高層建筑升降腳手架施工技術(shù)研究

李華磊

高層建筑的定義在不同國家和不同地區(qū)有不同的理解，1972年召開的國際高層建筑會議確定為：

第一類高層建筑9一16層（最高到50m）；

第二類高層建筑17一25層（最高到75m）；

第三類高層建筑26一40層（最高到100m）：

超高層建筑40層以上（高度100m以上）.

我國建設部5民用建筑設計通則6（JGJ37一87）中規(guī)定，高層建筑是指10層以上的住宅及高度超過24m的公共建筑及綜合建筑。高層建筑是隨著近代社會經(jīng)濟發(fā)展和人們生活的需要發(fā)展起來的，是商業(yè)化、工業(yè)化和城市化的結(jié)果。城市人口集中、用地緊張及激烈的商業(yè)競爭，又加速了現(xiàn)代高層建筑發(fā)展，而科學技術(shù)的進步、輕質(zhì)高強材料的出現(xiàn)以及機械化、電氣化、計算機在建筑中的廣泛應用又為高層建筑的發(fā)展提供了物質(zhì)和技術(shù)條件。

高層建筑在古代就有，我國古代建造的不少高塔就屬于高層建筑。如公元523年建于河南登封縣的篙岳寺塔，10層、高40m，為磚砌單筒體結(jié)構(gòu).國外古代亦有高層建筑，古羅馬帝國的一些城市就曾用磚石承重結(jié)構(gòu)建造了10層左右的建筑。古代的高層建筑，受當時技術(shù)經(jīng)濟條件限制，不論是承重的磚墻或筒體結(jié)構(gòu)，壁都很厚，使用空間小。

近代高層建筑是從19世紀以后逐漸發(fā)展起來的。建于1883年的美國芝加哥家庭保險公司大樓 （HomeInsuraneeBuildi雌），共11層，55m高，是近代高層建筑的開端，與傳統(tǒng)砌筑結(jié)構(gòu)不同，它采用鑄鐵框架承重結(jié)構(gòu)，這標志著一種新的結(jié)構(gòu)體系誕生。19世紀末20世紀初是近代高層建筑發(fā)展的初始階段，鋼結(jié)構(gòu)被應用到高層建筑中，使建筑物的高度超過了100m。1931年紐約建造的帝國大廈（EmpirestateBuilding），有102層，3slm高，享有/世界最高建筑0的稱呼長達40年之久。20世紀50年代以后，隨著新材料、新工藝以及新的結(jié)構(gòu)體系的引進和發(fā)展，使得高層建筑進入了一個新的發(fā)展階段，高層建筑在世界各地不斷出現(xiàn)，層數(shù)和高度都有大幅度的突破，建筑結(jié)構(gòu)體系也呈多樣化、復雜化。1974年美國芝加哥建成了當時世界上最高的西爾斯大廈（SearsTower），110層，高443m，目前排名第三。世界第二高樓為馬來西亞吉隆坡的國家石油大廈，樓高451m，88層。韓國漢城正在建造的國際商務中心，130層，我國高層建筑的發(fā)展與國外類似。我國近代高層建筑起源于上海，1906年建造了上海和平飯店南樓，1929年建造了上海和平飯店北樓.1959年建成的北京民族飯店，12層，高47.7m，標志著我國自行設計和建造高層建筑的開端，1968年建成的廣州賓館，27層，高88m，成為19世紀60年代我國建成的最高建筑。改革開放以后，我國社會經(jīng)濟快速增長，人民生活水平大幅度提高，我國高層建筑蓬勃發(fā)展，各大城市和一批中等城市都興建了大量高層建筑。20世紀90年代是我國高層建筑發(fā)展最快的時期。我國高層建筑的發(fā)展令世界矚目，無論在層數(shù)還是高度上己經(jīng)走在世界前列，已逐步成為世界建造高層建筑的新的重心。據(jù)世界高層建筑與城市住宅委員會（CTBUH）的排名，己建成的世界十大高樓中，我國兩岸三地占6棟。其中，我國臺灣的101購物中心，101層，樓高50m，位居第一。上海仍是我國內(nèi)地高層建筑的重心，最新統(tǒng)計表明，上海高層建筑達到2100幢，其中100米以上的超高層建筑有140余幢，其中上海金貿(mào)大廈，88層，高420.5m）。即將建成的上海環(huán)球金融中心，101層，高492m.

2 高層建筑的結(jié)構(gòu)材料和類型

近代高層建筑的結(jié)構(gòu)材料，主要有鋼筋混凝土、鋼及鋼一鋼筋混凝土組合三類。鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、自重輕、施工速度快等優(yōu)點，但其耗鋼量大，工程造價高。從世界上最高的100棟建筑物的結(jié)構(gòu)材料來分析，鋼結(jié)構(gòu)占45%，鋼一鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)占26%，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)占19%。我國受經(jīng)濟條件的限制，高層建筑和超高層建筑大量的還是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其次是鋼一鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)，用得最少的是鋼結(jié)構(gòu)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)和鋼一鋼筋混凝土混利進行施工而搭設的工作平臺或作業(yè)通道。從廣義上來說，在我國一般將臨時架設在建造中的建筑物或結(jié)構(gòu)物周圍為方便施_工人員的結(jié)構(gòu)施工或外墻裝飾作業(yè)以及為在操作時堆放建筑材料的輔助施工設施，或在混凝土澆注過程中為固定模板而架設的臨時支撐系統(tǒng)，統(tǒng)稱為施工腳手架系統(tǒng)。從狹義角度上來說，腳手架則一般僅指前者。腳手架的技術(shù)進步和革新進展與社會經(jīng)濟及建筑業(yè)的發(fā)展是相協(xié)調(diào)的。解放后，我國腳手架工程的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段。第一階段是解放初期到60年代，腳手架主要利用竹、木材料，由于它的經(jīng)濟優(yōu)勢，目前在我國特別是南方地區(qū)、香港地區(qū)仍然較多的使用竹木腳手架。60年代到80年代，隨著我國鋼鐵工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展，扣件式鋼管腳手架得以大量推廣應用，出現(xiàn)了鋼管扣件式腳手架、各種鋼制工具式里腳手架與竹木腳手架并存的第二階段。進入90年代以后，隨著土木工程的發(fā)展，國內(nèi)一些研究、設計、施工單位在從國外引入的新型腳手架基礎(chǔ)上，經(jīng)多年研究、應用，開發(fā)出一系列新型腳手架，進入了多種腳手架并存的第三階段。其中，由于高層以及超高層建筑在建設工程中所占比重迅速擴大，同時，對腳手架在安全可靠、快速和經(jīng)濟方面提出了更高的要求，附著升降式腳手架開始在建筑施工市場上出現(xiàn)并得以迅速發(fā)展。建筑施工附著升降腳手架是僅需搭設一定高度并通過附著支撐結(jié)構(gòu)附著于高層、超高層工程結(jié)構(gòu)上，具有防傾覆、防墜落裝置，依靠自身的升降設備和裝置，可隨工程結(jié)構(gòu)施工逐層爬升直至結(jié)構(gòu)封頂，并繼而為滿足外墻裝飾作業(yè)要求實現(xiàn)逐層下降的輔助施工外腳手架，它可以滿足結(jié)構(gòu)施工、安裝施工、裝修施工等施工階段中工人在建筑物外側(cè)進行操作時施工工藝及安全防護的需要。它是80年代末、90年代初在挑、吊、掛腳手架的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是適應高層建筑、特別是超高層建筑施工需要的新型腳手架。附著升降腳手架按腳手架爬升方式可分為以下幾類：互爬式附著升降腳手架、套管式附著升降腳手架、懸挑式附著升降腳手架、導軌式附著升降腳手架、導座式附著升降腳手架和它們之間的組合應用，等等。附著升降腳手架按腳手架的組架方式可以分為以下幾類：單片式附著升降腳手架、多片式附著升降腳手架、整體式附著升降腳手架。附著升降腳手架按提升設備可以分為以下幾類：手拉葫蘆式附著升降腳手架、環(huán)鏈電動葫蘆式附著升降腳手架、升板機式附著升降腳手架、卷揚機式附著升降腳手架、液壓式附著升降腳手架。

對于高層、超高層建筑的施工，附著升降腳手架要比傳統(tǒng)的落地式外腳手架、挑、吊、掛腳手架材料用量低，使用經(jīng)濟，特別是當建筑物的高度在50m以上時，附著升降腳手架的適用性、經(jīng)濟性顯得尤為突出。余宗明，曾對扣件式鋼管腳手架、碗扣式鋼管腳手架、門式架、橋式架、外掛架以及吊籃架和電動整體升降腳手架進行了經(jīng)濟分析，結(jié)論表明，除電動整體升降腳手架外，其他形式的腳手架體系的價格隨高度的增加而增大，電動整體升降腳手架的價格不隨高度的增加而加大，基本呈水平狀態(tài)，其經(jīng)濟優(yōu)勢只有當高度超過45m時才有優(yōu)勢。附著升降腳手架作為高層建筑或超高層建筑施工的外腳手架，與常規(guī)落地腳手架相比，能顯著地減少腳手鋼管和扣件等設備材料的占用量，與一般的懸挑腳手架相比，能較大幅度的提高施工效率，而且，如果解決了風荷載的問題，設計可以不受高度限制?；谝陨蟽?yōu)點，這種腳手架從八十年代中期開始，在高層建筑施工中正逐步得到廣泛采用。1996年建設部在推廣應用10項新技術(shù)的指導意見中就提到在高層建筑施工中，應積極慎重地推廣懸挑式腳手架和整體爬升腳手架。腳手架是臨時架設在建造中的建筑物或結(jié)構(gòu)物周圍，是為方便施工人員的結(jié)構(gòu)施工或外墻裝飾作業(yè)以及作為在操作時堆放建筑材料的輔助施工設施，或在混凝土澆注過程中為固定模板而架設的臨時支撐系統(tǒng)。腳手架主要受豎向荷載作用，對于超高層建筑而言，水平風荷載亦起主要作用。超高層建筑腳手架架體構(gòu)造部分由傳統(tǒng)的扣件式鋼管腳手架發(fā)展而來，我國的學者和工程師曾對扣件式鋼管腳手架進行過大量的研究，以致力于相關(guān)設計計算規(guī)范的完善工作。中國建筑科學研究院早在上世紀六十年代就對扣件式鋼管腳手架展開過實驗研究。