周蒙強(qiáng)

（北京鐵城工程咨詢有限公司，北京 100001）

0 引言

懸挑式腳手架作為一種常見的施工設(shè)備，在高層住宅樓的建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。懸挑式腳手架因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和靈活的應(yīng)用方式，成為高層住宅樓施工中的優(yōu)選方案。然而，其在實(shí)際應(yīng)用過程中，也面臨著諸多挑戰(zhàn)，如結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、承載能力、施工安全等問題[1]。因此，對懸挑式腳手架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，提高其承載能力和穩(wěn)定性，同時(shí)研究施工技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，對于保障高層住宅樓施工的順利進(jìn)行具有重要意義。

近年來，眾多學(xué)者開展研究，并已具有一定研究成果。如王朝暉等[2]針對高層建筑建造中普遍應(yīng)用的型鋼懸挑腳手架設(shè)計(jì)與施工，分析了型鋼懸挑梁的設(shè)計(jì)計(jì)算模型，給出模型參數(shù)的取值標(biāo)準(zhǔn)，并建立了U 形拉環(huán)在混凝土樓板上錨固破壞的三棱柱體模型，給出錨固承載力設(shè)計(jì)計(jì)算方法。再如黃必成等[3]以深汕科技生態(tài)園（A 區(qū)）為例，針對全鋼附著式腳手架在高層，超高層建筑中的深化設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行探討。季超等[4]對裝配式結(jié)構(gòu)外防護(hù)架進(jìn)行研究，分析了外墻防護(hù)腳手架施工方案的選擇，確定了三角組合型鋼懸挑腳手架的應(yīng)用方式。在該背景下，本文通過對高層住宅樓懸挑式腳手架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的研究，提出優(yōu)化措施和解決方案。結(jié)合實(shí)際工程案例，對研究成果進(jìn)行驗(yàn)證和應(yīng)用，為高層住宅樓懸挑式腳手架的施工提供有益的參考。

1 工程概況

本工程包含8 棟23 ～33 層的高層住宅樓與8 棟2 ～3 層的商業(yè)樓。其底層腳手架的基礎(chǔ)主要直接鋪設(shè)在地下室頂板上，少數(shù)部分則建立在回填土之上。針對8 棟主樓的外腳手架，從第2 層起，在8、14、20、26 層設(shè)置懸挑，總共分為五段進(jìn)行搭建。首段采用落地式雙排鋼管腳手架，從地面起至2 層板面，最高處達(dá)1.8m，共設(shè)置兩層腳手架。接下來的四段則采用懸挑式鋼管腳手架，分別從各層的板面開始搭建，每段的最大搭設(shè)高度均為18m，每段包含十層腳手架。以13#樓為例，其最高處達(dá)到102.2m，地下室頂板位于-0.45m 處。腳手架的步距統(tǒng)一設(shè)定為1.8m，以此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算與布置。

2 高層住宅樓懸挑式腳手架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 選取懸挑架的桿件節(jié)點(diǎn)

桿件節(jié)點(diǎn)作為腳手架的連接點(diǎn)，承受著來自不同方向的力和力矩，考慮節(jié)點(diǎn)的受力情況。在懸挑架中，節(jié)點(diǎn)主要承受拉力、壓力和彎矩。對于懸挑梁節(jié)點(diǎn)，使用以下公式來計(jì)算其受力：

節(jié)點(diǎn)的選取還需要考慮材料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性可以通過分析其幾何形狀和連接方式來實(shí)現(xiàn)。例如，通過增加節(jié)點(diǎn)的支撐或改變其連接方式，可以提高節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性。

2.2 計(jì)算抗彎強(qiáng)度

懸挑式腳手架的兩排加外伸設(shè)計(jì)，確保了施工過程中的穩(wěn)定性和安全性。在對其進(jìn)行抗彎強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，特別關(guān)注橫向水平桿的性能，尤其是在外伸梁最危險(xiǎn)的情況下?？紤]到腳手板、活荷載容量和墻本身的均布荷載，確定了最大跨度、最大承載力和最危險(xiǎn)變形的橫向橫桿。1m 長簡支、1.2m 懸挑的設(shè)計(jì)，對支架的剛度也提出了要求。

假設(shè)橫向水平桿上的均布荷載為q（包括腳手板和活荷載以及自重），則最大彎矩K可以通過以下公式計(jì)算：

式中：L表示簡支段跨度與懸挑長度之和，即L=1m+1.2m=2.2m。

接下來，計(jì)算橫向水平桿的抗彎截面模量W。設(shè)橫向水平桿為矩形截面，其寬度為b，高度為h，則得出：

抗彎強(qiáng)度R可以通過最大彎矩和抗彎截面模量來計(jì)算，聯(lián)立上述公式，即可得到橫向水平桿抗彎強(qiáng)度的計(jì)算公式：

通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇，確保橫向水平桿在承受施工荷載時(shí)具有足夠的抗彎強(qiáng)度，從而保障整個(gè)腳手架挑撐式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3 設(shè)計(jì)懸挑式結(jié)構(gòu)腳手架

工程腳手架設(shè)計(jì)獨(dú)特，適應(yīng)不同樓層需求。2層以下采用全封閉落地式，確保穩(wěn)固基礎(chǔ)；2 層以上則選用全封閉懸挑式，每6 層翻轉(zhuǎn)1 次，外挑高度達(dá)23.4m，高效且安全。懸挑型鋼采用16a 槽鋼U 口水平，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，每外挑單元設(shè)有兩層作業(yè)層和三層竹笆片層。

腳手架的結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)過精心選定，以確保施工安全與效率。大橫桿步距定為1.8m，首層則特別設(shè)定為1.5m。立桿的縱距和橫距分別為1.5 和0.95m，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。外立桿與外墻邊距為1.15m，內(nèi)立桿則為0.2m。腳手板采用竹笆片與杉木擋腳板[5]，為保證施工過程中的安全，每個(gè)臺(tái)階都設(shè)置了保護(hù)護(hù)欄。外墻保護(hù)采用了高密度綠色防護(hù)網(wǎng)，提供有效防塵與防護(hù)。懸挑槽鋼梁間距為1.5m，長度達(dá)3.35m，并通過2Φ14 圓鋼牢固固定在樓面上。所有桿件均選用Φ48mm×3.5mm 規(guī)格的鋼管，確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

施工單位創(chuàng)新性地采用了倒三角形承力結(jié)構(gòu)作為懸挑式外腳手架的支撐體系，即懸挑式結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)融合了型鋼挑梁與斜撐桿，斜撐桿材料選用常見的鋼管，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。

3 高層住宅樓懸挑式腳手架施工技術(shù)

3.1 布置H 型鋼懸挑架

在高層住宅樓施工過程中，為確保懸挑工字鋼錨固環(huán)的精準(zhǔn)定位與穩(wěn)定預(yù)埋，用PVC 管材來模擬工字鋼的鋪設(shè)路線，參照懸臂外側(cè)框架的布置，對錨固環(huán)進(jìn)行定位和預(yù)埋，以保證在PVC 管材上預(yù)留的孔洞能順暢地通過。采用涂料在鋁合金模板上噴涂工字形“U”形卡環(huán)，并在定位標(biāo)志處進(jìn)行鉆孔，嚴(yán)格控制孔徑和孔深，確保鉆孔角度與巖體面垂直。清孔后，安置精心制作的H 型鋼懸挑梁[6]，并采用M40 砂漿進(jìn)行灌漿，同時(shí)按比例摻入早強(qiáng)劑，增強(qiáng)其強(qiáng)度。

在灌漿過程中，采用0.5MPa 的壓力進(jìn)行灌注，確保砂漿能夠充分填充孔隙。待砂漿強(qiáng)度達(dá)到要求后，進(jìn)行架體的搭設(shè)工作。對于巖體內(nèi)的凹處，調(diào)整懸挑鋼梁的鉆孔方向，使其微向上方起翹，角度控制在3°～5°。

懸臂梁必須具備足夠的錨固力及截面抗彎能力，當(dāng)普通主梁采取懸臂梁形式時(shí)，腳手架桿需直接置于懸臂梁之上，此時(shí)水平懸臂梁的縱向間隔需與上方腳手架桿的縱向間隔保持一致。為了保證上層構(gòu)架的穩(wěn)定，在上層腳手架的立桿和懸挑支架之間，一定要有牢固的定位連接。另外，在橫挑梁或縱連梁上，應(yīng)該焊有150 ～200mm、外徑φ40mm 的鋼管，立桿下面安裝一根清掃桿[7]。

3.2 安裝倒凹字形鋁塑板

在施工過程中，為了防止相鄰鋁合金材料模板和工字鋼之間的相互沖撞，通過密封技術(shù)，使工字鋼能更穩(wěn)定地穿入定型化的擠塑聚苯乙烯泡沫板內(nèi)。在工字鋼上緊密裝配定型化聚苯板，以保證其表面平整堅(jiān)實(shí)。然后制成倒凹字型鋁塑板，并將其恰當(dāng)?shù)夭贾糜趹姨艄ぷ咒撎走M(jìn)的聚苯板二側(cè)部位，倒凹字型鋁塑板安裝如圖1 所示。

圖1 倒凹字形鋁塑板安裝

將凹型鋁塑板固定好后，分段安裝鋁模壁板。在此工藝中，尾部鋁片的安裝是非常關(guān)鍵的，裝在一根懸掛的工字鋼上，尺寸65mm×65mm，并且是單側(cè)鉆孔。而這一小塊鋁合金板材，則是用來制作鋁條的加強(qiáng)背楞，其側(cè)面孔位與鋁條上的打孔孔位是一模一樣的，保證安裝牢固可靠。采用銷片與銷子相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了鋁合金模板墻板的高效連接。一個(gè)接一個(gè)地安裝其它的鋁合金模板和壁板，形成完整的全混凝土外墻主體結(jié)構(gòu)。

3.3 搭設(shè)連續(xù)墻

在進(jìn)行第n+1 層可拆式外挑框架施工時(shí)，應(yīng)注意墻體構(gòu)件的安裝和固定。通過準(zhǔn)確地安裝垂直鋁合金模板，設(shè)置貫穿墻體的錐形可拆式連墻件，連墻件與巖壁之間的有效連接。這一步驟不僅增強(qiáng)了腳手架的整體穩(wěn)定性，還提高了其承載能力，從而有效預(yù)防了傾倒和倒塌等重大事故的發(fā)生。

隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，拆除墻柱鋁合金模板，并使用錘子輕輕敲出“內(nèi)嵌螺帽式”錐形套管，為第n+1 層主體結(jié)構(gòu)留出錐形孔位。將裝配式可拆卸連墻件巧妙地穿過結(jié)構(gòu)預(yù)留的孔洞，實(shí)現(xiàn)了外架與主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固連接。由于該項(xiàng)目的主要建筑都是混凝土結(jié)構(gòu)，尤其是在窗臺(tái)節(jié)點(diǎn)、窗下反坎和外窗洞口周圍，都使用了M16 圓鋼與Φ48mm×3.5mm 鋼管焊接的連墻件，以確保施工的安全與高效。連墻件如圖2 所示。

圖2 連墻件示意圖

在圖2 所示的結(jié)構(gòu)中，剛性連接與柔性連接的巧妙結(jié)合，確保了腳手架的穩(wěn)定性和安全性。連墻件中的錨桿，選用HRB400Φ25 的高強(qiáng)度鋼筋，錨入巖壁深度不小于4m。豎向間距2.4m，水平間距3.0m 的設(shè)置。危巖兩側(cè)設(shè)置的鋼絞線吊拉點(diǎn)，間距10m，有效地增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，防止因巖石松動(dòng)而導(dǎo)致的安全問題。

3.4 封閉架體

當(dāng)腳手架內(nèi)立桿與墻體之間的凈距離小于或等于200mm時(shí)，腳手架的穩(wěn)固性得到了一定程度的保證，施工人員可以在此空間內(nèi)安全作業(yè)。當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求凈距離大于200mm 時(shí)，為了穩(wěn)固性，必須放置站立板。站立板要平整，更要牢固，要有承重能力以確保施工人員在作業(yè)過程中不會(huì)因站立板松動(dòng)或不平整而發(fā)生意外。而對于施工層上方的腳手架，封閉工作同樣重要。每隔3.6m 以及底部，都需要用雙層網(wǎng)兜進(jìn)行封閉。這一措施不僅可以防止施工材料掉落傷人，還能有效地減少施工現(xiàn)場的灰塵和雜物飛揚(yáng)，從而改善施工環(huán)境，保障施工人員的健康。

4 實(shí)例分析

4.1 工程準(zhǔn)備

高層住宅樓懸挑式腳手架施工需要儀器具體參數(shù)如表1所示。

表1 儀器具體參數(shù)

對高層住宅樓懸挑式腳手架施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，利用經(jīng)緯儀、全站儀等儀器，對腳手架的垂直度、水平度進(jìn)行測量，確保其滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。對腳手架的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固處理，選取5 個(gè)節(jié)點(diǎn)作為樣本，如表2 所示。

表2 腳手架節(jié)點(diǎn)樣本

在腳手架的上述5 個(gè)節(jié)點(diǎn)施加標(biāo)準(zhǔn)荷載，使用載荷測試儀測量并記錄實(shí)際承載能力。記錄實(shí)際承載能力，驗(yàn)證該高層住宅樓是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，工程結(jié)果如表3 所示。

表3 承載能力測試結(jié)果

4.2 工程結(jié)果

根據(jù)表3 可知，所有樣本節(jié)點(diǎn)的實(shí)際承載力均超過了施加的標(biāo)準(zhǔn)荷載，也高于設(shè)計(jì)承載能力。這表明高層住宅樓懸挑式腳手架在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的承載能力表現(xiàn)出色，能夠滿足施工過程中的負(fù)載要求。這一結(jié)果說明腳手架的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量是可靠的，能夠有效地支撐和傳遞荷載。

5 結(jié)論

高層住宅樓懸挑式腳手架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究，不僅關(guān)乎施工安全與效率，更是推動(dòng)建筑行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵一環(huán)。通過本次深入研究，針對懸挑式腳手架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化方案，并優(yōu)化其施工技術(shù)。通過測試，得到結(jié)論如下：

（1）應(yīng)用所提方法后，所有樣本節(jié)點(diǎn)的實(shí)際承載力均超過了施加的標(biāo)準(zhǔn)荷載，也高于設(shè)計(jì)承載能力。

（2）本次對腳手架的設(shè)計(jì)有效提升了其承載能力和穩(wěn)定性。同時(shí)，在施工技術(shù)方面，探索并實(shí)踐了一系列創(chuàng)新方法，顯著提高了施工效率，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。