高層住宅全鋼爬架與鋁合金模板結合附著式升降腳手架優(yōu)化設計

摘要：為提高腳手架的防護效果和高層住宅施工安全保障，對高層住宅全鋼爬架與鋁合金模板結合附著式升降腳手化展開設計研究。以某高層住宅建筑項目作為施工對象，分別從腳手架的主結構、鋁合金標準模塊尺寸與截面參數、加強筋、立桿、橫梁、腳手板、立網框等構件的參數和連接方式進行了優(yōu)化設計。最后對腳手架的施工應用效果進行了分析，證明腳手架的結構較為穩(wěn)定，能夠為施工提供一定的安全支持。

關鍵詞：高層住宅；鋼爬架；鋁合金模板；升降腳手架

基金項目：2023年度校級科研項目“基于輕量化的新型附著式升降腳手架優(yōu)化設計與實證研究”（GSJD2023A07）

0" "引言

隨著建筑技術的不斷發(fā)展，全鋼爬架與鋁合金模板在高層住宅施工中得到了廣泛應用，兩者結合使用可以顯著提高施工效率，降低施工成本[1]。然而，在實際應用中，全鋼爬架與鋁合金模板的結合使用仍存在一些問題，如結構穩(wěn)定性不足、操作不便等，這些問題限制了其在高層住宅施工中的進一步應用。

目前，國內外學者在全鋼爬架、鋁合金模板以及附著式升降腳手架的應用研究方面，已取得了一定成果?，F有的研究主要集中在單一技術的改進或新型材料的應用上，而對于多種技術結合使用的綜合優(yōu)化研究尚顯不足[2]。將全鋼爬架與鋁合金模板結合使用并進行優(yōu)化設計的研究則更為稀少。本文研究旨在通過綜合應用力學、材料學、結構工程等多學科知識，對全鋼爬架與鋁合金模板結合附著式升降腳手架進行整體優(yōu)化設計，以推動高層住宅施工技術的創(chuàng)新與發(fā)展。

本文深入探討了全鋼爬架與鋁合金模板在高層住宅施工中的實際應用情況，分析現有技術的優(yōu)缺點，進而提出針對性的優(yōu)化設計方案。通過優(yōu)化設計，提高全鋼爬架與鋁合金模板結合附著式升降腳手架的結構穩(wěn)定性、操作便捷性和安全性，降低施工過程中的風險，為高層住宅施工提供更加高效、經濟的解決方案。

1" "工程概況

以某市住宅項目作為施工對象，該項目總施工面積為12.75m2，共有8棟樓體，其中3#和5#樓為15層，其余樓棟為20層。每棟樓外部周長整體長度為162.4m，垂直方向防護高度為12.4m，垂直方向防護面積為22354.45m2，每棟樓外部均采用復合式升降腳手架，腳手架覆蓋面積為1235.4m2。

為滿足施工要求，該工程項目決定3#和5#樓外墻采用附著式升降腳手架，其余樓棟外墻采用懸挑式腳手架。建筑工程具體施工參數配置如表1所示。

2" "附著式升降腳手架優(yōu)化設計

為提高工程項目的施工安全性，針對上述施工項目，本文對升降腳手架結構進行優(yōu)化設計。

2.1" "結構設計

2.1.1" "基礎結構選型

針對上述工程項目，本文首先對升降腳手架的結構進行選型。在高層建筑施工項目中，通常使用豎向的主框架作為升降腳手架的基礎結構，而不同類型的框架形式對應的支撐效果以及穩(wěn)定性能也有所不同。按照內部結構，豎向主框架一般可以分為3種，分別是強力支撐框架形式、弱力支撐框架形式以及桁架形式[4]。

強力支撐框架采用剛性連接，能夠提供較好的支撐效果和穩(wěn)定性。其優(yōu)點是承載能力較強，適用于高層建筑施工中對承載能力要求較高的場合；缺點是結構較為復雜，制作成本較高。弱力支撐框架采用柔性連接，能夠節(jié)省材料，降低成本。然而，其整體強度較小，穩(wěn)定性相對較差，容易發(fā)生變形。

桁架具有較強的抗彎性能，適用于跨度較大的情況。然而，其存在較多的斜桿，占據了較多的施工空間，影響后續(xù)施工操作。此外，桁架結構的自重較大，對施工設備和材料的要求較高?；诒竟こ痰膶嶋H情況，對幾種結構進行綜合考量，最終本文選擇豎向主框架中的強力支撐框架結構作為腳手架的主結構。豎向強力支撐架結構如圖1所示。

2.1.2" "其他結構選型

除了豎向主框架外，升降腳手架還需要考慮其他結構的選型，如橫梁、立柱、平臺板等。這些結構的選擇，需要根據具體施工條件和使用要求進行綜合考慮。

本文選擇剛度在205MPa以上的橫梁為平板臺提供有效支撐，選擇可調節(jié)高度的15m立柱作為腳手架的主要支撐結構，并選擇A8規(guī)模且具有防滑功能的平板臺作為腳手架的主要施工區(qū)域，承載力為大于等于2560MPa。

2.2" "鋁合金標準模塊尺寸與截面設計

2.2.1" "鋁合金標準模塊尺寸

為滿足本文工程的高層建筑施工特點，本文選取的附著式升降腳手架標準模塊的尺寸為4.5m×4.5m×2.5m，設定橫梁與支撐體系之間的間距為1245mm，爬梯長度為750mm。鋁合金標準模塊正視圖如圖2所示。

2.2.2" "鋁合金標準模塊截面形狀

鋁合金模板的截面形狀一般為矩形或工字形。其中矩形截面具有較強的抗彎能力，適用于跨度較大的情況；工字形截面則具有較強的抗剪能力，適用于承載較大的情況。根據高層住宅的施工需求，本文選擇工字形作為截面形狀。鋁合金模板的壁厚應根據其承載能力和穩(wěn)定性要求來確定，壁厚太小會導致承載能力不足，而壁厚太大則會增加材料成本和重量[5]。根據相關標準和工程經驗，本文將壁厚范圍設置為2～4mm。為了提高鋁合金模板的承載能力和穩(wěn)定性，本文在截面設計中加入了直徑為12mm的加強筋。加強筋可以增加模板的剛度和抗彎能力，同時還可以減少變形和開裂現象的發(fā)生。

根據模板的承載需求，本文將橫向加強筋設置在模板底部，每隔300～500mm安裝一道，每道加強筋由兩根平行的鋼筋組成?？v向加強筋設置在模板的側邊，安裝距離為450mm，在模板角落采用L形加強筋進行固定。

2.3" "腳手架結構優(yōu)化設計

2.3.1" "腳手架整體結構

腳手架整體高度為15000mm，寬度為620mm，架體離剪應力墻之間的垂直距離為450mm。本文通過增加斜桿數量，提高架體的支撐穩(wěn)定性[6]。選用由鋼管制成的立桿，立桿直徑為48mm。由于腳手架具備升降功能，因此本文選取了兩種不同長度的立桿，分別為2m和4m。同時，為確保連接件的強度和可靠性，本文采用螺栓連接的方式對立桿與其他構件進行連接，螺栓型號為8.8S圓柱頭螺栓。腳手架整體結構如圖3所示。

2.3.2" "腳手板結構

腳手板是施工人員作業(yè)的平臺，其參數對于施工安全和效率有影響。根據承載需求和穩(wěn)定性要求，本文選擇厚度為5～10mm和長寬均為0.6～1.2m的鋼板或木板作為腳手板。為了提高防滑性能，在腳手板表面添加橡膠材質的接觸面。為覆蓋整個施工區(qū)域，采用高度為25m的立網框，并選擇直徑為25mm的鋼絲或鋼筋作為網線材料，以確保其具有足夠的強度和耐久性。

2.3.3" "腳手架搭設要求

根據樓層高度和施工需求，將腳手架分成若干段進行搭設，每段高度控制在一定范圍內，以提高整體穩(wěn)定性。為加強立桿、橫梁、腳手板等構件之間的連接強度，采用可靠的焊接或螺栓連接方式，確保整體結構的牢固和穩(wěn)定。在腳手架頂部設置卸荷裝置，將施工載荷均勻傳遞至建筑物主體結構上，避免集中載荷對腳手架造成過大壓力[7-8]。在腳手架上設置安全網、安全護欄等防護措施，確保施工安全。同時加強安全管理，定期檢查和維護腳手架結構，及時發(fā)現和處理安全隱患。

3" "工程應用效果分析

通過合理的立桿、橫梁和腳手板設計，以及分段式搭設方法的應用，增強了腳手架的整體穩(wěn)定性。同時，為進一步確保腳手架在使用過程中的穩(wěn)定性，本文以不同節(jié)點下的承載力以及偏移量作為檢驗標準，對腳手架的穩(wěn)定性進行檢驗[9-10]。腳手架穩(wěn)定性檢測結果如表2所示。

從表2中可以看出，各節(jié)點的承載力均達到了一定的要求。節(jié)點最低承載重量為1800kg，高于施工中的預期載荷；節(jié)點的最大偏移量為4.2mm，均在安全范圍內。研究結果表明：節(jié)點在承受荷載時保持了較好的穩(wěn)定性，以此可以證明腳手架的結構較為穩(wěn)定，能夠為施工提供一定的安全支持。

4" "結束語

本文以某高層住宅建筑項目作為施工對象，分別從腳手架的主結構、鋁合金標準模塊尺寸與截面參數、加強筋、立桿、橫梁、腳手板、立網框等構件的參數和連接方式進行了優(yōu)化設計。通過優(yōu)化設計，提高了全鋼爬架與鋁合金模板結合附著式升降腳手架的結構穩(wěn)定性、操作便捷性和安全性，降低施工過程中的風險

盡管本文對高層住宅全鋼爬架與鋁合金模板結合附著式升降腳手架的優(yōu)化設計進行了深入研究，但仍然存在一些不足之處。本文的研究主要集中在結構優(yōu)化和升降系統控制方面，對于其他因素如材料疲勞性能、防墜落設計等方面的研究尚不夠深入。

未來的研究可以從以下幾個方面展開：一方面是深入研究材料的疲勞性能，以延長腳手架的使用壽命；另一方面是加強防墜落設計的研究，提高施工安全性能。希望通過后續(xù)研究，不斷完善該腳手架系統的設計和應用，為高層住宅建筑的安全施工提供更加可靠的保障。

參考文獻

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（甘肅機電職業(yè)技術學院，甘肅天水" "741000）