李改華，郝海濤

(北京韜盛科技發(fā)展有限公司，北京 101113)

1 附著式升降作業(yè)安全防護(hù)平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

附著式升降作業(yè)安全防護(hù)平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“防護(hù)平臺(tái)”)是中國(guó)創(chuàng)造、世界領(lǐng)先的建筑工業(yè)裝備，經(jīng)歷了單元折疊式→節(jié)點(diǎn)盤式→積木式全鋼形式的發(fā)展。積木式全鋼形式具有以下特點(diǎn)：①安全實(shí)用；②構(gòu)配件通用性強(qiáng)，重復(fù)使用率>95%；③綠色環(huán)保，周轉(zhuǎn)次數(shù)多；④動(dòng)力設(shè)備自動(dòng)往復(fù)循環(huán)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度；⑤構(gòu)配件質(zhì)量適中，安裝便捷，用工用時(shí)少；⑥采用智能精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)，操控可靠。鑒于以上特點(diǎn)，防護(hù)平臺(tái)成為目前建筑施工中常用的施工防護(hù)裝備。

防護(hù)平臺(tái)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主要有JGJ 202—2010《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》[1]和JG/T 546—2019《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護(hù)平臺(tái)》[2]。防護(hù)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施，標(biāo)志著附著式升降腳手架(防護(hù)平臺(tái))實(shí)現(xiàn)了定型化、裝配化、標(biāo)準(zhǔn)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(jí)為建筑工業(yè)行業(yè)產(chǎn)品防護(hù)平臺(tái)，納入了建筑工業(yè)制造系列，將長(zhǎng)期存在和廣泛應(yīng)用于建筑市場(chǎng)。

據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料顯示，防護(hù)平臺(tái)企業(yè)爆發(fā)式增長(zhǎng)，導(dǎo)致大量低質(zhì)產(chǎn)品涌入市場(chǎng)，安全事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響行業(yè)生態(tài)。種種亂象產(chǎn)生的主要原因是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不統(tǒng)一，防護(hù)平臺(tái)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(yán)重阻礙了防護(hù)平臺(tái)行業(yè)的安全、健康和可持續(xù)發(fā)展。

2 防護(hù)平臺(tái)技術(shù)爭(zhēng)議點(diǎn)

隨著防護(hù)平臺(tái)的廣泛應(yīng)用，其存在的技術(shù)問題也日益顯現(xiàn)，主要技術(shù)爭(zhēng)議點(diǎn)如下。

1)荷載及計(jì)算系數(shù)取值不統(tǒng)一 各現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定的荷載、計(jì)算系數(shù)不統(tǒng)一，且與防護(hù)平臺(tái)實(shí)際施工荷載不符，給設(shè)計(jì)計(jì)算帶來困擾。

2)計(jì)算分析模型規(guī)定不清晰 規(guī)范及防護(hù)平臺(tái)科技成果評(píng)估中，防護(hù)平臺(tái)的計(jì)算體系均采用若干個(gè)平臺(tái)單元單獨(dú)計(jì)算，且主框架計(jì)算采用平面簡(jiǎn)化模型，未考慮所有主要構(gòu)件對(duì)架體主框架的影響，因此計(jì)算并不準(zhǔn)確。

3)構(gòu)造要求不合理 規(guī)范及防護(hù)平臺(tái)科技成果評(píng)估中要求每個(gè)附著支座采用2個(gè)螺栓，防護(hù)網(wǎng)片與外立桿連接(起剪刀撐作用)等。

4)架體防護(hù)高度規(guī)定不合理 規(guī)范規(guī)定架體防護(hù)高度≤5倍層高，懸挑高度≤6m[1]，在實(shí)際施工中存在安全隱患。

3 技術(shù)爭(zhēng)議點(diǎn)分析

針對(duì)防護(hù)平臺(tái)存在的主要技術(shù)爭(zhēng)議點(diǎn)，從實(shí)際使用情況調(diào)研、相關(guān)規(guī)范規(guī)定依據(jù)、理論計(jì)算模擬分析及試驗(yàn)驗(yàn)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(fēng)荷載。本節(jié)主要研究活荷載取值及風(fēng)荷載計(jì)算。

3.1.1活荷載取值

在相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范中，《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》、JGJ 59—2011《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》及《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護(hù)平臺(tái)》、GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》分別規(guī)定每層活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3,3,2,2kN/m2，允許同時(shí)作業(yè)步數(shù)為2,2,3,2。

《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定原作業(yè)腳手架結(jié)構(gòu)施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3kN/m2，根據(jù)主體砌筑用腳手架制定。墻體砌筑作業(yè)時(shí)，腳手架作業(yè)層上需堆放磚塊，擺放砂漿桶，甚至推車，因此規(guī)定取施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3kN/m2。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)行的建筑主體結(jié)構(gòu)施工工藝已發(fā)生重大改變，不在作業(yè)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(shù)規(guī)范》中第4.8條明確規(guī)定，不允許在架體上推車。

通過對(duì)800棟樓防護(hù)平臺(tái)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地調(diào)研，堆放材料的質(zhì)量、施工人員及工具之和遠(yuǎn)達(dá)不到規(guī)范的規(guī)定數(shù)值。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，單層施工活荷載≤2.0kN/m2。

綜上所述，防護(hù)平臺(tái)施工活荷載，建議直接按《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中第5.1.5條中的第二款規(guī)定取值，即單層施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2kN/m2，同時(shí)存在2個(gè)及以上作業(yè)層作業(yè)時(shí)，同一跨內(nèi)各操作層的施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值總和取值應(yīng)≥4.0kN/m2。

3.1.2風(fēng)荷載計(jì)算

風(fēng)荷載計(jì)算公式為：

wk=βz·μz·μs·w0

(1)

式中：w0為基本風(fēng)壓；βz為風(fēng)振系數(shù)；μz為高度變化系數(shù)；μs為風(fēng)荷載體形系數(shù)，μs=1.3φ，擋風(fēng)系數(shù)φ=An/Aw, 其中An為防護(hù)平臺(tái)迎風(fēng)面擋風(fēng)面積，Aw為防護(hù)平臺(tái)迎風(fēng)面面積。

1)基本風(fēng)壓w0

相關(guān)規(guī)范規(guī)定按重現(xiàn)期10年確定基本風(fēng)壓。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，近10年5 000棟樓防護(hù)平臺(tái)均在1～2年完成，取10年基本風(fēng)壓遇到強(qiáng)風(fēng)的概率較小，因此建議取5年重現(xiàn)期。JGJ 195—2018《液壓爬升模板工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[6]中規(guī)定，風(fēng)力等級(jí)5～12級(jí)對(duì)應(yīng)的基本風(fēng)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(fēng)速與風(fēng)壓的關(guān)系：

(2)

式中：v0為距地面10m高度處風(fēng)速。

考慮到架體在5級(jí)及以上大風(fēng)不得提升，根據(jù)《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》[2]中4.1.2條，升降工況取0.25kN/m2，而5級(jí)風(fēng)對(duì)應(yīng)的最大風(fēng)壓0.072kN/m2遠(yuǎn)小于升降工況的規(guī)定取值，因此，該取值規(guī)定不合理。在項(xiàng)目施工過程中，可根據(jù)天氣預(yù)報(bào)獲得當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力等級(jí)，得到相應(yīng)風(fēng)壓。當(dāng)風(fēng)力等級(jí)超過設(shè)計(jì)值，根據(jù)《防護(hù)平臺(tái)安全專項(xiàng)施工方案》，對(duì)防護(hù)平臺(tái)采取有效的臨時(shí)加固連接措施，遇到臺(tái)風(fēng)等極端惡劣天氣時(shí)，需提前拆除懸臂部分的防護(hù)網(wǎng)片，以降低風(fēng)荷載對(duì)架體的影響，保證架體安全。

2)風(fēng)振系數(shù)βz施工階段主體結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)βz可按GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[3]的相關(guān)規(guī)定取值，不同施工期，βz隨建筑高度的變化而改變。由于防護(hù)平臺(tái)是附在主體結(jié)構(gòu)上的，風(fēng)振影響很小，因此相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-2,5]均規(guī)定風(fēng)振系數(shù)βz為1. 0。

3)高度變化系數(shù)μz根據(jù)在建施工項(xiàng)目，防護(hù)平臺(tái)爬升最大高度結(jié)合地區(qū)類別進(jìn)行選擇。

4)風(fēng)荷載體形系數(shù)μs

(3)

式中：φ為擋風(fēng)系數(shù)；An為附著式防護(hù)平臺(tái)迎風(fēng)面擋風(fēng)面積(考慮網(wǎng)片、腳手板、立桿等擋風(fēng)面積)；Aw為附著式防護(hù)平臺(tái)迎風(fēng)面面積。

風(fēng)荷載對(duì)架體受力產(chǎn)生重要影響，而防護(hù)網(wǎng)片的通風(fēng)率直接影響風(fēng)荷載大小，因此，防護(hù)網(wǎng)片應(yīng)作為防護(hù)平臺(tái)的重要構(gòu)件進(jìn)行研究?！督ㄖ┕び酶街缴底鳂I(yè)安全防護(hù)平臺(tái)》[1]中規(guī)定，防護(hù)網(wǎng)片厚0.6～0.8mm；采用鋼絲網(wǎng)時(shí)，鋼絲直徑應(yīng)≥2.5mm，網(wǎng)孔尺寸≤15mm×15mm；JGJ/T 183—2019《液壓升降整體腳手架安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[7]中規(guī)定，沖孔式鋼板立網(wǎng)孔徑應(yīng)≤6mm；GB 5725—2009《安全網(wǎng)》[8]中規(guī)定，網(wǎng)眼孔徑應(yīng)≤12mm。以上各標(biāo)準(zhǔn)中網(wǎng)孔大小規(guī)定并不一致，相差較大。

綜上所述，對(duì)于沖孔式鋼板網(wǎng)孔徑≤6mm的規(guī)定，并沒有切合實(shí)際的、有說服力的依據(jù)，且該數(shù)值與允許使用的鋼絲網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸15mm×15mm相矛盾。

風(fēng)荷載對(duì)防護(hù)平臺(tái)的受力有重要影響，因此，設(shè)計(jì)圓孔、方孔及六邊孔等一系列網(wǎng)孔進(jìn)行抗沖擊和耐貫穿試驗(yàn)，圓孔及其他形狀的內(nèi)切圓孔徑為6～12mm，厚0.6～0.8mm。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在滿足防護(hù)功能的前提下，選用通孔率大的網(wǎng)片，減小風(fēng)荷載對(duì)架體的影響。防護(hù)網(wǎng)也可采用組合式網(wǎng)片，對(duì)于架體懸臂部分，選用通孔率高的網(wǎng)片，可有效降低風(fēng)荷載對(duì)架體的影響。

3.2 計(jì)算模型

由于規(guī)范及防護(hù)平臺(tái)科技成果評(píng)估中防護(hù)平臺(tái)的計(jì)算體系未考慮所有主要構(gòu)件(腳手板、防護(hù)網(wǎng)片、水平桁架等)對(duì)架體主框架的影響，計(jì)算模型不夠準(zhǔn)確。為保證使用安全，對(duì)防護(hù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化(見圖1)，同時(shí)去除冗余的構(gòu)造要求，使防護(hù)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更安全合理、更科學(xué)。

圖1 防護(hù)平臺(tái)側(cè)視示意

3.2.1平面主框架模型

該計(jì)算模型取單個(gè)機(jī)位(6m跨)內(nèi)的荷載施加到主框架模型，并對(duì)導(dǎo)軌截面進(jìn)行等效簡(jiǎn)化處理，如圖2所示。由于導(dǎo)軌為空間焊接結(jié)構(gòu)，未規(guī)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(shù)值不夠準(zhǔn)確。

圖2 平面簡(jiǎn)化模型

3.2.2立體構(gòu)件模型

規(guī)范中規(guī)定機(jī)位間距≤7m，實(shí)際使用中最大機(jī)位間距一般取6m。因此，計(jì)算模型長(zhǎng)度選取機(jī)位的整數(shù)倍即可，立體構(gòu)件模型可全面反映各構(gòu)件受力及變形情況，如圖3所示。以上2種模型具體參數(shù)為：①立體模型 取2個(gè)機(jī)位架體進(jìn)行建模，架體高14m、長(zhǎng)12m，機(jī)位間距為6m，立桿間距為2m；平面模型取單個(gè)機(jī)位內(nèi)荷載；②荷載 施加自重、施工活荷載(2層，每層2kN/m2)、風(fēng)荷載；③約束 每個(gè)機(jī)位僅1個(gè)支座承受豎向荷載，3個(gè)支座同時(shí)承受水平荷載，長(zhǎng)度邊界施加對(duì)稱約束；④所有節(jié)點(diǎn)按剛性處理。

圖3 立體構(gòu)件模型

3.2.3兩種模型計(jì)算對(duì)比

采用相同荷載，對(duì)同一防護(hù)平臺(tái)分別用2種模型計(jì)算，以基本風(fēng)壓取0.3kN/m2為例，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 兩種模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由表1可知，立體構(gòu)件模型計(jì)算的主框架構(gòu)件的應(yīng)力及變形大于平面簡(jiǎn)化模型的計(jì)算結(jié)果。立體構(gòu)件模型可查看所有構(gòu)件的受力情況，為確保架體的安全使用及所有構(gòu)件設(shè)計(jì)合理，建議采用立體構(gòu)件模型進(jìn)行計(jì)算。

3.3 架體防護(hù)高度

3.3.1防護(hù)平臺(tái)使用流程

《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》規(guī)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(hù)常用14m架體，即4倍樓層高度+2m防護(hù)高度。防護(hù)平臺(tái)具體施工工藝如下。

1)初始狀態(tài) 防護(hù)高度約為4倍樓層高度+2m防護(hù)高度，有3個(gè)附著支座附著在建筑結(jié)構(gòu)上，架體懸臂高約5.5m。

2)綁扎鋼筋 架體安裝完成后，進(jìn)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(nèi)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(dá)到拆模條件，為趕工期，施工方會(huì)進(jìn)行N+4層鋼筋綁扎，此時(shí)存在露頭作業(yè)，存在嚴(yán)重安全隱患；有的施工現(xiàn)場(chǎng)，為N+4層防護(hù)高度達(dá)到要求，在N+3層未拆模情況下，進(jìn)行架體提升，此時(shí)架體只安裝2個(gè)附著支座，懸臂高度超過規(guī)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(shí)架體安裝3個(gè)附著支座，滿足規(guī)范要求。

3.3.2解決方案

為保證架體防護(hù)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(jié)構(gòu)用型材不滿足該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度要求，需對(duì)架體構(gòu)件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、選型、計(jì)算和試驗(yàn)，使架體產(chǎn)品具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)剛度。

3.4 附墻支座螺栓

《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護(hù)平臺(tái)》中規(guī)定，附著支座與建筑構(gòu)件采用錨固螺栓連接，每個(gè)附著支座應(yīng)設(shè)2個(gè)及以上錨固螺栓；該項(xiàng)規(guī)定未完全考慮實(shí)際使用情況，2個(gè)穿墻螺栓在實(shí)際安裝使用中存在諸多問題。

1)從技術(shù)層面，只要附墻支座上錨固螺栓位置設(shè)計(jì)合理，上部抵抗臂尺寸取值合適，不會(huì)在提升時(shí)上翻；同時(shí)，架體在升降、使用時(shí)每榀機(jī)位豎向主框架不少于3個(gè)有效附墻支座，附墻支座不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

2)實(shí)際使用中，防護(hù)平臺(tái)附墻支座采用單螺栓固定，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用過，未出現(xiàn)重大安全事故，說明單螺栓技術(shù)成熟、簡(jiǎn)便、安全可行，適應(yīng)性強(qiáng)。

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

4)目前業(yè)界大量使用的附墻支座附著板安裝穿墻螺栓的長(zhǎng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(tǒng)的計(jì)算須準(zhǔn)確合理。

3.5 網(wǎng)片與立桿及網(wǎng)片與腳手板連接

《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護(hù)平臺(tái)》中規(guī)定，框架式鋼板防護(hù)網(wǎng)與立桿的連接銷(螺栓)≥10mm，連接銷與網(wǎng)片角部節(jié)點(diǎn)距離≤200mm時(shí)，可代替平臺(tái)外側(cè)的剪刀撐。

目前網(wǎng)片固定主要有網(wǎng)片與立桿連接、網(wǎng)片與腳手板連接2種方式，如圖4所示。

圖4 網(wǎng)片固定方式

1)鋼板防護(hù)網(wǎng)與立桿連接 防護(hù)網(wǎng)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(diǎn)：①對(duì)立桿間距的安裝精度要求高、安裝孔不對(duì)位的概率大大增加；②站在架體上安裝操作困難；③網(wǎng)片規(guī)格多，標(biāo)準(zhǔn)化率低，不利于周轉(zhuǎn)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(duì)立桿間距尺寸精度要求較高，施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(hù)網(wǎng)與腳手板連接 防護(hù)網(wǎng)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(guī)格少，標(biāo)準(zhǔn)化程度高；100%可周轉(zhuǎn)使用，成本低。

4 結(jié)語

針對(duì)防護(hù)平臺(tái)的諸多爭(zhēng)議問題，逐一從理論聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行探討，提出合理的解決方式及研究方向，針對(duì)每個(gè)問題進(jìn)行研究，解決技術(shù)爭(zhēng)議點(diǎn)；該項(xiàng)研究將有助于提升防護(hù)平臺(tái)市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、安全性并更能滿足實(shí)際工程需求。