架的高度為4.5 m，高度間隔為1.2 m。豎向剪刀撐：將豎向剪刀撐設(shè)置在每個(gè)立柱之間，以保證足夠的剛度和穩(wěn)定性，并減少腳手架在垂直方向上的變形。水平剪刀撐：在架體底部和頂部應(yīng)設(shè)置水平剪刀撐，以增加腳手架的平面剛度，防止架體在水平方向上的變形。上下排數(shù)變化時(shí)的斜撐拉結(jié)：當(dāng)腳手架的上下排數(shù)發(fā)生變化時(shí)，需要通過(guò)斜撐拉結(jié)來(lái)保證腳手架的整體穩(wěn)定性。這些斜撐可以設(shè)置在腳手架的內(nèi)部或外部。這樣不僅可以提升腳手架的承載能力，而且可以最大限度地減少腳手架自重。關(guān)于外架搭設(shè)寬度，需要結(jié)合高層建筑物的實(shí)際需求，距幕墻外立面500 mm 左右即可，這樣搭設(shè)的腳手架不僅可以有效包圍建筑幕墻的鋼結(jié)構(gòu)、龍骨以及面板，而且可以預(yù)留出充足的施工空間。

3 高層建筑幕墻外用腳手架施工

3.1 腳手架荷載驗(yàn)算

腳手架荷載的驗(yàn)算[3]主要為了確定設(shè)計(jì)外架搭設(shè)方案是否安全可行，能否滿足高層建筑幕墻施工要求。高層建筑幕墻外用腳手架的荷載主要包括自重荷載與施工活荷載。其中自重荷載參考施工設(shè)計(jì)圖紙，分別獲得腳手板、鋼管等施工材料的質(zhì)量，即可求得外架的自重荷載，計(jì)算公式如下所示：

式中：N表示立桿的軸向力設(shè)計(jì)值；?表示軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；A表示立桿截面面積；Mw表示立桿段由風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的彎矩。關(guān)于施工活荷載，也就是建筑符合所產(chǎn)生的垂直軸向力，所以根據(jù)總建筑符合進(jìn)行取值，然后根據(jù)施工活荷載即可求得立桿的軸向壓力，計(jì)算公式如下所示：

式中：F表示立桿軸向壓力；N表示高層建筑幕墻外用腳手架施工活荷載[4]；G0表示鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。根據(jù)式（2）即可驗(yàn)算外架立桿的穩(wěn)定性，驗(yàn)算公式如下所示：

式中：η表示立桿的實(shí)際抗壓強(qiáng)度，單位N/mm2；?表示穩(wěn)定性因子；S表示立桿凈截面面積；[ ]q表示立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值[5]。根據(jù)式（3）對(duì)所設(shè)計(jì)高層建筑幕墻外用腳手架的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算后發(fā)現(xiàn)，該外架搭設(shè)方案滿足施工要求。

3.2 腳手架安裝

在高層建筑幕墻外用腳手架安裝之前，首先做好施工準(zhǔn)備工作，按照設(shè)計(jì)圖紙確定主框架及挑梁的安裝位置，并在相應(yīng)位置預(yù)埋螺栓，每一層螺栓的位置必須上下一致，同時(shí)將立桿、扣件、安全網(wǎng)等裝置準(zhǔn)備齊全，并在檢查無(wú)誤后開始進(jìn)行腳手架的安裝，附著外用腳手架的搭設(shè)流程為：立桿→橫、縱向掃地桿→大小橫桿→連墻桿→腳手板→防護(hù)桿→剪刀撐→安全網(wǎng)。在此過(guò)程中，決定高層建筑幕墻外用腳手架安裝成敗的關(guān)鍵在于連墻件的精準(zhǔn)設(shè)置[6]。將連墻件設(shè)置在建筑主體結(jié)構(gòu)上，用于連接和支撐墻體結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)整體的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性。為提升外架整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，采用剛性連墻件，這些連墻件負(fù)責(zé)可靠地連接鋼桁架和立桿，工字鋼通常具有更大的截面面積，從而提供了更高的強(qiáng)度和承載能力，使得其能夠在外架結(jié)構(gòu)中承受較大的水平和垂直荷載，并提供更大的安全保障。為此，桁架的材料采用工字鋼進(jìn)行制作。對(duì)于預(yù)埋的鋼管材料，采用焊接技術(shù)將預(yù)埋的鋼管與其他構(gòu)件進(jìn)行永久性的連接，以確保連接的穩(wěn)固可靠。連墻件設(shè)置如圖2所示。

在設(shè)置連墻件時(shí)，在混凝土外墻上鉆孔，從而把連墻件固定在建筑的主體結(jié)構(gòu)上，并使用2 根預(yù)埋短鋼管來(lái)進(jìn)行剛性連接，這樣可以確保連墻件的穩(wěn)定。在進(jìn)行立桿與水平桿的搭設(shè)時(shí)，需要通過(guò)對(duì)接扣件實(shí)現(xiàn)兩桿之間的固定，這樣可以提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并在腳手架安裝施工的最后設(shè)置2 道以上的安全平網(wǎng)，保障高層建筑幕墻作業(yè)安全。

3.3 腳手架拆除

本次施工將外架懸挑分為4段。只有在上一段挑架搭設(shè)成功之后，并且經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)，才能進(jìn)行下一段挑架的拆除[7]。高層建筑幕墻外用腳手架的具體拆除流程如圖3所示。

圖3 腳手架拆除流程

外架的拆除作業(yè)需要按照由上至下的順序進(jìn)行，不可以為了提升作業(yè)效率，將外架的上下層同時(shí)一次性拆除，并注意連墻件的拆除作業(yè)需要在其上部配件徹底拆除之后再進(jìn)行。與此同時(shí)，已拆除的配件需要以安全的方式運(yùn)離幕墻施工現(xiàn)場(chǎng)，防止因誤扶、誤靠已松脫連接件，出現(xiàn)安全事故[8]。如果在進(jìn)行腳手架拆除作業(yè)時(shí)，遇到大風(fēng)、大雨等極端天氣，需要停止作業(yè)，確保作業(yè)安全。最后將拆卸區(qū)內(nèi)一切雜物垃圾清理干凈，保障高層建筑幕墻施工現(xiàn)場(chǎng)整潔。

4 施工監(jiān)測(cè)

為確保高層建筑幕墻工程的順利進(jìn)行，在施工期間對(duì)外架體系進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，在腳手架立桿設(shè)置雙向的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并通過(guò)相應(yīng)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)立桿撓度進(jìn)行定期的監(jiān)測(cè)作業(yè)，并做好監(jiān)測(cè)記錄，起到施工質(zhì)量監(jiān)控的目的[9]。對(duì)于所提外用腳手架施工技術(shù)，其變截面處的立桿形變問(wèn)題非常關(guān)鍵，所以進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)時(shí)，主要在變截面處設(shè)置相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置情況如圖4所示。

圖4 立桿監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

從圖4 可以看出，主要選取各立桿第一步架中間位置處，當(dāng)作立桿撓度的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)：C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，由于外架監(jiān)測(cè)周期較長(zhǎng)，所以在施工期間需要做好立桿監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)工作。在外架搭設(shè)施工過(guò)程中，采用全站儀對(duì)立桿在橫、縱2個(gè)方向的撓度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分別在腳手架搭設(shè)高度18.4 m（步距改變處）、24.7 m（立桿最大搭設(shè)高度）以及52.6 m（腳手架最大搭設(shè)高度）處進(jìn)行立桿變形監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)某處立桿形變值超過(guò)2.4 mm，說(shuō)明此時(shí)腳手架結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，需要立即停止施工，重新設(shè)計(jì)并搭設(shè)腳手架[10]。那么本次立桿撓度監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5、圖6所示：

圖5 立桿橫向撓度監(jiān)測(cè)值

圖6 立桿縱向撓度監(jiān)測(cè)值

由圖中數(shù)據(jù)可知，本次施工搭設(shè)的腳手架立桿整體形變較小，其中C6 立桿的變形最大，當(dāng)搭設(shè)高度為52.6 m 時(shí)C6 立桿縱向撓度為1.46 mm，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于預(yù)警值，說(shuō)明該腳手架立桿變形情況可以滿足施工需求，進(jìn)一步驗(yàn)證了此次高層建筑幕墻外用腳手架施工安全性較高。

沉降會(huì)導(dǎo)致腳手架不穩(wěn)定，增加傾覆、坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)工人和周圍環(huán)境的安全構(gòu)成威脅。腳手架的垂直度偏差會(huì)影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，可能導(dǎo)致不均勻荷載分布、構(gòu)件斷裂等問(wèn)題。為此驗(yàn)證1 個(gè)月后腳手架的沉降與垂直度偏差情況，結(jié)果如圖7所示。

根據(jù)圖7的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，施工1個(gè)月后，C4的沉降最大為4 cm，說(shuō)明腳手架在一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)承受的荷載沒(méi)有導(dǎo)致過(guò)度沉降或不穩(wěn)定情況。這表明腳手架的結(jié)構(gòu)和承載能力良好。C6 的垂直度偏差最大為1.5°，說(shuō)明腳手架在一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)在垂直方向上的變形較小。這表明腳手架的支撐結(jié)構(gòu)和安裝精度良好，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的傾斜或不垂直情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上，研究以某商業(yè)樓幕墻項(xiàng)目作為工程實(shí)例，對(duì)異形幕墻外用腳手架施工技術(shù)進(jìn)行了深入研究，針對(duì)該幕墻超高、懸挑大等施工難題，文中因地制宜采用了多排落地外用腳手架搭設(shè)方案，在進(jìn)行外架荷載驗(yàn)算來(lái)確保施工平臺(tái)的安全性之后，詳細(xì)介紹了腳手架安裝及拆除工序的施工流程，并通過(guò)施工監(jiān)測(cè)驗(yàn)證了所提外用腳手架施工技術(shù)的可行性與可靠性，可以有效解決該商業(yè)樓異形幕墻施工難題，為今后高層建筑鋼桁架異形幕墻工程提供一些參考。