高層建筑大懸挑幕墻外用腳手架施工技術

任守強

（甘肅省建筑設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

鋼結構桁架特點，來設計一個多排超高落地式腳手架搭設方案[1]，如圖1所示。

圖1 高層建筑幕墻外架搭設方案

近年來，建筑行業飛速發展，高層建筑工程規模逐漸增大。尤其是在繁華城市里，高層建筑物可以為人們提供更多需求場所，然而在建造高層建筑物時，由于建筑幕墻的特殊結構，難以保障施工人員的安全以及工程質量，所以在高層建筑幕墻施工中需要對外部結構的腳手架做好整體規劃，確保工程得以順利進行。目前，建筑工程中外用腳手架種類繁多，但都有著連接件較多、結構復雜以及作業環境較為惡劣等特征，導致實際高層建筑幕墻施工中多發腳手架安全事故。因此，研究外用腳手架施工技術對預防因腳手架施工造成的安全性事故具有重要作用，還可以為類似工程項目提供參考依據。

1 工程概況

在某商業樓幕墻工程中，幕墻面積約為18 000 m2，采用桁架型鋼結構。該商業樓地下2 層，地上12層，外墻飾面主要采用鋁單板與玻璃幕墻，在該工程主體結構的西、北立面設置一個傾斜角度較大的幕墻，其龍骨懸挑長度大概為5 m。對于該商業樓幕墻工程而言，普通的吊籃法已經無法滿足面板、裝飾等施工需求，所以根據該工程的實際特點，通過搭設外用腳手架來滿足幕墻外裝飾的安裝需求。

2 設計外架搭設方案

首先根據該商業樓異形幕墻的立面走向以及在搭設高層建筑幕墻外架時，將商業樓幕墻立面中間凸出部位的投影線，當作搭設起步點，并將外架標高-0.5 m處搭設至標高52.6 m處。由于幕墻外用腳手架底部的排數較多，在搭設腳手架上部時，需要根據商業樓幕墻龍骨高度的變化來收縮腳手架[2]，從而達到控制腳手架自重荷載的目的，并且可以提升腳手架底部立桿的承載力。鋼管腳手架采用連接件將鋼管和橫桿牢固地連接在一起，形成穩定的結構。這種結構對于高層建筑幕墻外架來說非常重要，它能夠提供穩定的平臺，確保工人在高空作業時的安全。為此，采用鋼管腳手架進行外架搭設。在選擇鋼管規格時，需要考慮其承載力和穩定性，使用直徑為60 mm的鋼管作為立桿和橫桿，因為其承載能力更強，更適合用于高空作業。連墻件的間距為1.5 m。

與此同時，在外架高度為0~24 m 處，架體步距設置為1.2 m，將腳手架排數設置為4排。每排腳手架的高度為6 m，高度間隔為1.5 m。當外架高度超過24 m時，架體步距設置為1.6 m，設置6排腳手架，每排腳手架的高度為4.5 m，高度間隔為1.2 m。豎向剪刀撐：將豎向剪刀撐設置在每個立柱之間，以保證足夠的剛度和穩定性，并減少腳手架在垂直方向上的變形。水平剪刀撐：在架體底部和頂部應設置水平剪刀撐，以增加腳手架的平面剛度，防止架體在水平方向上的變形。上下排數變化時的斜撐拉結：當腳手架的上下排數發生變化時，需要通過斜撐拉結來保證腳手架的整體穩定性。這些斜撐可以設置在腳手架的內部或外部。這樣不僅可以提升腳手架的承載能力，而且可以最大限度地減少腳手架自重。關于外架搭設寬度，需要結合高層建筑物的實際需求，距幕墻外立面500 mm 左右即可，這樣搭設的腳手架不僅可以有效包圍建筑幕墻的鋼結構、龍骨以及面板，而且可以預留出充足的施工空間。

3 高層建筑幕墻外用腳手架施工

3.1 腳手架荷載驗算

腳手架荷載的驗算[3]主要為了確定設計外架搭設方案是否安全可行，能否滿足高層建筑幕墻施工要求。高層建筑幕墻外用腳手架的荷載主要包括自重荷載與施工活荷載。其中自重荷載參考施工設計圖紙，分別獲得腳手板、鋼管等施工材料的質量，即可求得外架的自重荷載，計算公式如下所示：

式中：N表示立桿的軸向力設計值；?表示軸心受壓構件的穩定系數；A表示立桿截面面積；Mw表示立桿段由風荷載設計值產生的彎矩。關于施工活荷載，也就是建筑符合所產生的垂直軸向力，所以根據總建筑符合進行取值，然后根據施工活荷載即可求得立桿的軸向壓力，計算公式如下所示：

式中：F表示立桿軸向壓力；N表示高層建筑幕墻外用腳手架施工活荷載[4]；G0表示鋼材的抗壓強度設計值。根據式（2）即可驗算外架立桿的穩定性，驗算公式如下所示：

式中：η表示立桿的實際抗壓強度，單位N/mm2；?表示穩定性因子；S表示立桿凈截面面積；[ ]q表示立桿抗壓強度設計標準值[5]。根據式（3）對所設計高層建筑幕墻外用腳手架的穩定性進行驗算后發現，該外架搭設方案滿足施工要求。

3.2 腳手架安裝

在高層建筑幕墻外用腳手架安裝之前，首先做好施工準備工作，按照設計圖紙確定主框架及挑梁的安裝位置，并在相應位置預埋螺栓，每一層螺栓的位置必須上下一致，同時將立桿、扣件、安全網等裝置準備齊全，并在檢查無誤后開始進行腳手架的安裝，附著外用腳手架的搭設流程為：立桿→橫、縱向掃地桿→大小橫桿→連墻桿→腳手板→防護桿→剪刀撐→安全網。在此過程中，決定高層建筑幕墻外用腳手架安裝成敗的關鍵在于連墻件的精準設置[6]。將連墻件設置在建筑主體結構上，用于連接和支撐墻體結構，以增強整體的穩定性和堅固性。為提升外架整體結構的穩定性，采用剛性連墻件，這些連墻件負責可靠地連接鋼桁架和立桿，工字鋼通常具有更大的截面面積，從而提供了更高的強度和承載能力，使得其能夠在外架結構中承受較大的水平和垂直荷載，并提供更大的安全保障。為此，桁架的材料采用工字鋼進行制作。對于預埋的鋼管材料，采用焊接技術將預埋的鋼管與其他構件進行永久性的連接，以確保連接的穩固可靠。連墻件設置如圖2所示。

在設置連墻件時，在混凝土外墻上鉆孔，從而把連墻件固定在建筑的主體結構上，并使用2 根預埋短鋼管來進行剛性連接，這樣可以確保連墻件的穩定。在進行立桿與水平桿的搭設時，需要通過對接扣件實現兩桿之間的固定，這樣可以提升整體結構的穩定性，并在腳手架安裝施工的最后設置2 道以上的安全平網，保障高層建筑幕墻作業安全。

3.3 腳手架拆除

本次施工將外架懸挑分為4段。只有在上一段挑架搭設成功之后，并且經過批準，才能進行下一段挑架的拆除[7]。高層建筑幕墻外用腳手架的具體拆除流程如圖3所示。

圖3 腳手架拆除流程

外架的拆除作業需要按照由上至下的順序進行，不可以為了提升作業效率，將外架的上下層同時一次性拆除，并注意連墻件的拆除作業需要在其上部配件徹底拆除之后再進行。與此同時，已拆除的配件需要以安全的方式運離幕墻施工現場，防止因誤扶、誤靠已松脫連接件，出現安全事故[8]。如果在進行腳手架拆除作業時，遇到大風、大雨等極端天氣，需要停止作業，確保作業安全。最后將拆卸區內一切雜物垃圾清理干凈，保障高層建筑幕墻施工現場整潔。

4 施工監測

為確保高層建筑幕墻工程的順利進行，在施工期間對外架體系進行了監測，在腳手架立桿設置雙向的監測點，并通過相應監測設備對立桿撓度進行定期的監測作業，并做好監測記錄，起到施工質量監控的目的[9]。對于所提外用腳手架施工技術，其變截面處的立桿形變問題非常關鍵，所以進行施工監測時，主要在變截面處設置相應監測點，監測點的布置情況如圖4所示。

圖4 立桿監測點布置圖

從圖4 可以看出，主要選取各立桿第一步架中間位置處，當作立桿撓度的監測點，并對各監測點進行編號：C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，由于外架監測周期較長，所以在施工期間需要做好立桿監測點的保護工作。在外架搭設施工過程中，采用全站儀對立桿在橫、縱2個方向的撓度進行監測，分別在腳手架搭設高度18.4 m（步距改變處）、24.7 m（立桿最大搭設高度）以及52.6 m（腳手架最大搭設高度）處進行立桿變形監測，如果發現某處立桿形變值超過2.4 mm，說明此時腳手架結構處于不穩定的狀態，需要立即停止施工，重新設計并搭設腳手架[10]。那么本次立桿撓度監測結果如圖5、圖6所示：

圖5 立桿橫向撓度監測值

圖6 立桿縱向撓度監測值

由圖中數據可知，本次施工搭設的腳手架立桿整體形變較小，其中C6 立桿的變形最大，當搭設高度為52.6 m 時C6 立桿縱向撓度為1.46 mm，但仍遠遠小于預警值，說明該腳手架立桿變形情況可以滿足施工需求，進一步驗證了此次高層建筑幕墻外用腳手架施工安全性較高。

沉降會導致腳手架不穩定，增加傾覆、坍塌的風險，對工人和周圍環境的安全構成威脅。腳手架的垂直度偏差會影響整個結構的穩定性和安全性，可能導致不均勻荷載分布、構件斷裂等問題。為此驗證1 個月后腳手架的沉降與垂直度偏差情況，結果如圖7所示。

根據圖7的監測結果可以看出，施工1個月后，C4的沉降最大為4 cm，說明腳手架在一個月的時間內承受的荷載沒有導致過度沉降或不穩定情況。這表明腳手架的結構和承載能力良好。C6 的垂直度偏差最大為1.5°，說明腳手架在一個月的時間內在垂直方向上的變形較小。這表明腳手架的支撐結構和安裝精度良好，沒有出現明顯的傾斜或不垂直情況。

5 結束語

綜上，研究以某商業樓幕墻項目作為工程實例，對異形幕墻外用腳手架施工技術進行了深入研究，針對該幕墻超高、懸挑大等施工難題，文中因地制宜采用了多排落地外用腳手架搭設方案，在進行外架荷載驗算來確保施工平臺的安全性之后，詳細介紹了腳手架安裝及拆除工序的施工流程，并通過施工監測驗證了所提外用腳手架施工技術的可行性與可靠性，可以有效解決該商業樓異形幕墻施工難題，為今后高層建筑鋼桁架異形幕墻工程提供一些參考。