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摘要:在建筑施工中，悬挑脚手架的应用是其重要组成部分。本文以某建筑工程为例，对建筑异形复杂立面大跨度悬挑脚手架的施工技术进行介绍。通过分析该工程的重难点，提出了合理的悬挑脚手架施工方案，并通过方案的运用和施工技术的实施，使建筑工程得以顺利完成。
关键词:异形复杂立面；大跨度；悬挑脚手架；施工
引言
随着社会经济的快速发展，建设规模的不断扩大，建筑形式也日新月异、丰富多彩，致使一大批新、奇、特的大型建筑在我国拔地而起，异形复杂立面建筑就是其中一种，这不仅给建筑工程脚手架的设计和施工提出很高的要求，对幕墙工程的安装也提出了更高的挑战。因此，有必要探究建筑异形复杂立面大跨度悬挑脚手架施工技术，以保证悬挑脚手架的适用性，加快施工进度，从而保证施工安全。
1 工程概况
1.1 工程总体概况
某建筑工程，地下3层，地上25层，其中有7层裙房。该工程总建筑面积为52369.45m2，其中地下室建筑面积为11205.27m2，地上建筑面积为40749.86m2，建筑高度为99.8m，总高度为110m，建筑外墙设计为玻璃幕墙。
1.2 建筑平、立面概况
本工程东西两侧立面为规则立面，南北两侧立面造型复杂，结构为悬挑结构，共分16个剖面，每个剖面在各层平面上无规律的凸出和凹进，其中最凸出和最凹进部分在竖向上相差达3m，立面造型多变、复杂，给脚手架的施工安装造成了极大的困难，施工安全风险隐患增加。本工程典型楼层平面布置图如图1所示，典型建筑剖面如图2所示。
图2 典型建筑南北侧剖面图
2 工程的重点与难点分析
(1)本工程南北两侧立面不规则，共有16个独立的剖面，每个剖面的悬挑工字钢存在大悬挑情况，每个剖面均需单独进行设计计算，并单独出具施工方案详图。每个剖面的悬挑工字钢设置的楼层位置不尽相同，相邻剖面间的悬挑脚手架形成错层悬挑。
(2)南北两侧立面脚手架施工前必须先确定悬挑脚手架工字钢的设置方案，即采用工字钢纯悬挑方案或悬挑工字钢下设钢支撑方案。
(3)对于南北两侧立面大悬挑工字钢，须先限定其悬挑长度不得超过的具体数值(本工程设定为3.0m)，以保证顺利通过计算，同时便于确定每个剖面的竖向分段悬挑次数。
(4)南北两侧立面悬挑工字钢是采取垂直于结构边缘布置还是采取放射形布置，这将直接影响到悬挑工字钢的设置长度，必须进行优化布置。
(5)悬挑脚手架施工前，需要预留玻璃幕墙的施工安装空间。施工前无幕墙工程施工图纸，需要解决局部悬挑工字钢影响幕墙立柱安装问题。
(6)本工程临近海边，脚手架的抗风压性能要求高。
3 悬挑脚手架施工方案选择
3.1 悬挑脚手架工字钢设置方案选择
本工程10层以下采用落地式脚手架，10层以上采用型钢悬挑脚手架。确定悬挑脚手架施工方案的核心问题就是解决悬挑工字钢的设置问题，使其符合规范要求的力学计算要求，同时应满足施工方便、安全，且构造简单。
悬挑脚手架工字钢的设置有2种方案，一种是工字钢纯悬挑方案，另一种是悬挑工字钢下设钢支撑方案。工字钢纯悬挑方案的优点是:施工安装、拆卸方便，缺点是:由于工字钢纯悬挑，工字钢的截面尺寸较大，单根重量较大，需要耗用较多的钢材。悬挑工字钢下设钢支撑方案的优点是:由于工字钢悬挑端部下设钢支撑，形成简支梁结构，大大改善了悬挑工字钢的受力情况，工字钢的截面尺寸可以减小，缺点是:钢支撑与悬挑工字钢的焊接构造较复杂，施焊时高空作业，施工安全风险突出，且焊接质量较难保证，安装、拆除费工费时，影响施工进度。
经过项目部反复讨论并组织专家论证，在工字钢纯悬挑和悬挑工字钢下设钢支撑2种方案中，从可靠性、安全性、经济性、施工进度等方面充分考虑，最终选取工字钢纯悬挑方案。
3.2 悬挑脚手架施工方案计算参数取值
本工程悬挑脚手架主要作为安全维护措施，施工时按照2层装修荷载标准值即2层2.0kN/m2计算。对于多排脚手架，按照上述荷载满布计算。
脚手板采用钢笆片，其荷载标准值取0.15kN/m2，按照两步一设。栏杆与挡脚板自重标准值取0.17kN/m2，密目式安全立网自重标准值取0.01kN/m2；基本风压ω0
取0.45kN/m2，风荷载体型系数取1.08。脚手架计算高度按照分段高度加两步架计算。本工程地面粗糙度为B类，风压高度变化系数取各段架体的顶部高度计算。
各段架体中部设置1次或2次卸荷钢丝绳，钢丝绳规格为6×19+1FC(绳纤维)，直径15.5mm，公称抗拉强度取1670MPa(为确保安全，计算时取1500MPa)。悬挑工字钢端部设置的钢丝绳为构造钢丝绳，不参与计算。
3.3 建筑东、西立面悬挑脚手架施工方案
本建筑东、西立面规则，建筑总高度为110.0m，10层以下为落地式脚手架，落地式脚手架高度为36.5m，其余悬挑脚手架，竖向共分4次悬挑:前3段悬挑高度均为19.75m，采用16号工字钢悬挑梁，立杆纵距均1.2m；第4段悬挑高度14.25m，采用18号工字钢悬挑梁，立杆纵距1.2m。各悬挑段工字钢悬挑长度均为1.4m，锚固长度大于1.75m，双排架立杆横距0.9m，立杆步距均为1.80m。最内排立杆距离结构边缘距离为400mm，以方便幕墙安装施工。
3.4 建筑南、北立面悬挑脚手架施工方案
因本建筑南北侧外立面呈凹凸不规则状(共16个剖面)，南、北侧按不同剖面分别悬挑4～6次，形成错层悬挑，工字钢最大悬挑长度为2.881m，形成大跨度悬挑，立杆纵距均为1.2m，立杆排数视结构内收变化情况设2～5排。最内排立杆距离结构边缘距离为400mm，方便幕墙安装施工。经过计算，本建筑典型南北侧立面第7剖面、第10剖面悬挑脚手架分段情况如表1、表2所示，其施工立面图、平面图分别如图3～图5所示。
3.5 悬挑脚手架的受力计算
(1)计算悬挑段的选取
悬挑脚手架计算时选取第7剖面的第5悬挑段(悬挑工字钢的最大投影悬挑长度为2.881m)、第10剖面的第3悬挑段(悬挑工字钢的最大投影悬挑长度为2.554m)等2个典型悬挑段进行计算，同时选取15层东南角15、16剖面计算阳角部位及连梁。
(2)经计算，悬挑工字钢及连梁的强度、刚度、稳定性均满足规范要求。
3.6 建筑南、北侧立面悬挑结构受力复核
本建筑南、北侧楼层外边缘为悬挑结构，将悬挑脚手架工字钢传给结构各楼层的荷载统计后，交由设计院复核，通过采取增加配筋或加大梁截面尺寸的方式解决了悬挑结构的受力计算问题，确保建筑结构的安全。
4 悬挑脚手架施工
4.1 施工工艺流程
测量放线→预埋工字钢锚环→安装悬挑工字钢梁并固定→竖立杆→安装小横杆→安装大横杆→设置连墙件→安装栏杆→搭设剪刀撑→铺设脚手板(钢笆片)→安装挡脚板→挂安全网→底部封闭。
4.2 施工人员准备
悬挑脚手架施工时应配备合格的施工管理人员及施工作业人员(架子工)。施工管理人员须具备脚手架工程施工经验及施工管理能力，并经培训、考核；施工作业人员(架子工)应身体健康，适应高空作业，且必须持证上岗。施工前施工管理人员应向施工作业人员(架子工)进行技术交底，确保施工作业安全。
4.3 材料选择
严格按照规范要求采购合格的钢管、扣件、钢丝绳、工字钢、锚固件、防护网、脚手板(钢笆片)、铁丝等材料。所有材料均需提供出厂合格证书和检验报告，并进行进场复验。钢管的直径、壁厚应符合施工方案要求，严禁使用锈蚀严重、存在裂纹的钢管。
4.4 悬挑脚手架搭设要点
(1)悬挑脚手架搭设时，必须安排专人统一指挥，严格按照规定的施工程序进行搭设。
(2)本工程南北侧立面复杂，必须根据施工方案图纸准确在楼板面上测放出悬挑工字钢的位置，从而保证悬挑脚手架的外形准确，各个剖面之间连接顺利，同时保证脚手架最内排立杆与结构边沿的距离，确保幕墙施工。
(3)本工程悬挑工字钢最大悬挑长度为2.881m，采用工字钢型号为I25a，安装高度高，单根悬挑工字钢的总长度达6.5m，重量达248kg，施工定位、安装困难，安全隐患突出。施工时必须考虑塔吊的起重量，保证工字钢在塔吊的起重范围内，同时加强施工现场旁站管理。
(4)悬挑脚手架搭设必须配合施工进度，一次搭设高度不得超过相邻连墙件2步以上，连墙件、剪刀撑的设置也应随立杆、纵横向水平杆同步搭设。
(5)架子工进行悬挑脚手架搭设时，必须戴安全帽和配挂安全带，安全带应高挂低用。所有操作工具应放在工具袋内。遇大风、雨雪天气时，应停止作业。
4.5 悬挑脚手架拆除要点
(1)悬挑脚手架拆除应按照自上而下的顺序进行，不得上下同时作业。必须在地面相应位置设置禁止通行的警示区域，并派专人指挥。
(2)连墙件的拆除应与脚手架架体拆除同步进行，最多只能提前拆除1～2步架。在拆除连墙件前应先拆除安全网，可减少风荷载对脚手架侧向稳定的影响。
(3)本工程悬挑工字钢最大悬挑长度为2.881m，悬挑工字钢拆除时，必须准确设置吊点位置，防止工字钢失衡引起坠落等安全事故。
(4)拆下的杆配件应及时运出和吊下，严禁向下抛掷。
(5)在拆除过程中应协调配合，禁止单人进行拆除较重杆件等危险性较大的作业。
5 悬挑脚手架使用
(1)荷载控制
悬挑脚手架在使用过程中必须严格按照施工方案控制使用荷载，严禁超载。
(2)脚手架沉降、变形观测
在脚手架立杆及悬挑工字钢上设置观测点，定期对脚手架进行沉降观测和变形观测。
(3)在脚手架上进行电气焊作业
在脚手架上进行电气焊作业时，必须在施焊处下部设置火盆，防止火星溅落引起可燃物质燃烧而发生火灾。
(4)脚手架停用超过1个月，遇到暴雨、大风、大雪等强力因素作用后，必须经验收合格后方可继续使用。
6 解决悬挑工字钢影响幕墙立柱安装的措施
因幕墙工程设计滞后，本工程主体结构施工时，尚未出图，致使部分悬挑工字钢刚好位于幕墙立柱位置，考虑到施工工期问题，本工程在拆除脚手架之前施工玻璃幕墙。
对于局部影响玻璃幕墙立柱安装的悬挑工字钢，可在该工字钢两侧分别增加1根工字钢梁，在增加的钢梁下、结构梁的侧面采用设置钢三角架支撑，采取置换悬挑工字钢的方式加以解决。
7 结语
综上，通过本工程的具体实施应用，证明此方案是可行的。该工程采取分段错层悬挑方式，并将悬挑脚手架工字钢悬挑长度控制在3.0m以内，有效地解决了异形复杂立面脚手架的设计和施工问题。通过采取加大工字钢型号等方法解决悬挑工字钢的受力计算，并采取有效的措施保证玻璃幕墙工程的顺利施工，获得了良好的经济效益与社会效益，可为类似工程提供参考借鉴。
参考文献:
[1] 陈钧颐,赵春潮.超高层异型外立面脚手架搭设技术[J].建筑技术.2013(08)
[2] 刘攀宇.大跨度悬挑脚手架在某办公楼施工中的应用[J].陕西建筑.2015(7):20-23
论文作者:刘良喜
论文发表刊物:《防护工程》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/29
标签：工字钢论文; 脚手架论文; 剖面论文; 立面论文; 工程论文; 建筑论文; 作业论文; 《防护工程》2017年第17期论文;