劉 陽

目前，高層建筑是城市建設(shè)的重要發(fā)展方向。在施工建設(shè)中，對(duì)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(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢。在懸挑外腳手架的設(shè)計(jì)施工過程中，必須充分考慮安全性與實(shí)用性，在制作、安裝和搭設(shè)等過程中都需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行，確保懸挑腳手架的實(shí)用價(jià)值。針對(duì)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(guān)專家進(jìn)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(shè)計(jì)優(yōu)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(shè)計(jì)與建設(shè)過程中，會(huì)涉及較多的懸挑構(gòu)件，其施工建設(shè)時(shí)會(huì)對(duì)外腳手架產(chǎn)生一定的影響。技術(shù)人員必須充分重視腳手架的搭建工作，建立專項(xiàng)方案設(shè)計(jì)，并由有資質(zhì)的專家對(duì)其進(jìn)行論證，確保整體設(shè)計(jì)合理、應(yīng)用安全。在高層建筑工程中使用的外腳手架需要重復(fù)利用，一般選擇雙排全封閉結(jié)構(gòu)，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(hù)架等結(jié)構(gòu)，使用安全網(wǎng)對(duì)周圍進(jìn)行封閉，整體建設(shè)方案中還需要考慮抗震、耐火、防風(fēng)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(xiàng)設(shè)計(jì)，充分考慮施工建設(shè)的工藝選擇和技術(shù)需求等，并進(jìn)行適配性設(shè)計(jì)，以提高應(yīng)用的安全性和實(shí)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(biāo)文件，包括《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 130——2011）、《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 59——2011）以及《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017——2017）等，地方標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，還需要聘請(qǐng)有資質(zhì)的專家對(duì)專項(xiàng)方案進(jìn)行論證和分析，確保在工程選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建設(shè)應(yīng)用等方面都符合安全要求[1]。

其次，在施工計(jì)劃編制方面，需要包括材料設(shè)備、工程進(jìn)度、技術(shù)選擇以及建設(shè)流程等多方面內(nèi)容，其中搭建技術(shù)中需要細(xì)化到各個(gè)材料結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，并嚴(yán)格按照該參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和立面節(jié)點(diǎn)圖示進(jìn)行工程質(zhì)量驗(yàn)收和應(yīng)急保障，確保有專業(yè)的安全管理和作業(yè)人員等進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)督。在后期進(jìn)行外腳手架拆除時(shí)，需要按照一定的次序執(zhí)行，確保整體搭建應(yīng)用的合規(guī)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(zhǔn)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(duì)現(xiàn)場環(huán)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(shè)計(jì)和施工實(shí)操過程中需要予以關(guān)注。

第一，在腳手架搭建前，施工人員需要對(duì)場地進(jìn)行整平和壓實(shí)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(zhì)條件較為薄弱的情況下，需要提前使用高強(qiáng)度土方回填的方式進(jìn)行加固和優(yōu)化[2]。第二，外腳手架的立桿建設(shè)位置必須提前明確，核對(duì)現(xiàn)場測量放樣后進(jìn)行標(biāo)注，立桿底部的墊板在鋪設(shè)中不得懸空，使其整體受力穩(wěn)定可靠。當(dāng)腳手架的搭建位置存在坑槽時(shí)，施工人員需使用底梁作為支撐，確保立桿整體建設(shè)安全可靠。第三，在外腳手架的搭建位置需要設(shè)置有排水設(shè)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(xiàn)場積水問題，能夠更好地保障地基的實(shí)際荷載強(qiáng)度。

2.2 施工材料準(zhǔn)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(shù)人員需要按照《直縫電焊鋼管》（GB/T 13793——2016）等標(biāo)準(zhǔn)的要求執(zhí)行，并在所有材料進(jìn)場前進(jìn)行抽檢驗(yàn)收工作[3]。A3 鋼管材料表面須光滑無銹蝕，若存在分層、錯(cuò)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(xiàn)較好，在實(shí)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(duì)扣件連接部分進(jìn)行防銹處理，使用專門的油漆進(jìn)行涂刷，并仔細(xì)核對(duì)扣件部分，不得存在砂眼、開裂等缺陷問題，且螺栓連接結(jié)構(gòu)必須能夠形成緊密扣鎖。腳手板部分使用的綁扎鉛絲規(guī)格不得小于18#，且在安裝過程中使用雙股并聯(lián)的方式進(jìn)行綁扎，避免留存搭建安全隱患。安全網(wǎng)的規(guī)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(shè)計(jì)思路與施工要點(diǎn)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(qū)別，技術(shù)人員在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)合理兼顧施工難度和現(xiàn)場安全，參照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 130——2011）和地方標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求執(zhí)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(nèi)，其中超過20 m 的外腳手架設(shè)計(jì)方案需要聘請(qǐng)專家進(jìn)行論證，以更好地保障工程建設(shè)的安全性。技術(shù)人員在進(jìn)行外腳手架的分段規(guī)劃時(shí)，必須充分結(jié)合建設(shè)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(shè)的劃分高度應(yīng)盡量一致，使得實(shí)際安裝建設(shè)中的成本更加可控。

3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置

在高層建筑懸挑外腳手架的搭建中，需要做好基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)置，為后續(xù)的實(shí)操搭建奠定良好基礎(chǔ)。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(huì)影響腳手架建設(shè)的穩(wěn)定性。為方便施工人員的攀爬行走，腳手架搭建的步距應(yīng)與行走距離相似，一般設(shè)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(jié)構(gòu)的安全性[4]。

技術(shù)人員在進(jìn)行外腳手架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，可通過建立模型進(jìn)行驗(yàn)算設(shè)計(jì)，重點(diǎn)關(guān)注鋼材的連接節(jié)點(diǎn)等位置，確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度、剛度等性能都符合建設(shè)需求。另一方面，在進(jìn)行外腳手架的搭建中，必須考慮架體高度和風(fēng)荷載之間的關(guān)聯(lián)性。特別是在高層建筑的工程方案中，風(fēng)壓高度對(duì)懸挑外腳手架建設(shè)的影響較大，應(yīng)按照40 m 間隔進(jìn)行標(biāo)高計(jì)算，合理選擇風(fēng)荷載參數(shù)，使外腳手架立桿具有更高的穩(wěn)定性。

3.3 懸挑梁的設(shè)置

懸挑梁的建設(shè)多使用型鋼和桁架等，建設(shè)強(qiáng)度較鋼管材料更高，且能形成較為對(duì)稱的梁體結(jié)構(gòu)，使外腳手架載荷更強(qiáng)。工字鋼、槽鋼材料的強(qiáng)度、剛度較大，結(jié)構(gòu)受力較為明確，能夠?qū)崿F(xiàn)較為直接的荷載傳力，在高層建筑工程建設(shè)中的應(yīng)用最為廣泛。技術(shù)人員在進(jìn)行懸挑梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮高度帶來的側(cè)彎變化影響，通過工字結(jié)構(gòu)、倒U 型結(jié)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)防側(cè)彎優(yōu)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(guī)格為16#，外延部分長度應(yīng)小于1.5 m，且利用錨固措施進(jìn)行受力優(yōu)化控制[5]。

在高層建筑工程中會(huì)涉及陽臺(tái)、飄窗等懸挑結(jié)構(gòu)，其立體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且會(huì)形成較大范圍的懸挑梁，整體建設(shè)的安全性要求較高。技術(shù)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，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(jié)構(gòu)受力的驗(yàn)算與優(yōu)化。另外，由于懸挑梁錨固端和其建設(shè)的平衡性之間存在緊密聯(lián)系，設(shè)計(jì)人員在整體規(guī)劃過程中需要合理兼顧懸挑梁長度對(duì)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(qiáng)的實(shí)用性，保證整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全。

在確定懸挑梁基本結(jié)構(gòu)的過程中，技術(shù)人員需要合理優(yōu)化其長度，這對(duì)工字梁的型號(hào)選定和施工方案等會(huì)產(chǎn)生較為重要的影響。在進(jìn)行建筑外腳手架的搭建時(shí)，可以按照10 m 高度進(jìn)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(guī)律。懸挑梁的跨度和工字梁的受力之間成正比關(guān)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(shè)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(yù)埋螺栓固定兩種，其固定施工的技術(shù)難度和性能特點(diǎn)存在一定區(qū)別，需要結(jié)合實(shí)際需求靈活選擇。倒U 型圓鋼結(jié)構(gòu)使用鋼筋拉環(huán)進(jìn)行安裝，要提前預(yù)制生產(chǎn)，并使用木質(zhì)楔形塊進(jìn)行固定，該工藝技術(shù)十分簡便，在一些小規(guī)模的工程建筑中廣泛應(yīng)用[7]。

但由于木楔的穩(wěn)固性偏弱，特別是在水平方向的抗力不足，實(shí)際應(yīng)用中需要做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。預(yù)埋螺栓的固定方式要求技術(shù)人員提前進(jìn)行孔位預(yù)留，用螺栓將型鋼和鋼板材料緊密結(jié)合起來，使外腳手架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到有效保障。該工藝技術(shù)按照分段施工的方式進(jìn)行重復(fù)利用，整體優(yōu)勢較為突出，對(duì)施工人員的技術(shù)要求較高，需要定期進(jìn)行材料的保養(yǎng)維護(hù)工作。

3.5 轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)加強(qiáng)

在高層建筑的轉(zhuǎn)角位置，由于受力方向的影響，立桿交點(diǎn)位置的受力更大，且在其連接處的固定操作較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際規(guī)劃過程中需要重點(diǎn)關(guān)注，在此處增加加固措施來提升外腳手架的結(jié)構(gòu)平衡與穩(wěn)定。

一方面，可以使用地錨進(jìn)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(yīng)與立桿的受力方向保持一致，并使用鋼鉸鏈固定連接點(diǎn)位置，確保轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定。在部分設(shè)計(jì)方案中，會(huì)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(diào)整地錨方向使整體受力能夠朝向主體結(jié)構(gòu)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(jìn)行搭建，與立桿、橫桿之間形成更加牢靠的米字形結(jié)構(gòu)，并在邊緣位置依靠斜向支持實(shí)現(xiàn)角部加強(qiáng)，全面提升外腳手架的牢固性與安全性。

3.6 連墻件的設(shè)置

在專項(xiàng)方案中，需要合理優(yōu)化連墻件的設(shè)計(jì)位置和高層建筑外腳手架的主節(jié)點(diǎn)位置，一般要求不超過3 m，并按照兩步三跨的距離進(jìn)行設(shè)置，確保在實(shí)際安裝與施工建設(shè)中更具便捷性。值得注意的是，由于外腳手架的步距跨數(shù)和樓層高度之間很難形成整數(shù)倍的匹配，在實(shí)際搭建過程中可能會(huì)出現(xiàn)連墻件安裝位置不滿足施工要求的情況，設(shè)計(jì)人員需要提前考慮，通過距離微調(diào)等方式兼顧建設(shè)實(shí)際和設(shè)計(jì)需求，并結(jié)合地方規(guī)定嚴(yán)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(shè)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(jié)構(gòu)需要使用鋼絲繩進(jìn)行連接。值得注意的是，由于鋼絲繩能夠承擔(dān)一定的荷載，部分設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行整體荷載計(jì)算和驗(yàn)算過程中會(huì)考慮到該情況。但從部分地區(qū)的建設(shè)規(guī)定來看，一般不將這類柔性受力納入統(tǒng)計(jì)范圍，需要按照最不利情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，將鋼絲繩結(jié)構(gòu)作為外腳手架的安全儲(chǔ)備裝置，把型鋼等材料作為支撐外腳手架的主要結(jié)構(gòu)。另外，在鋼絲繩設(shè)置過程中，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)其直徑和夾角等，一般要求單根鋼絲繩直徑應(yīng)大于15 mm，懸挑梁夾角部分應(yīng)大于60°，并在安裝建設(shè)時(shí)使用錨固裝置進(jìn)行加固處理，使其連接能夠逐一對(duì)應(yīng)。

3.8 架體抗風(fēng)渦流

高層建筑的懸挑外腳手架中會(huì)涉及橫風(fēng)等對(duì)施工安全帶來的影響，因此外腳手架結(jié)構(gòu)必須具備較好的抗風(fēng)渦流性能，有效規(guī)避上翻流造成的風(fēng)險(xiǎn)隱患。按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 130——2011）的規(guī)定，外腳手架的搭設(shè)高度超40 m 時(shí)需要考慮渦流影響。但在實(shí)際施工應(yīng)用中，建筑高度、表面結(jié)構(gòu)以及荷載等情況均存在很大差異，進(jìn)行風(fēng)荷載的計(jì)算判斷時(shí)較為復(fù)雜，從安全角度出發(fā)，設(shè)計(jì)人員需要提前做好上翻流的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防工作。在連墻桿主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可使用預(yù)埋件、雙扣件等措施進(jìn)行固定，相較于單純的鉸鏈和螺栓，其穩(wěn)定性更強(qiáng)；同時(shí)，適當(dāng)縮減連接節(jié)點(diǎn)的間距，不斷提升架體的抗風(fēng)作用。在水平方向的穩(wěn)定設(shè)計(jì)中，可使用剪刀撐等抑制結(jié)構(gòu)的形變問題，使高層建筑懸挑外腳手架的設(shè)計(jì)更加合理，建設(shè)更加安全。

4 結(jié)語

在高層建筑懸挑外腳手架的設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合施工方案和建設(shè)要求等合理確定每段的搭設(shè)高度，一般要求控制在24 m 內(nèi)，有利于保證搭建的安全性。懸挑梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括縱距、橫距以及高度等，需根據(jù)腳手架建設(shè)用材的力學(xué)性能進(jìn)行計(jì)算測試，要求每點(diǎn)處的強(qiáng)度、剛度等都能滿足施工應(yīng)用要求。對(duì)于腳手架轉(zhuǎn)角部分結(jié)構(gòu)需要加強(qiáng)，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(jié)構(gòu)邊線保持一致，不斷優(yōu)化方案設(shè)計(jì)與建設(shè)應(yīng)用。