高层建筑悬挑脚手架施工方案中存在的问题
【摘要】悬挑脚手架以其投入低、周转快、节约工期等特点在高层建筑施工中广泛应用。悬挑脚手架专项施工方案的合理、可靠，是确保脚手架安全的重要因素之一。本文就施工方案中与计算、构造措施有关的几个问题与广大同行探讨。
【关键词】悬挑脚手架施工方案编制
随着高层建筑日趋增多，悬挑脚手架在建筑施工中的应用越来越广泛。相对于落地式钢管脚手架，悬挑式脚手架具有投入低、周转快、节约工期等优点。悬挑脚手架施工方案是否完整、合理、可靠，是否能正确指导施工人员制作、安装、搭设悬挑脚手架，是确保架体安全的重要因素之一。
根据《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》，悬挑脚手架必须编制专项施工方案。方案主要编制依据有《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001（以下简称JGJ130-2001规范）、《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99、《钢结构设计规范》GB50017-2003，个别地区还有相应的地方标准等。方案应有设计计算书(包括对架体整体稳定性、支撑杆件的受力计算)，有针对性较强的、较具体的搭设、维护及拆除等安全技术措施，并应有平面、立面图以及节点详图。以下结合笔者在施工方案编制、审核中遇到的问题与广大同行探讨。
1、关于搭设高度
目前悬挑脚手架施工方案编制的主要依据是JGJ130-2001规范，该规范对悬挑脚手架并没有限高的规定，而各省的做法不尽相同，如福建省建设厅在2004年6月1日起实施的《建筑施工悬挑式脚手架安全技术若干规定（试行）》中规定每段搭设高度不得大于24m；上海市建设和交通委员会在2006年12月1日起实施的《悬挑式脚手架安全技术规程》DG/TJ08-2002-2006（以下简称上海规程）中第1.0.3条规定：每道型钢支承架上部的脚手架高度不宜大于24m。
方案编制时一般先根据经验初步拟定每段悬挑脚手架的高度及各项参数，再核算外脚手架本身的力学性能，如不能通过验算，再逐个调整参数，继续验算直至强度、刚度、稳定性、节点强度等各项要求均满足。
编制时应考虑风荷载的影响。对于高层建筑而言，风荷载是重要的水平荷载，是使结构产生内力和位移的重要因素。对于外脚手架也不例外，随着高度的增加，风荷载的作用会逐渐增大。在立杆的稳定性验算中，对于基本风压较大的地区，有风组合为控制组合，因此在分段悬挑时，应使上一步悬挑高度小于下一步的，确保立杆的稳定性。
2、关于钢管壁厚
在JGJ130-2001规范中，脚手架钢管列出了两种规格：外径48mm、壁厚3.5mm和外径51mm、壁厚3.0mm，推荐采用3.5mm的钢管，逐步淘汰3.0mm的钢管。目前我国建筑市场钢管和扣件采用租赁方式，市场租赁到的钢管壁厚多为3.2mm～3.0mm，达不到规范要求的 3.5mm。并且材料经多次周转使用后，钢管锈蚀使壁厚减薄，钢管惯性矩还要减少。因此笔者建议在编制方案时对材料壁厚进行折减，外径48mm、壁厚3.5mm的钢管，按3.0mm厚度计算，以确保安全。
3、关于悬挑梁的截面选型
悬挑脚手架应采用型钢制作的悬挑梁、悬挑桁架或附着式钢三角架，不得采用钢管。目前悬挑梁多采用普通工字钢或槽钢，由于普通工字钢具有双轴对称截面，受力明确，传力直接，得到广泛使用。
对于型钢梁型号规格的选择，一般仅选择危险性较大的有代表性的几根梁进行验算，通常选择凸阳台、飘窗等悬挑长度较长处。实际上，在建筑物的阳角处，虽然型钢梁悬挑长度并不是最长的，但此处是两侧立杆的交汇点，其承受的荷载是最大的，且不易固定。但很多方案编制人员忽略了此处的计算，仍按普通位置设置，造成一定的安全隐患。
上海规程第4.6.6条规定：转角等特殊部位应根据现场实际情况采取加强措施，并且在专项方案中应有验算和构造详图。
4、关于斜拉钢丝绳
笔者曾参与某大型住宅小区施工，该小区共有20栋住宅楼及部分公共建筑，分别由八家施工单位施工。在悬挑脚手架施工中发现一个现象：相同高度的住宅楼，不同施工单位在同一高度悬挑，悬挑高度相同，均采用普通工字钢悬挑、钢丝绳斜拉方式，采用的工字钢规格却不同，有I14、I16、I18，个别阳台部位采用I22a。相差如此之大，究其原因，是各施工单位对钢丝绳是否考虑受力的理解不一样。
悬挑脚手架按其受力型式分为斜撑式、悬臂式、斜拉式，目前使用最多的是斜拉式悬挑架，即普通型钢悬挑、钢丝绳斜拉。而钢丝绳是否受力，直接影响到受力模型，也直接影响到型钢梁的选择。如果钢丝绳按受力考虑，则型钢梁的力学模型为简支结构（前端锚固点不考虑受力）；如果不考虑钢丝绳受力，仅作为一种安全储备，则型钢梁的力学模型为悬挑结构。两种力学模型的计算简图见图1。
多数专家的意见是钢丝绳作为柔性材料，承担荷载的多少不易确定，计算时应按以下两种情况共同确定型钢与钢丝绳的规格：一是型钢梁完全受力，钢丝绳不考虑受力，仅作为一种安全储备，按悬挑结构核算型钢的承载能力，从而选择型钢；二是钢丝绳完全受力，以钢丝绳的破断拉力作为极限荷载，按简支结构核算钢丝绳的承载能力，
从而选择钢丝绳。上海规程第4.6.7条规定：钢丝绳等柔性材料不得作为悬挑结构的受拉杆件。
但脚手架的专业搭设人员则认为钢丝绳是可以受力的，并且脚手架的大部分荷载是由钢丝绳来承担的，计算模型按悬挑结构考虑与实际并不相符。
笔者认为，在斜拉式悬挑脚手架搭设和使用过程中，钢丝绳虽已受力，但各绳张紧程度并不一致，说明各绳受力的大小不一样。如果按简支结构作为计算模型，以钢丝绳的破断拉力作为极限荷载，这样选择的型钢偏小；但如果完全按悬挑结构计算，选择的型钢则很大，造成了很大的浪费。能否将两种模型进行综合，考虑型钢梁和钢丝绳各承担一部分荷载，使方案安全经济？可以考虑对钢丝绳的极限荷载
进行折减，如折减30%～40%，以确保安全，这还需要进行试验测定。
5、关于型钢梁的固定
型钢梁与主体混凝土结构的固定可采用预埋螺栓固定、钢筋拉环锚固，不得采用扣件连接，连接强度应经计算确定，见图2。
当采用钢筋拉环锚固时，拉环应锚入楼板30d，并压在楼板下层钢筋下面。如不能保证钢筋的混凝土保护层厚度，也可以将拉环压在楼板下层钢筋上面，同时在拉环上部两侧各附加两根直径14～16的钢筋，并与楼板钢筋绑扎牢固，以确保拉环不会从混凝土楼板中拔出。a) 预埋螺栓固定
6、关于连墙件的设置
JGJ130-2001规范规定，连墙件宜靠近主节点设置，偏离主节点的距离不应大于300mm，在实际施工中并不易实现。施工方案一般按两步三跨或两步两跨设置，脚手架的步距一般为1.5m～1.8m，为了
方便施工人员行走，通常采用1.8m，由于层高很难与步距的整数倍匹配，因此连墙件的位置有可能会在洞口等无法设置的地方。编制人员
在计算时应考虑此问题，避免出现无法固定的情况，给架体的稳定带来隐患。
7、关于主体结构相关位置的承载力验算
型钢梁固定在主体结构上，脚手架上的荷载通过型钢梁传到支承的结构构件上，如果外脚手架悬挑太高或型钢梁悬挑太长，该荷载超过了型钢梁的支承构件的承载能力，将会引起构件的损伤或破坏，将导致外架的失稳和垮塌。但在施工方案中却经常忽略对支承结构构件的验算。型钢梁支承在梁、楼板或墙上，对于墙，一般认为可以不再验算，对于梁、板，则需要验算其强度和刚度，验算内容包括：支承点混凝土的抗弯、抗剪、抗扭、局部承压承载力，如采用钢筋拉环，还应验算混凝土的抗拔承载力。如不满足承载力的要求，或者降低悬挑脚手架的高度，或者对结构构件进行加强。
8、关于抗风涡流的措施
抗风涡流的措施在施工方案中是经常被忽略的，仅在连墙件的设置中会出现一句“架高超过40m且有风涡流作用时，应采取抗上升翻流作用的连墙措施”，这实际是引用JGJ130-2001规范中的6.4.7条。但具体应采取什么连墙措施来抵抗上升翻流作用？方案中鲜有提及。
客观地说，落实该条规定有一定的难度。如何确定风涡流作用力的大小？规范并未提及，国内也乏有相关数据可供参考。风涡流产生的原因很复杂，在不同建筑物的不同平、立面产生的作用力大小不同，在不易定量分析计算的情况下可采取如下预防措施：在与连墙杆对应的外立杆处设置刚性斜拉杆与上层主体结构的预埋件连接，或将连墙件改为双扣件，间距加密。
9、保证水平方向稳定的构造措施
限制脚手架的侧向变形、保证脚手架的侧向稳定也是施工中应注
意的问题。一般情况下，按规范要求设置剪刀撑、纵向和横向扫地杆，能很好的限制脚手架的侧向变形，起到保证脚手架侧向稳定、加强脚手架整体性的作用。但在基本风压较大和台风地区，除设置剪刀撑、纵向和横向扫地杆外，还应考虑在型钢梁之间设置保证水平方向稳定的构造措施。可以在型钢梁之间设置横杆或斜杆，也可以在型钢梁的上部扫地杆位置处设置水平斜撑，有效防止侧向失稳。对于选择槽钢作为型钢支承架的脚手架，更要注意防止立杆放置偏心而引起的平面外失稳，可以在槽钢内侧焊接钢板作用加劲肋，加强槽钢的平面外刚度。
参考文献：
[1]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）[S].北京：中国建筑工业出版社，1999
[2]《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）[S].北京：中国建筑工业出版社，1999
[3]《悬挑式脚手架安全技术规程》（DG/TJ08-2002-2006）[S].
上海：上海市建设和交通委员会，2006
[4]《钢结构设计规范》（GB50017-2003）[S].北京：中国建筑工业出版社，2003
[5]吕怡芳，施金宝，葛伟.浅谈悬挑脚手架专项方案编制的几个问题[J].建筑安全，2008，23（6）
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