高空倒挂脚手架在上海国际金融中心的应用研究
时间：2021-01-30 10:00:37 来源：达达文档网 本文已影响 人 
徐俊杰
摘要：超大城市群不断生长，其天际线不断被突破，超高建筑也日新月异，且其建筑机电系统齐全、功能日益复杂，超高施工难度剧增，特别是超高建筑外部高空管线施工的需求不断凸显，因此高空倒挂脚手架的支撑体系对整个工程而言日益重要，其不仅需要精密计算校核，也需要因地制宜选择合理的体系和构造来确保稳定性，编制严密的施工方案，加强过程质量管控、安全性能的核验及记录，经实际工程应用验证安全且可靠，为进一步大面积应用提供可参考、复制的经验。
关键词：悬挑;倒挂脚手架;超高层建筑;高空机电施工平台
倒挂脚手架是悬挑脚手架的一种变形，是一种新型脚手架，其克服了满堂脚手存在的弊端，受周边环境条件影响较小，适用于操作地面高度较高，跨度较大，无法搭设悬挑脚手架、满堂脚手架的工程。典型的倒挂脚手架，是通过上横杆、上水平杆、下水平杆等受力在非悬挑的混凝土结构或钢结构上方，通过预留孔洞与脚手架体系的立杆连接，再通过钢丝绳兜底保险的一种脚手架体系，在具体荷载传递过程中，主要受力的上部横杆和水平杆的稳定程度、支撑点的强度等诸多因素直接影响着脚手架的整体稳定性和施工人员的安全。
本文结合具体工程，从计算和施工两方面对该类超高空倒吊脚手架的应用来研究。
1 工程概述
上海国际金融中心项目由中国结算、上海证券交易所、中国金融期货交易所三家单位分别立项开发建设。项目占据陆家嘴金融城东扩“第一排”的重要位置，由三座塔楼以“品”字形组成，面向杨高南路。三座塔楼在空中构成“金融之门”，向世纪广场敞开。作为一个大型金融建筑体，建成后将进一步丰富陆家嘴金融贸易区的“天际线”。
本工程地下5层，地上22～32层，总建筑面积516784平方米，由三栋超高层办公楼组成，塔楼地上1层为大堂，地上4～6层为数据中心机房，其他楼层为办公、会议、餐饮。
上海国际金融中心——上交所过道楼道板底需要安装通风及水管，为了不影响主体结构，这些管道安装在结构外侧，并设计安装马道。反底安装位置至地面高度40米，且安装区域垂直地面结构多样，地面高低不平，存在道路或者其他建筑物，出于安全及节省施工步骤，减少施工难度，顾排除搭设落地脚手架方案，决定使用倒挂脚手架方案来解决反底安装施工的问题。
2 本案例说采取的倒吊脚手架的方案
本方案为配合廊桥7层下面机电安装施工所用，由7层底下7轴—21轴，东西两侧面和中间的四个部位，所要搭设安装水、电、风、桥架等需安装的脚手架，结构顶约39米高，所搭设部位三个面，中金所，中国结算，上交所搭设部位成T形。
现场条件和要求，根据现场实际情况不可能从地面网上搭设脚手架，综合以上要求和进度各种因素，通过现场踏勘，熟悉图纸，了解作业要求和经多方案比较后采用，悬挂脚手架由7层面钢梁的兩侧，每隔5米，宽3.5米，中间每隔5米开预留洞，由7层面向下倒挂3～4.5米作用安装所使用的脚手架。
3 倒吊脚手架承载力等安全校核
3.1 基本参数
立柱横向间距或排距la（m）：1.50，脚手架步距h（m）：1.60;
立杆纵向间距lb（m）：1.50，
立杆上端伸出至支撑点的长度a（m）：0.30，平台底钢管间距：300（mm）;
钢管类型（mm）：Φ48×3.2，扣件连接方式：悬吊杆为双扣件;
3.2 荷载参数
竹笆自重：8KG/m2;
栏杆自重：10KG/m2;
施工均布荷载标准值：100KG/m2;
材料堆放荷载标准值：80KG/m2;
活荷载合计：180KG/m2;
脚手架总荷载安全系数：1.7
3.3 计算简图
3.4 纵向水平钢管计算
纵向钢管按照均布荷载下连续梁计算，截面力学参数为
截面抵抗矩 W= 4.49 cm3;
截面惯性矩 I= 10.78cm4;
3.4.1 荷载的计算
（1）脚手板与栏杆自重（kN/m）：
q11 = 0.010 + 0.010×0.320 = 0.0132 kN/m;
（2）堆放材料的自重线荷载（kN/m）：
q12 = 1.000×0.320 = 0.320 kN/m;
（3）活荷载为施工荷载标准值（kN/m）：
p1=1.000×0.300 = 0.300 kN/m
3.4.2 强度计算
最大弯矩考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的弯矩。
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和;
最大弯矩计算公式如下：
最大支座力计算公式如下：
均布恒载：q1=1.2×q11+1.2×q12=1.2×0.013+1.2×0.300=0.376kN/m;
均布活载：q2=1.4×0.320=0.448kN/m;
最大弯距Mmax=0.1×0.376×1.5002+0.117×0.448×1.5002=0.2025kN.m;
最大支座力N=1.1×0.376×1.500+1.2×0.448×1.500=1.427kN;
截面应力σ=0.2025×106/（4490.0）=45.1N/mm2;
纵向钢管的计算强度45.1小于 205.000 N/mm2，满足要求！
3.4.3 挠度计算
最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度;
计算公式如下：
均布恒载：q=q11+q12 =0.313 kN/m;
均布活载：p=0.300 kN/m;
V=（0.677×0.313+0.990×0.300）×1500.04/（100×2.060×105×107800.0）=1.160mm
纵向钢管的最大挠度小于1500.000/250与10;
3.5 横向支撑钢管计算
支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算;
集中荷载P取纵向板底支撑传递力，P=1.376kN;
最大弯矩Mmax=0.919 kN.m;
最大变形Vmax=7.707 mm;
最大支座力Qmax=7.539kN;
截面应力σ=202.627N/mm2;
横向钢管的计算强度小于205.000 N/mm2;
支撑钢管的最大挠度小于1500.000/150与10 mm;
3.6 扣件抗滑移的计算
按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，双扣件承载力设计值取16.00kN，
按照扣件抗滑承载力系数0.80，该工程实际的旋转双扣件承载力取值为12.80kN。
R≤Rc
其中Rc--扣件抗滑承载力设计值，取12.80kN;
纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值 R= 7.539kN;
R<12.80kN，所以双扣件抗滑承载力的设计计算;
4 施工工艺
4.1 倒吊脚手架的搭设步骤
（1）本悬挂脚手架，利用7层面为悬挂的立足点，搭设人员分为8人为一组，7层4人，地面4人。
（2）第一步在7层面放置预留洞，为10公分圆形，预埋φ100PVC套管。大钢梁的外侧二边长5米，宽3.5米为一组，中间8轴—10轴，11轴—12轴，16轴—17轴，18轴—20轴，分为每5米一组，局部12轴—13轴风机管，长11米宽2.5米，15轴—16轴长11米宽2.5米，搭设起点为2米一组。
（3）第二步：搭设前地面4人首先严格检查制作小横杆立杆和钢管扣件材质，在地面的4人，用立杆4.5米，小横杆3.5米，制作成凹字形，底部加2只保险扣件。
（4）第三步：靠电梯侧面，搭设一条长10米，宽1米，高38米脚手架立杆纵距1.5米，步距1.8米，每5米设剪刀撑一副，作为架子工施工的脚手架，由地面用双立杆排脚至16米，16米以上单立杆，脚手架的连接杆跟钢楼梯平台用长50公分钢管连接好。内侧钢楼梯用电焊焊牢，外侧脚手架用扣件扣牢，连接杆的纵距为3.5米，步距也是3.5米，设一根点确保脚手架连接牢固。拆除时按反方向一步一步向后退拆。
（5）第三步：吊装时围好警戒线，由上面的人用对讲机与地面联系，用麻绳从预留洞中放到地面。4人把制作好的凹形小横杆吊到7层面超出15公分，再将立杆用钢管固定在7层面，并附加2只保险扣件。
（6）第四步：吊装好的凹形小横杆3副以上，第二组的搭设人员由洞梯楼梯间走到7层底部搭设好的落地脚手架上，带好安全帽，系好安全带，由7层面的工作人员将钢管传给下面搭底部的格栅，防护栏杆。
（7）第五步：当7层底下搭成5米倒挂条形架时。搭设人员在从楼面下的工形钢二侧面，在搭设井字形的钢管架，作为每隔5米，搭设立杆的立足点，每根工字钢的间距为2米，工字钢的型号：高度45公分，宽度35公分悬挂脚手架，两根工字钢之间用2米长钢管，两头用18号铁丝绑扎好木枕扎牢，固定在工字钢上。每副立杆的底部扣小横杆，并加有保险扣件。
（8）第六步：本架体纵向两边需每4.5㎡设置剪刀撑一副（夹角45度-60度），在搭设防护栏杆高度不低于1.5米及密目网、挡脚板，铺好钢笆，并用18铁丝将钢管的四角扎牢，以防脱落。架体底部增设水平剪刀撑加强。
（9）第七步：拉保险钢管绳，用φ12的钢丝绳，由7层面宽2.5米预留孔内向下围脚手架的底部绕一圈，在7层面用绳夹固定牢，每隔5米的预留孔拉一根。安装生命钢丝绳索，安装人员安装时必须将安全戴扣在生命绳索上工作，确保施工人员的安全。
4.2 搭设作业
（1）搭设金属扣件双排脚手架，必须严格按国家《建筑安装安全技术规程》、市建工局关于《高层建筑双排钢管脚手架施工规定》和施工组织设计的要求进行设计和搭设。
（2）搭设前应严格进行钢管的筛选，凡严重锈蚀、薄壁。严重弯曲及裂变的杆件不宜采用。
（3）严重锈蚀、变形、，螺栓螺纹已损坏的扣件不宜采用。
（4）脚手架的基础除按规定设置外，必须做好排水外理。
（5）钢管脚手架座立于槽钢上的，必须有地杆连接保护普通脚手架立杆必须设底座保护。
（6）不宜采用承插式钢管做底步立杆交错之用。
（7）所有扣件紧固力矩，应达到4—5kg·m，双扣件部位应全数进行力矩检查。
（8）同一立面的小横杆，应对等交错设置，同时立杆上下对直。
（9）斜杆接长，不宜采用对接扣件。应采用叠交方式，二只回转扣件接长，搭接距離视二只扣件间隔不少于0.4m。
4.3 脚手架的验收
本工程的验收按《上海市建设工程安全生产管理资料实例》及上海市钢管脚手架（83）201号（87）525文件规范要求、和《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范JGJ128-2010》及有关施工要求制度进行验收，验收合格后即挂合格牌，交付项目使用。
4.4 脚手架的中途检查，保养及管理
定期观察立杆的垂直度。
仔细观察各杆件的绑扎件，连接件是否松脱爆裂，杆件是否有移位情况。
及时维修铺设竹笆、安全网及绑扎点，防止人、物从空洞中坠落。
连接件是否牢固，及时清理聚积在脚手架操作层上堆积物。
架体上严禁集中堆载，脚手架荷载为180kg/m2不能超重，堆物不得超过设计荷载。
脚手架上根据消防要求，全面配置灭火器。
4.5 倒吊脚手架的拆除
脚手架拆除时同样具有极大的危险性，必须严格按照搭设的反程序进行拆除，即、钢网→安全笆→防护栏杆→搁栅→斜拉杆→大横杆→凹型小横杆→立杆。所有拆除的钢笆、钢管运到马道上，20根一捆用电动机捆好，由马道上面吊到地面，再由工人每只规格分类堆好，地面监控人员跟着上面拆除的位置进行地面上的监护。
5 结语
上海国际金融中心所使用的脚手架，所选用的体系、杆件和其他配件的载荷，均依照规范进行抗弯强度、扰度变形和稳定性校核，计算校核满足要求，实际搭设并投入使用的悬挑脚手架，使用较为合理，安全有一定的富裕度，全过程均满足事先设定的各项指标，使用中未出现异常情况，建议可以在相关领域得以较大范围推广。
参考文献：
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[4] 展绘德.悬挑式脚手架在高层建筑施工中的应用[J].价值工程，2011（03）.
[5] 宋增录.悬挑式脚手架在高层建筑施工中的应用[J].建筑工程技术与设计，2014（17）.
（作者单位：上海市安装工程集团有限公司）
