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近年來由于高層建筑施工中火災(zāi)事故頻發(fā)，對(duì)于完善高層建筑施工過程中安全防火措施的需求更加迫在眉睫。要徹底遏制火災(zāi)的發(fā)生，不但要從源頭控制火源的產(chǎn)生，而且需要大量采用耐火建筑施工材料。本文從高層建筑施工用整體提升腳手架這一普遍采用的施工設(shè)施入手，設(shè)計(jì)了一種滿足該體系正常施工的防火圍護(hù)體系[1,2]。

1 整體提升腳手架體系的防火設(shè)計(jì)

整體提升腳手架架體系統(tǒng)是整體提升電動(dòng)腳手架的骨架，為施工提供操作面以及安全圍護(hù)。架體系統(tǒng)采用片架式構(gòu)造，各片架分成若干標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)均為定型化預(yù)加工，施工現(xiàn)場(chǎng)將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拼裝為片架，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間為承插式構(gòu)造，保證連接為剛性連接，片架與片架之間采用扣件式腳手管連接，架體最下層采用花紋鋼板作為走道板，其余各層采用鋼板網(wǎng)走道板，腳手架外立面采用沖孔鍍鋅鋼網(wǎng)板作為外圍圍護(hù)[3,4]，架體系統(tǒng)立面如圖1所示。

腳手架立面圍護(hù)系統(tǒng)利用特制的鋼管連接件將沖孔鍍 鋅鋼網(wǎng)板同腳手架的圍護(hù)鋼管相連，同時(shí)各網(wǎng)板通過螺栓相互固定連接，形成一個(gè)整體的圍護(hù)立面。

圖1 整體提升腳手架結(jié)構(gòu)示意

沖孔鍍鋅鋼板采用30 mm×30 mm×3 mm角鋼作為主框架，外包尺寸1 900 mm×895 mm，框架上通過φ4 mm抽芯鋁鉚釘固定沖孔鍍鋅鋼網(wǎng)板，網(wǎng)板孔徑10 mm，梅花形布置，橫向中心孔距12 mm，縱向中心孔距10 mm，整體開孔率為50%，透風(fēng)系數(shù)0.5?？蚣荛L邊及短邊各開2 個(gè)φ10 mm網(wǎng)板連接孔（圖2）。

圖2 沖孔鍍鋅鋼網(wǎng)板示意

鋼管連接件利用2 塊厚5 mm鋼板經(jīng)過沖壓形成一定弧度，其中一塊上焊接網(wǎng)板連接板，2 塊鋼板用M10螺栓連接固定（圖3）。

圖3 鋼管連接件示意

每步腳手架體豎向可裝配1 塊網(wǎng)板，圍護(hù)網(wǎng)板通過鋼管連接件同每步架體的上部和下部的圍護(hù)鋼管欄桿連接固定，同時(shí)圍護(hù)網(wǎng)板4 個(gè)側(cè)邊通過連接螺栓可相互連接（圖4）。

圖4 圍護(hù)網(wǎng)板連接固定示意

腳手架防火水平圍護(hù)系統(tǒng)則利用鋼板網(wǎng)為面板的鋼框走道板作為標(biāo)準(zhǔn)層走道板，頂層、底層則采用花紋鋼板作為封閉層走道板，形成架體的水平圍護(hù)體系。

鋼框走道板主框架采用40 mm×3 mm角鋼，上鋪厚4 mm鋼板網(wǎng)或厚4 mm花紋鋼板作為面板。主框架兩側(cè)分別焊接鋼管定位卡板，用于同架體的水平走道鋼管定位。位于標(biāo)準(zhǔn)層的走道板首先利用卡板同走道鋼管初步定位，然后通過鐵絲扎牢固定，固定方式簡便快速，通用性強(qiáng)。

位于底層的走道板可通過U形卡同走道鋼管連接固定，同時(shí)一端設(shè)置厚3 mm花紋鋼翻板，作為同結(jié)構(gòu)間間隙的封閉措施，另一端同豎向的外圍護(hù)網(wǎng)板通過螺栓相連固定，作為架體水平和立面圍護(hù)交界處的封閉措施。

2 計(jì)算分析

2.1 工況分析

計(jì)算假定施工約250 m高層建筑外墻，取常規(guī)4.5 m機(jī)位間距，高19 m的10 步架體為參考，根據(jù)施工流程，整體提升爬架系統(tǒng)施工工況分為工作工況、爬升工況以及臺(tái)風(fēng)工況，分別對(duì)應(yīng)架體不同的附著形式：

工況1：爬升工況，采用6級(jí)風(fēng)壓進(jìn)行爬升工況驗(yàn)算。

工況2：工作工況，按照規(guī)范采用10 年期最大風(fēng)壓，實(shí)際使用過程中，遇到8級(jí)及以上大風(fēng)應(yīng)停止施工。

工況3：臺(tái)風(fēng)工況，采用12級(jí)風(fēng)進(jìn)行驗(yàn)算。此時(shí)應(yīng)增加拉結(jié)，清除架體上部堆載。

2.2 荷載

1）恒載標(biāo)準(zhǔn)值GK。有限元模型中，整體提升爬架結(jié)構(gòu)材料自重可以自動(dòng)計(jì)算；經(jīng)過實(shí)際測(cè)算，對(duì)于鍍鋅圍護(hù)板取自重標(biāo)準(zhǔn)值為8.2 kg/m2。鋼絲網(wǎng)片10.8 kg/m2，花紋鋼板自重采用33.4 kg /m2。

2）施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk。包括施工人員、材料及施工機(jī)具等自重。本報(bào)告中整體提升腳手架處于結(jié)構(gòu)施工階段時(shí)，荷載按2 層同時(shí)作業(yè)計(jì)算，使用狀況時(shí)按每層3 kN/m2計(jì)算，升降及墜落狀況時(shí)按每層0.5 kN/m2計(jì)算。

3）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk按下式計(jì)算：

式中：βz——風(fēng)振系數(shù)，取1.0；

μz——風(fēng)壓高度變化系數(shù)，在本工程中高度取250 m處，對(duì)應(yīng)的μz=2.24；

w0——基本風(fēng)壓，爬升情況取6級(jí)風(fēng)荷載，對(duì)應(yīng)風(fēng)速為13.8 m/s，風(fēng)壓為0.192 kPa；使用狀態(tài)采用上海市10年期最大風(fēng)壓，為0.4 kPa；臺(tái)風(fēng)采用12級(jí)風(fēng)，對(duì)應(yīng)風(fēng)速為36.9 m/s，風(fēng)壓為0.85 kPa；

本工程中按照敞開情況考慮，開孔率0.5的圍護(hù)網(wǎng)板與架體綜合擋風(fēng)系數(shù)經(jīng)計(jì)算為φ=0.55，則μs＝1.3×0.55＝0.715。

2.3 有限元模型

有限元模型如圖5所示。

2.4 整體提升腳手架計(jì)算結(jié)果

1）爬升工況：爬架結(jié)構(gòu)在本工況下的桿件最大拉應(yīng)力為117.8 MPa，承載力滿足要求，最大壓應(yīng)力為146.6 MPa。爬架結(jié)構(gòu)整體在本工況下的最大變形為32.5 mm，發(fā)生在爬架最頂端，如圖6、圖7所示。

圖5 防火整體提升腳手架有限元模型

圖6 爬升工況腳手架最大應(yīng)力云圖

圖7 爬升工況腳手架最大變形云圖

2）使用工況：爬架結(jié)構(gòu)在本工況下的桿件最大拉應(yīng)力為159.3 MPa，承載力滿足要求，壓應(yīng)力為160.2 MPa。爬架結(jié)構(gòu)在本工況下的最大變形為28.8 mm，發(fā)生在爬架中部最頂端，如圖8、圖9所示。

圖8 使用工況腳手架最大應(yīng)力云圖

圖9 使用工況腳手架最大變形云圖

3）臺(tái)風(fēng)工況：爬架結(jié)構(gòu)在本工況下的桿件最大拉應(yīng)力為149.2 MPa，承載力滿足要求，壓應(yīng)力為114.4 MPa。爬架結(jié)構(gòu)在本工況下的最大變形為3.75 mm，如圖10、圖11所示。

3 整體提升腳手架的工程應(yīng)用

3.1 工程概況

上海船廠（浦東）區(qū)域2E5-1地塊T1樓位于上海市陸家嘴區(qū)域，地面以上結(jié)構(gòu)總高度分別為255.35 m，55 層，現(xiàn)澆混凝土框架核心筒結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)層高為4.2 m，主樓外包尺寸48 m×48 m。

圖10 最大應(yīng)力云圖

圖11 最大變形云圖

根據(jù)該項(xiàng)目核心筒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)整體施工部署的要求，本工程外框架T1樓布置48 個(gè)整體提升腳手架機(jī)位，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位間距為4.5 m，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角處采用3.4 m間距。腳手架采用高19 m的10步式架體，水平和立面圍護(hù)都采用前述的防火圍護(hù)體系。

3.2 整體提升腳手架的應(yīng)用情況

在上海船廠項(xiàng)目應(yīng)用的整體提升腳手架目前已經(jīng)正常施工40 個(gè)流水段，滿足施工安全和工期進(jìn)度要求。并且一體化的外圍護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)施工架體的外觀起到了一定美化作用（圖12）。

圖12 上海船廠項(xiàng)目整體提升腳手架施工實(shí)景

4 結(jié)語

從社會(huì)效益考慮，整體提升腳手架的防火設(shè)計(jì)及在工程中的應(yīng)用，不但起到了防止建筑施工中架體火災(zāi)情況的發(fā)生，而且整個(gè)施工建筑的外觀相比傳統(tǒng)綠網(wǎng)腳手更有一定的提高和美化作用。從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保方面考慮，該腳手體系的防火材料可重復(fù)周轉(zhuǎn)使用，材料費(fèi)用可多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行攤銷，相比傳統(tǒng)木板、竹笆腳手體系，不但降低了一次性施工成本，而且達(dá)到了環(huán)保和節(jié)能減排的作用。