高層建筑中懸挑式腳手架施工與安全技術(shù)分析

許玉瑞

懸挑式腳手架作為城市建筑工程常見的臨時設(shè)施，可以為工程施工提供一個承受豎向荷載的平臺，具有受力明確、安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)及安全性高等優(yōu)點(diǎn)。但在懸挑式腳手架的實(shí)際使用過程中，有些施工人員未按照規(guī)范進(jìn)行安裝與使用，嚴(yán)重威脅工程施工與建設(shè)的整體安全。因此，選擇并規(guī)范應(yīng)用懸挑式腳手架進(jìn)行施工，是工程建設(shè)與發(fā)展應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)問題。

1 高層建筑中懸挑式腳手架的使用問題

1.1 荷載問題影響腳手架使用效果

在工程建設(shè)中，懸挑式腳手架的荷載能力是設(shè)施的主要性能之一，但腳手架的規(guī)格、設(shè)計(jì)尺寸、結(jié)構(gòu)形式等，會在一定程度上影響懸挑式腳手架的荷載能力。如果在施工中未根據(jù)高處作業(yè)的實(shí)際需求合理選擇懸挑式腳手架，會影響懸挑式腳手架設(shè)施的使用效果[1]。此外，懸挑式腳手架的荷載問題是影響懸挑式腳手架使用性能與使用安全的重要因素，施工中應(yīng)采用有效的方法進(jìn)行干預(yù)與管理，保障懸挑式腳手架的使用安全。

1.2 材料質(zhì)量影響腳手架使用效果

按照材料種類劃分，懸挑式腳手架可以分為鋼管腳手架、鋁合金腳手架、木材腳手架、繩索腳手架及綜合構(gòu)件腳手架。如果施工中未根據(jù)高層建筑的施工需求，選擇合適材料的懸挑式腳手架進(jìn)行施工，同樣會影響腳手架設(shè)施及施工人員的作業(yè)安全[2]。例如，鋁合金腳手架的結(jié)構(gòu)剛度相較于木質(zhì)腳手架高出30%～40%，隨著腳手架規(guī)格與尺寸的增加，鋁合金腳手架的最大承載能力的增長系數(shù)為0.5～0.7，高于一般木材腳手架。因此，如果施工中選用的懸挑式腳手架材料質(zhì)量不合格，會導(dǎo)致腳手架的結(jié)構(gòu)剛度、抗壓強(qiáng)度、最大承載力無法達(dá)到要求，繼而出現(xiàn)腳手架立桿或橫梁變形、結(jié)構(gòu)構(gòu)件扭曲等問題。

1.3 設(shè)計(jì)問題影響腳手架正常使用

根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 130—2011）等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，高層建筑物工程中的懸挑式腳手架的使用需要優(yōu)先關(guān)注其設(shè)計(jì)問題，在確保懸挑式腳手架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)上，再將腳手架設(shè)施用于建筑施工，以保障建筑施工安全。然而，如果腳手架設(shè)施存在設(shè)計(jì)問題，則會在一定程度上影響腳手架的正常使用。

首先，如果懸挑式腳手架的架體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不完整，比如架體底部未設(shè)置橫向或縱向掃地桿，導(dǎo)致鋼管底端與平面出現(xiàn)空隙，將會影響施工安全。其次，管體材料和立桿構(gòu)件材料的尺寸存在細(xì)微差異，如果施工中未放置鋪墊板進(jìn)行底部增高，會引發(fā)腳手架局部失控。

1.4 環(huán)境因素影響腳手架使用性能

環(huán)境因素對建筑工程施工造成的影響十分明顯，在建筑工程懸挑式腳手架的使用中尤為突出。首先，從風(fēng)力因素對懸挑式腳手架的影響來看，雖然腳手架結(jié)構(gòu)會采用剪刀撐與斜桿等構(gòu)件來提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但風(fēng)力較大時，懸挑式腳手架仍然會出現(xiàn)扭曲與變形等情況。其次，從溫度因素對懸挑式腳手架的影響來看，由于高層建筑施工場地的溫度會不斷變化，導(dǎo)致一些腳手架材料會因氣溫急劇變動而出現(xiàn)性能下降的情況。例如金屬鋼架材料的材料硬度會隨著溫度的升高而下降，金屬構(gòu)件的性能會受到影響。

2 高層建筑中懸挑式腳手架的使用策略

2.1 優(yōu)化懸挑式腳手架設(shè)計(jì)

2.1.1 根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)腳手架

高層建筑的施工結(jié)構(gòu)并非一成不變，根據(jù)建筑工程的使用及施工需求，高層建筑的施工形式與施工方法也會發(fā)生變化。因此，為設(shè)計(jì)出適應(yīng)高層建筑施工需求的腳手架形式，施工過程中應(yīng)當(dāng)綜合高層建筑施工圖紙信息，以輪廓化的形式打造適用于高層建筑的懸挑式腳手架[3]。穿插型鋼結(jié)構(gòu)懸挑支撐設(shè)計(jì)如圖1 所示，該腳手架結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)建筑的主節(jié)點(diǎn)布置需求，并且控制與主節(jié)點(diǎn)之間的距離≤300 mm。腳手架的底部從第一組縱向水平桿處開始布置，使連接件的垂直間距≤4 m，從而留出充足的空間滿足施工人員的操作需求。根據(jù)現(xiàn)有的高層建筑結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)出符合建筑施工需求的腳手架結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提高懸挑式腳手架的使用效率。

圖1 穿插型鋼結(jié)構(gòu)懸挑支撐設(shè)計(jì)（來源：網(wǎng)絡(luò)）

2.1.2 根據(jù)高處作業(yè)需求設(shè)計(jì)腳手架

為保障高層建筑施工安全，應(yīng)當(dāng)根據(jù)高處作業(yè)的實(shí)際需求，對腳手架的結(jié)構(gòu)固件、輔助設(shè)施進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，確保懸挑式腳手架能夠應(yīng)對施工中的安全隱患。

首先，如果扣件出現(xiàn)松脫或力矩不符合規(guī)范要求的情況，會使腳手架扣件的固定效果大打折扣，因此需控制腳手架鋼管及立桿的扣件連接方式，進(jìn)一步提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。例如，針對腳手架立桿與鋼管的連接，施工中應(yīng)當(dāng)采用扣件連接方式，以確保螺栓扭轉(zhuǎn)力矩在40 ～65 N/m。其次，在設(shè)計(jì)腳手架斜道兩側(cè)及平臺兩側(cè)的防護(hù)桿時，合理控制防護(hù)桿的高度、寬度及間距等尺寸規(guī)格，能夠有效避免高空墜物及傷人風(fēng)險。因此，防護(hù)欄桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)保持上下兩道的橫欄與欄桿立柱交疊組成，控制上桿的離地高度為1.5 m、下桿的離地高度為0.4 m。最后，高處作業(yè)腳手架需要根據(jù)連墻件的構(gòu)造形式，選擇合適的施工工藝與安裝方法。以懸挑式腳手架中的附墻連接件設(shè)計(jì)為例確保連墻件的設(shè)置點(diǎn)位充足，根據(jù)腳手架的安裝高度來增減連墻點(diǎn)數(shù)量，確保每個連墻點(diǎn)的覆蓋半徑能夠在20 ～50 m。

2.2 定期檢查腳手架性能

定期檢查懸挑式腳手架的結(jié)構(gòu)性能，可以有效避免因腳手架安裝以及其他質(zhì)量隱患造成的腳手架崩塌、脫落等事故，保障高層建筑施工的安全性[4]。為準(zhǔn)確分析高層建筑施工中的懸挑式腳手架使用性能，施工中應(yīng)當(dāng)分別對腳手架的最大承載能力、可移動性、可調(diào)節(jié)性、安全特性及耐候性等進(jìn)行分析，選擇使用性能符合施工標(biāo)準(zhǔn)的腳手架設(shè)施進(jìn)行施工。如果腳手架對應(yīng)的彎曲應(yīng)力低于施工正常標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)重新調(diào)整應(yīng)力故障的位置，評估并分析腳手架的剛度、作用強(qiáng)度等，保障腳手架設(shè)施的使用安全。

彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式為：

式中：σ為彎曲應(yīng)力；m為彎矩；c為截面半寬度；I為截面慣性矩。

施工中也可以采用建筑信息（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)對已完成安裝的腳手架進(jìn)行建模分析，通過觀察腳手架的可視化模型，能夠及時發(fā)現(xiàn)腳手架安裝施工中存在的漏洞。例如，如果腳手架存在連接件斷裂的情況，則可視化模型軟件可以通過掃描腳手架序列的方式，快速定位存在連接問題的位置，并提醒施工單位予以解決，從而保障腳手架的使用性能。

2.3 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理

考慮到環(huán)境因素對腳手架使用性能造成的影響，施工中應(yīng)采用有效的養(yǎng)護(hù)與維修手段。首先，定期巡檢，重點(diǎn)檢查腳手架的立柱、橫梁、扶手及欄桿等部件是否存在銹蝕及松動。其次，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理，確保懸挑式腳手架的腳輪、關(guān)節(jié)等構(gòu)件的靈活程度。例如，使用硅潤滑脂對腳手架的可動部件進(jìn)行潤滑養(yǎng)護(hù)，確保其可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。最后，根據(jù)腳手架施工管理的質(zhì)量需求，腳手架的養(yǎng)護(hù)應(yīng)當(dāng)參照腳手架質(zhì)量指標(biāo)來保障架體的承載力與穩(wěn)定性。例如：腳手架的鋼管及扣件不得出現(xiàn)嚴(yán)重的表面銹蝕問題；腳手架鋼管的壁厚應(yīng)≥5 mm，對接管口的端部應(yīng)保持平整；腳手架扣件的螺栓擰緊力矩需≥65 kN，不得出現(xiàn)滑絲、裂紋等影響扣件功能的情況。

2.4 參照安全技術(shù)規(guī)范進(jìn)行施工作業(yè)

按規(guī)范進(jìn)行施工可進(jìn)一步提高高層建筑施工的安全系數(shù)，防范施工風(fēng)險與事故[5]。對于懸挑式腳手架，與之相關(guān)的安全技術(shù)規(guī)范包括腳手架的使用規(guī)范、腳手架的質(zhì)量規(guī)范、腳手架的安裝設(shè)計(jì)規(guī)范，針對腳手架的使用規(guī)范制訂相應(yīng)的施工指標(biāo)。首先，在使用腳手架進(jìn)行高層建筑施工作業(yè)前，作業(yè)層的腳手板應(yīng)當(dāng)處于鋪實(shí)、鋪滿的狀態(tài)，并且采用搭接或?qū)愉佋O(shè)的方式，使接頭處設(shè)置兩根及以上的橫向水平桿，留有130 ～150 mm的外伸長間距。其次，根據(jù)《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 80—2016）的規(guī)范要求，施工人員在使用腳手架進(jìn)行施工作業(yè)時，應(yīng)佩戴安全繩索、安全帽、防護(hù)服等安全工具[6]。

3 懸挑式腳手架的施工關(guān)鍵技術(shù)與工藝方法

3.1 腳手架安裝區(qū)域的場地清理

首先，施工中既要控制搭設(shè)處地基的平穩(wěn)性，還要及時清理施工場地的雜物。根據(jù)《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 59―2011）的施工規(guī)范要求，安裝懸挑式腳手架的區(qū)域?qū)?yīng)的平面水平率不能低于99.8%。其次，防滑條的安裝與布設(shè)是場地清理工作的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)中，施工人員應(yīng)當(dāng)在腳手架的人行斜道設(shè)置防滑木條，控制防滑木條間距在200 ～300 mm。木條厚度可選取15 mm、20 mm 等多種規(guī)格，確保腳手架工作平臺與場地能夠符合施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，提高腳手架施工時的安全系數(shù)[7]。

3.2 交疊式底座設(shè)計(jì)

底座是腳手架設(shè)施的重要組成部分，在懸挑式腳手架的施工中，施工人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工現(xiàn)場的地形及環(huán)境條件等因素，合理設(shè)計(jì)懸挑式腳手架的底座結(jié)構(gòu)[8]。

首先，懸挑式腳手架的底座鋼梁應(yīng)當(dāng)以工字型鋼梁為主，選用配置合理的尺寸形式（如鋼梁長度為3 m，挑出長度為1.3 m、固定長度為1.7 m），使長度比例符合《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)范要求。其次，用于固定工字鋼梁的拉環(huán)構(gòu)件可采用U 型為主的材料，且強(qiáng)度等級可選用HRB400級，確保其開口寬度≥鋼梁厚度，防止腳手架立桿在鋼梁上出現(xiàn)滑脫的情況。最后，施工中應(yīng)當(dāng)采用剛性拉接方式安裝底座連接件。使用拉桿穿過建筑墻體，并使拉桿在墻體兩側(cè)形成固定結(jié)構(gòu)，兩端采用橫桿夾持的方式進(jìn)行加固?？刂评瓧U固接的預(yù)設(shè)間距≥80 mm，以便于后續(xù)能夠調(diào)整腳手架的垂直度與拉結(jié)間距，保障交疊式底座設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。

3.3 網(wǎng)狀立桿與水平橫梁設(shè)計(jì)

網(wǎng)狀立桿與水平橫梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析：

第1，在搭設(shè)與對接立桿時，立桿的對接扣件應(yīng)當(dāng)以交錯分離的方式進(jìn)行布置，這樣才能確保相鄰立桿的端口能夠設(shè)置在同一水平線上。第2，為保障立桿延長對接時能夠?qū)崿F(xiàn)兩跨直接固定，網(wǎng)狀立桿與水平橫梁的搭接必須滿足網(wǎng)狀立桿與水平橫梁施工要求，如表1 所示。第3，在鋪設(shè)底層腳手板時，應(yīng)采用鐵絲將腳手板固扎在支撐鋼管的位置，保持平鋪對接的方式進(jìn)行兩端對接，并在對接處預(yù)留100 ～200 mm 的寬度用于支撐橫桿連接。在此基礎(chǔ)上，施工人員需控制腳手架縱向水平桿的水平偏差小于1.5%，而架體的總水平偏差值應(yīng)當(dāng)≤50 mm，以便于后續(xù)的作業(yè)層鋪板能夠符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求[9-10]。

表1 網(wǎng)狀立桿與水平橫梁施工要求

4 結(jié)語

懸挑式腳手架具有適用范圍廣、不受層高和場地限制的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于高層建筑施工。通過選取有效的技術(shù)及方法，能夠進(jìn)一步優(yōu)化懸挑式腳手架的應(yīng)用效果。在懸挑腳手架施工過程中，施工人員應(yīng)嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行施工，充分了解懸挑腳手架的施工要點(diǎn)。