高空倒掛腳手架在上海國際金融中心的應(yīng)用研究

徐俊杰

摘要：超大城市群不斷生長，其天際線不斷被突破，超高建筑也日新月異，且其建筑機電系統(tǒng)齊全、功能日益復(fù)雜，超高施工難度劇增，特別是超高建筑外部高空管線施工的需求不斷凸顯，因此高空倒掛腳手架的支撐體系對整個工程而言日益重要，其不僅需要精密計算校核，也需要因地制宜選擇合理的體系和構(gòu)造來確保穩(wěn)定性，編制嚴密的施工方案，加強過程質(zhì)量管控、安全性能的核驗及記錄，經(jīng)實際工程應(yīng)用驗證安全且可靠，為進一步大面積應(yīng)用提供可參考、復(fù)制的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：懸挑;倒掛腳手架;超高層建筑;高空機電施工平臺

倒掛腳手架是懸挑腳手架的一種變形，是一種新型腳手架，其克服了滿堂腳手存在的弊端，受周邊環(huán)境條件影響較小，適用于操作地面高度較高，跨度較大，無法搭設(shè)懸挑腳手架、滿堂腳手架的工程。典型的倒掛腳手架，是通過上橫桿、上水平桿、下水平桿等受力在非懸挑的混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)上方，通過預(yù)留孔洞與腳手架體系的立桿連接，再通過鋼絲繩兜底保險的一種腳手架體系，在具體荷載傳遞過程中，主要受力的上部橫桿和水平桿的穩(wěn)定程度、支撐點的強度等諸多因素直接影響著腳手架的整體穩(wěn)定性和施工人員的安全。

本文結(jié)合具體工程，從計算和施工兩方面對該類超高空倒吊腳手架的應(yīng)用來研究。

1 工程概述

上海國際金融中心項目由中國結(jié)算、上海證券交易所、中國金融期貨交易所三家單位分別立項開發(fā)建設(shè)。項目占據(jù)陸家嘴金融城東擴“第一排”的重要位置，由三座塔樓以“品”字形組成，面向楊高南路。三座塔樓在空中構(gòu)成“金融之門”，向世紀廣場敞開。作為一個大型金融建筑體，建成后將進一步豐富陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)的“天際線”。

本工程地下5層，地上22～32層，總建筑面積516784平方米，由三棟超高層辦公樓組成，塔樓地上1層為大堂，地上4～6層為數(shù)據(jù)中心機房，其他樓層為辦公、會議、餐飲。

上海國際金融中心——上交所過道樓道板底需要安裝通風及水管，為了不影響主體結(jié)構(gòu)，這些管道安裝在結(jié)構(gòu)外側(cè)，并設(shè)計安裝馬道。反底安裝位置至地面高度40米，且安裝區(qū)域垂直地面結(jié)構(gòu)多樣，地面高低不平，存在道路或者其他建筑物，出于安全及節(jié)省施工步驟，減少施工難度，顧排除搭設(shè)落地腳手架方案，決定使用倒掛腳手架方案來解決反底安裝施工的問題。

2 本案例說采取的倒吊腳手架的方案

本方案為配合廊橋7層下面機電安裝施工所用，由7層底下7軸—21軸，東西兩側(cè)面和中間的四個部位，所要搭設(shè)安裝水、電、風、橋架等需安裝的腳手架，結(jié)構(gòu)頂約39米高，所搭設(shè)部位三個面，中金所，中國結(jié)算，上交所搭設(shè)部位成T形。

現(xiàn)場條件和要求，根據(jù)現(xiàn)場實際情況不可能從地面網(wǎng)上搭設(shè)腳手架，綜合以上要求和進度各種因素，通過現(xiàn)場踏勘，熟悉圖紙，了解作業(yè)要求和經(jīng)多方案比較后采用，懸掛腳手架由7層面鋼梁的兩側(cè)，每隔5米，寬3.5米，中間每隔5米開預(yù)留洞，由7層面向下倒掛3～4.5米作用安裝所使用的腳手架。

3 倒吊腳手架承載力等安全校核

3.1 基本參數(shù)

立柱橫向間距或排距l(xiāng)a（m）：1.50，腳手架步距h（m）：1.60;

立桿縱向間距l(xiāng)b（m）：1.50，

立桿上端伸出至支撐點的長度a（m）：0.30，平臺底鋼管間距：300（mm）;

鋼管類型（mm）：Φ48×3.2，扣件連接方式：懸吊桿為雙扣件;

3.2 荷載參數(shù)

竹笆自重：8KG/m2;

欄桿自重：10KG/m2;

施工均布荷載標準值：100KG/m2;

材料堆放荷載標準值：80KG/m2;

活荷載合計：180KG/m2;

腳手架總荷載安全系數(shù)：1.7

3.3 計算簡圖

3.4 縱向水平鋼管計算

縱向鋼管按照均布荷載下連續(xù)梁計算，截面力學參數(shù)為

截面抵抗矩 W= 4.49 cm3;

截面慣性矩 I= 10.78cm4;

3.4.1 荷載的計算

（1）腳手板與欄桿自重（kN/m）：

q11 = 0.010 + 0.010×0.320 = 0.0132 kN/m;

（2）堆放材料的自重線荷載（kN/m）：

q12 = 1.000×0.320 = 0.320 kN/m;

（3）活荷載為施工荷載標準值（kN/m）：

p1=1.000×0.300 = 0.300 kN/m

3.4.2 強度計算

最大彎矩考慮為三跨連續(xù)梁均布荷載作用下的彎矩。

最大彎矩考慮為靜荷載與活荷載的計算值最不利分配的彎矩和;

最大彎矩計算公式如下：

最大支座力計算公式如下：

均布恒載：q1=1.2×q11+1.2×q12=1.2×0.013+1.2×0.300=0.376kN/m;

均布活載：q2=1.4×0.320=0.448kN/m;

最大彎距Mmax=0.1×0.376×1.5002+0.117×0.448×1.5002=0.2025kN.m;

最大支座力N=1.1×0.376×1.500+1.2×0.448×1.500=1.427kN;

截面應(yīng)力σ=0.2025×106/（4490.0）=45.1N/mm2;

縱向鋼管的計算強度45.1小于 205.000 N/mm2，滿足要求！

3.4.3 撓度計算

最大撓度考慮為三跨連續(xù)梁均布荷載作用下的撓度;

計算公式如下：

均布恒載：q=q11+q12 =0.313 kN/m;

均布活載：p=0.300 kN/m;

V=（0.677×0.313+0.990×0.300）×1500.04/（100×2.060×105×107800.0）=1.160mm

縱向鋼管的最大撓度小于1500.000/250與10;

3.5 橫向支撐鋼管計算

支撐鋼管按照集中荷載作用下的三跨連續(xù)梁計算;

集中荷載P取縱向板底支撐傳遞力，P=1.376kN;

最大彎矩Mmax=0.919 kN.m;

最大變形Vmax=7.707 mm;

最大支座力Qmax=7.539kN;

截面應(yīng)力σ=202.627N/mm2;

橫向鋼管的計算強度小于205.000 N/mm2;

支撐鋼管的最大撓度小于1500.000/150與10 mm;

3.6 扣件抗滑移的計算

按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》，雙扣件承載力設(shè)計值取16.00kN，

按照扣件抗滑承載力系數(shù)0.80，該工程實際的旋轉(zhuǎn)雙扣件承載力取值為12.80kN。

R≤Rc

其中Rc--扣件抗滑承載力設(shè)計值，取12.80kN;

縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設(shè)計值 R= 7.539kN;

R<12.80kN，所以雙扣件抗滑承載力的設(shè)計計算;

4 施工工藝

4.1 倒吊腳手架的搭設(shè)步驟

（1）本懸掛腳手架，利用7層面為懸掛的立足點，搭設(shè)人員分為8人為一組，7層4人，地面4人。

（2）第一步在7層面放置預(yù)留洞，為10公分圓形，預(yù)埋φ100PVC套管。大鋼梁的外側(cè)二邊長5米，寬3.5米為一組，中間8軸—10軸，11軸—12軸，16軸—17軸，18軸—20軸，分為每5米一組，局部12軸—13軸風機管，長11米寬2.5米，15軸—16軸長11米寬2.5米，搭設(shè)起點為2米一組。

（3）第二步：搭設(shè)前地面4人首先嚴格檢查制作小橫桿立桿和鋼管扣件材質(zhì)，在地面的4人，用立桿4.5米，小橫桿3.5米，制作成凹字形，底部加2只保險扣件。

（4）第三步：靠電梯側(cè)面，搭設(shè)一條長10米，寬1米，高38米腳手架立桿縱距1.5米，步距1.8米，每5米設(shè)剪刀撐一副，作為架子工施工的腳手架，由地面用雙立桿排腳至16米，16米以上單立桿，腳手架的連接桿跟鋼樓梯平臺用長50公分鋼管連接好。內(nèi)側(cè)鋼樓梯用電焊焊牢，外側(cè)腳手架用扣件扣牢，連接桿的縱距為3.5米，步距也是3.5米，設(shè)一根點確保腳手架連接牢固。拆除時按反方向一步一步向后退拆。

（5）第三步：吊裝時圍好警戒線，由上面的人用對講機與地面聯(lián)系，用麻繩從預(yù)留洞中放到地面。4人把制作好的凹形小橫桿吊到7層面超出15公分，再將立桿用鋼管固定在7層面，并附加2只保險扣件。

（6）第四步：吊裝好的凹形小橫桿3副以上，第二組的搭設(shè)人員由洞梯樓梯間走到7層底部搭設(shè)好的落地腳手架上，帶好安全帽，系好安全帶，由7層面的工作人員將鋼管傳給下面搭底部的格柵，防護欄桿。

（7）第五步：當7層底下搭成5米倒掛條形架時。搭設(shè)人員在從樓面下的工形鋼二側(cè)面，在搭設(shè)井字形的鋼管架，作為每隔5米，搭設(shè)立桿的立足點，每根工字鋼的間距為2米，工字鋼的型號：高度45公分，寬度35公分懸掛腳手架，兩根工字鋼之間用2米長鋼管，兩頭用18號鐵絲綁扎好木枕扎牢，固定在工字鋼上。每副立桿的底部扣小橫桿，并加有保險扣件。

（8）第六步：本架體縱向兩邊需每4.5㎡設(shè)置剪刀撐一副（夾角45度-60度），在搭設(shè)防護欄桿高度不低于1.5米及密目網(wǎng)、擋腳板，鋪好鋼笆，并用18鐵絲將鋼管的四角扎牢，以防脫落。架體底部增設(shè)水平剪刀撐加強。

（9）第七步：拉保險鋼管繩，用φ12的鋼絲繩，由7層面寬2.5米預(yù)留孔內(nèi)向下圍腳手架的底部繞一圈，在7層面用繩夾固定牢，每隔5米的預(yù)留孔拉一根。安裝生命鋼絲繩索，安裝人員安裝時必須將安全戴扣在生命繩索上工作，確保施工人員的安全。

4.2 搭設(shè)作業(yè)

（1）搭設(shè)金屬扣件雙排腳手架，必須嚴格按國家《建筑安裝安全技術(shù)規(guī)程》、市建工局關(guān)于《高層建筑雙排鋼管腳手架施工規(guī)定》和施工組織設(shè)計的要求進行設(shè)計和搭設(shè)。

（2）搭設(shè)前應(yīng)嚴格進行鋼管的篩選，凡嚴重銹蝕、薄壁。嚴重彎曲及裂變的桿件不宜采用。

（3）嚴重銹蝕、變形、，螺栓螺紋已損壞的扣件不宜采用。

（4）腳手架的基礎(chǔ)除按規(guī)定設(shè)置外，必須做好排水外理。

（5）鋼管腳手架座立于槽鋼上的，必須有地桿連接保護普通腳手架立桿必須設(shè)底座保護。

（6）不宜采用承插式鋼管做底步立桿交錯之用。

（7）所有扣件緊固力矩，應(yīng)達到4—5kg·m，雙扣件部位應(yīng)全數(shù)進行力矩檢查。

（8）同一立面的小橫桿，應(yīng)對等交錯設(shè)置，同時立桿上下對直。

（9）斜桿接長，不宜采用對接扣件。應(yīng)采用疊交方式，二只回轉(zhuǎn)扣件接長，搭接距離視二只扣件間隔不少于0.4m。

4.3 腳手架的驗收

本工程的驗收按《上海市建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理資料實例》及上海市鋼管腳手架（83）201號（87）525文件規(guī)范要求、和《建筑施工門式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范JGJ128-2010》及有關(guān)施工要求制度進行驗收，驗收合格后即掛合格牌，交付項目使用。

4.4 腳手架的中途檢查，保養(yǎng)及管理

定期觀察立桿的垂直度。

仔細觀察各桿件的綁扎件，連接件是否松脫爆裂，桿件是否有移位情況。

及時維修鋪設(shè)竹笆、安全網(wǎng)及綁扎點，防止人、物從空洞中墜落。

連接件是否牢固，及時清理聚積在腳手架操作層上堆積物。

架體上嚴禁集中堆載，腳手架荷載為180kg/m2不能超重，堆物不得超過設(shè)計荷載。

腳手架上根據(jù)消防要求，全面配置滅火器。

4.5 倒吊腳手架的拆除

腳手架拆除時同樣具有極大的危險性，必須嚴格按照搭設(shè)的反程序進行拆除，即、鋼網(wǎng)→安全笆→防護欄桿→擱柵→斜拉桿→大橫桿→凹型小橫桿→立桿。所有拆除的鋼笆、鋼管運到馬道上，20根一捆用電動機捆好，由馬道上面吊到地面，再由工人每只規(guī)格分類堆好，地面監(jiān)控人員跟著上面拆除的位置進行地面上的監(jiān)護。

5 結(jié)語

上海國際金融中心所使用的腳手架，所選用的體系、桿件和其他配件的載荷，均依照規(guī)范進行抗彎強度、擾度變形和穩(wěn)定性校核，計算校核滿足要求，實際搭設(shè)并投入使用的懸挑腳手架，使用較為合理，安全有一定的富裕度，全過程均滿足事先設(shè)定的各項指標，使用中未出現(xiàn)異常情況，建議可以在相關(guān)領(lǐng)域得以較大范圍推廣。

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（作者單位：上海市安裝工程集團有限公司）