高层建筑大悬挑幕墙外用脚手架施工技术

任守强

（甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

钢结构桁架特点，来设计一个多排超高落地式脚手架搭设方案[1]，如图1所示。

图1 高层建筑幕墙外架搭设方案

近年来，建筑行业飞速发展，高层建筑工程规模逐渐增大。尤其是在繁华城市里，高层建筑物可以为人们提供更多需求场所，然而在建造高层建筑物时，由于建筑幕墙的特殊结构，难以保障施工人员的安全以及工程质量，所以在高层建筑幕墙施工中需要对外部结构的脚手架做好整体规划，确保工程得以顺利进行。目前，建筑工程中外用脚手架种类繁多，但都有着连接件较多、结构复杂以及作业环境较为恶劣等特征，导致实际高层建筑幕墙施工中多发脚手架安全事故。因此，研究外用脚手架施工技术对预防因脚手架施工造成的安全性事故具有重要作用，还可以为类似工程项目提供参考依据。

1 工程概况

在某商业楼幕墙工程中，幕墙面积约为18 000 m2，采用桁架型钢结构。该商业楼地下2 层，地上12层，外墙饰面主要采用铝单板与玻璃幕墙，在该工程主体结构的西、北立面设置一个倾斜角度较大的幕墙，其龙骨悬挑长度大概为5 m。对于该商业楼幕墙工程而言，普通的吊篮法已经无法满足面板、装饰等施工需求，所以根据该工程的实际特点，通过搭设外用脚手架来满足幕墙外装饰的安装需求。

2 设计外架搭设方案

首先根据该商业楼异形幕墙的立面走向以及在搭设高层建筑幕墙外架时，将商业楼幕墙立面中间凸出部位的投影线，当作搭设起步点，并将外架标高-0.5 m处搭设至标高52.6 m处。由于幕墙外用脚手架底部的排数较多，在搭设脚手架上部时，需要根据商业楼幕墙龙骨高度的变化来收缩脚手架[2]，从而达到控制脚手架自重荷载的目的，并且可以提升脚手架底部立杆的承载力。钢管脚手架采用连接件将钢管和横杆牢固地连接在一起，形成稳定的结构。这种结构对于高层建筑幕墙外架来说非常重要，它能够提供稳定的平台，确保工人在高空作业时的安全。为此，采用钢管脚手架进行外架搭设。在选择钢管规格时，需要考虑其承载力和稳定性，使用直径为60 mm的钢管作为立杆和横杆，因为其承载能力更强，更适合用于高空作业。连墙件的间距为1.5 m。

与此同时，在外架高度为0~24 m 处，架体步距设置为1.2 m，将脚手架排数设置为4排。每排脚手架的高度为6 m，高度间隔为1.5 m。当外架高度超过24 m时，架体步距设置为1.6 m，设置6排脚手架，每排脚手架的高度为4.5 m，高度间隔为1.2 m。竖向剪刀撑：将竖向剪刀撑设置在每个立柱之间，以保证足够的刚度和稳定性，并减少脚手架在垂直方向上的变形。水平剪刀撑：在架体底部和顶部应设置水平剪刀撑，以增加脚手架的平面刚度，防止架体在水平方向上的变形。上下排数变化时的斜撑拉结：当脚手架的上下排数发生变化时，需要通过斜撑拉结来保证脚手架的整体稳定性。这些斜撑可以设置在脚手架的内部或外部。这样不仅可以提升脚手架的承载能力，而且可以最大限度地减少脚手架自重。关于外架搭设宽度，需要结合高层建筑物的实际需求，距幕墙外立面500 mm 左右即可，这样搭设的脚手架不仅可以有效包围建筑幕墙的钢结构、龙骨以及面板，而且可以预留出充足的施工空间。

3 高层建筑幕墙外用脚手架施工

3.1 脚手架荷载验算

脚手架荷载的验算[3]主要为了确定设计外架搭设方案是否安全可行，能否满足高层建筑幕墙施工要求。高层建筑幕墙外用脚手架的荷载主要包括自重荷载与施工活荷载。其中自重荷载参考施工设计图纸，分别获得脚手板、钢管等施工材料的质量，即可求得外架的自重荷载，计算公式如下所示：

式中：N表示立杆的轴向力设计值；ϕ表示轴心受压构件的稳定系数；A表示立杆截面面积；Mw表示立杆段由风荷载设计值产生的弯矩。关于施工活荷载，也就是建筑符合所产生的垂直轴向力，所以根据总建筑符合进行取值，然后根据施工活荷载即可求得立杆的轴向压力，计算公式如下所示：

式中：F表示立杆轴向压力；N表示高层建筑幕墙外用脚手架施工活荷载[4]；G0表示钢材的抗压强度设计值。根据式（2）即可验算外架立杆的稳定性，验算公式如下所示：

式中：η表示立杆的实际抗压强度，单位N/mm2；ς表示稳定性因子；S表示立杆净截面面积；[ ]q表示立杆抗压强度设计标准值[5]。根据式（3）对所设计高层建筑幕墙外用脚手架的稳定性进行验算后发现，该外架搭设方案满足施工要求。

3.2 脚手架安装

在高层建筑幕墙外用脚手架安装之前，首先做好施工准备工作，按照设计图纸确定主框架及挑梁的安装位置，并在相应位置预埋螺栓，每一层螺栓的位置必须上下一致，同时将立杆、扣件、安全网等装置准备齐全，并在检查无误后开始进行脚手架的安装，附着外用脚手架的搭设流程为：立杆→横、纵向扫地杆→大小横杆→连墙杆→脚手板→防护杆→剪刀撑→安全网。在此过程中，决定高层建筑幕墙外用脚手架安装成败的关键在于连墙件的精准设置[6]。将连墙件设置在建筑主体结构上，用于连接和支撑墙体结构，以增强整体的稳定性和坚固性。为提升外架整体结构的稳定性，采用刚性连墙件，这些连墙件负责可靠地连接钢桁架和立杆，工字钢通常具有更大的截面面积，从而提供了更高的强度和承载能力，使得其能够在外架结构中承受较大的水平和垂直荷载，并提供更大的安全保障。为此，桁架的材料采用工字钢进行制作。对于预埋的钢管材料，采用焊接技术将预埋的钢管与其他构件进行永久性的连接，以确保连接的稳固可靠。连墙件设置如图2所示。

在设置连墙件时，在混凝土外墙上钻孔，从而把连墙件固定在建筑的主体结构上，并使用2 根预埋短钢管来进行刚性连接，这样可以确保连墙件的稳定。在进行立杆与水平杆的搭设时，需要通过对接扣件实现两杆之间的固定，这样可以提升整体结构的稳定性，并在脚手架安装施工的最后设置2 道以上的安全平网，保障高层建筑幕墙作业安全。

3.3 脚手架拆除

本次施工将外架悬挑分为4段。只有在上一段挑架搭设成功之后，并且经过批准，才能进行下一段挑架的拆除[7]。高层建筑幕墙外用脚手架的具体拆除流程如图3所示。

图3 脚手架拆除流程

外架的拆除作业需要按照由上至下的顺序进行，不可以为了提升作业效率，将外架的上下层同时一次性拆除，并注意连墙件的拆除作业需要在其上部配件彻底拆除之后再进行。与此同时，已拆除的配件需要以安全的方式运离幕墙施工现场，防止因误扶、误靠已松脱连接件，出现安全事故[8]。如果在进行脚手架拆除作业时，遇到大风、大雨等极端天气，需要停止作业，确保作业安全。最后将拆卸区内一切杂物垃圾清理干净，保障高层建筑幕墙施工现场整洁。

4 施工监测

为确保高层建筑幕墙工程的顺利进行，在施工期间对外架体系进行了监测，在脚手架立杆设置双向的监测点，并通过相应监测设备对立杆挠度进行定期的监测作业，并做好监测记录，起到施工质量监控的目的[9]。对于所提外用脚手架施工技术，其变截面处的立杆形变问题非常关键，所以进行施工监测时，主要在变截面处设置相应监测点，监测点的布置情况如图4所示。

图4 立杆监测点布置图

从图4 可以看出，主要选取各立杆第一步架中间位置处，当作立杆挠度的监测点，并对各监测点进行编号：C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，由于外架监测周期较长，所以在施工期间需要做好立杆监测点的保护工作。在外架搭设施工过程中，采用全站仪对立杆在横、纵2个方向的挠度进行监测，分别在脚手架搭设高度18.4 m（步距改变处）、24.7 m（立杆最大搭设高度）以及52.6 m（脚手架最大搭设高度）处进行立杆变形监测，如果发现某处立杆形变值超过2.4 mm，说明此时脚手架结构处于不稳定的状态，需要立即停止施工，重新设计并搭设脚手架[10]。那么本次立杆挠度监测结果如图5、图6所示：

图5 立杆横向挠度监测值

图6 立杆纵向挠度监测值

由图中数据可知，本次施工搭设的脚手架立杆整体形变较小，其中C6 立杆的变形最大，当搭设高度为52.6 m 时C6 立杆纵向挠度为1.46 mm，但仍远远小于预警值，说明该脚手架立杆变形情况可以满足施工需求，进一步验证了此次高层建筑幕墙外用脚手架施工安全性较高。

沉降会导致脚手架不稳定，增加倾覆、坍塌的风险，对工人和周围环境的安全构成威胁。脚手架的垂直度偏差会影响整个结构的稳定性和安全性，可能导致不均匀荷载分布、构件断裂等问题。为此验证1 个月后脚手架的沉降与垂直度偏差情况，结果如图7所示。

根据图7的监测结果可以看出，施工1个月后，C4的沉降最大为4 cm，说明脚手架在一个月的时间内承受的荷载没有导致过度沉降或不稳定情况。这表明脚手架的结构和承载能力良好。C6 的垂直度偏差最大为1.5°，说明脚手架在一个月的时间内在垂直方向上的变形较小。这表明脚手架的支撑结构和安装精度良好，没有出现明显的倾斜或不垂直情况。

5 结束语

综上，研究以某商业楼幕墙项目作为工程实例，对异形幕墙外用脚手架施工技术进行了深入研究，针对该幕墙超高、悬挑大等施工难题，文中因地制宜采用了多排落地外用脚手架搭设方案，在进行外架荷载验算来确保施工平台的安全性之后，详细介绍了脚手架安装及拆除工序的施工流程，并通过施工监测验证了所提外用脚手架施工技术的可行性与可靠性，可以有效解决该商业楼异形幕墙施工难题，为今后高层建筑钢桁架异形幕墙工程提供一些参考。