李改華，郝海濤

(北京韜盛科技發(fā)展有限公司，北京 101113)

1 附著式升降作業(yè)安全防護平臺發(fā)展現(xiàn)狀

附著式升降作業(yè)安全防護平臺(以下簡稱“防護平臺”)是中國創(chuàng)造、世界領(lǐng)先的建筑工業(yè)裝備，經(jīng)歷了單元折疊式→節(jié)點盤式→積木式全鋼形式的發(fā)展。積木式全鋼形式具有以下特點：①安全實用；②構(gòu)配件通用性強，重復(fù)使用率>95%；③綠色環(huán)保，周轉(zhuǎn)次數(shù)多；④動力設(shè)備自動往復(fù)循環(huán)，降低工人勞動強度；⑤構(gòu)配件質(zhì)量適中，安裝便捷，用工用時少；⑥采用智能精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)，操控可靠。鑒于以上特點，防護平臺成為目前建筑施工中常用的施工防護裝備。

防護平臺現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主要有JGJ 202—2010《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》[1]和JG/T 546—2019《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護平臺》[2]。防護平臺標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實施，標(biāo)志著附著式升降腳手架(防護平臺)實現(xiàn)了定型化、裝配化、標(biāo)準(zhǔn)化、工具化，宣告附著式升降腳手架由工具式腳手架正式升級為建筑工業(yè)行業(yè)產(chǎn)品防護平臺，納入了建筑工業(yè)制造系列，將長期存在和廣泛應(yīng)用于建筑市場。

據(jù)行業(yè)統(tǒng)計資料顯示，防護平臺企業(yè)爆發(fā)式增長，導(dǎo)致大量低質(zhì)產(chǎn)品涌入市場，安全事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響行業(yè)生態(tài)。種種亂象產(chǎn)生的主要原因是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不統(tǒng)一，防護平臺廠家自說自話，政府安全部門的管理無從下手，建筑總承包單位無從選擇，嚴(yán)重阻礙了防護平臺行業(yè)的安全、健康和可持續(xù)發(fā)展。

2 防護平臺技術(shù)爭議點

隨著防護平臺的廣泛應(yīng)用，其存在的技術(shù)問題也日益顯現(xiàn)，主要技術(shù)爭議點如下。

1)荷載及計算系數(shù)取值不統(tǒng)一 各現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定的荷載、計算系數(shù)不統(tǒng)一，且與防護平臺實際施工荷載不符，給設(shè)計計算帶來困擾。

2)計算分析模型規(guī)定不清晰 規(guī)范及防護平臺科技成果評估中，防護平臺的計算體系均采用若干個平臺單元單獨計算，且主框架計算采用平面簡化模型，未考慮所有主要構(gòu)件對架體主框架的影響，因此計算并不準(zhǔn)確。

3)構(gòu)造要求不合理 規(guī)范及防護平臺科技成果評估中要求每個附著支座采用2個螺栓，防護網(wǎng)片與外立桿連接(起剪刀撐作用)等。

4)架體防護高度規(guī)定不合理 規(guī)范規(guī)定架體防護高度≤5倍層高，懸挑高度≤6m[1]，在實際施工中存在安全隱患。

3 技術(shù)爭議點分析

針對防護平臺存在的主要技術(shù)爭議點，從實際使用情況調(diào)研、相關(guān)規(guī)范規(guī)定依據(jù)、理論計算模擬分析及試驗驗證等方面開展一系列研究。

3.1 荷載取值及荷載組合

架體的荷載主要包括自重、(施工)活荷載、風(fēng)荷載。本節(jié)主要研究活荷載取值及風(fēng)荷載計算。

3.1.1活荷載取值

在相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范中，《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》、JGJ 59—2011《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》及《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護平臺》、GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》分別規(guī)定每層活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3,3,2,2kN/m2，允許同時作業(yè)步數(shù)為2,2,3,2。

《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定原作業(yè)腳手架結(jié)構(gòu)施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3kN/m2，根據(jù)主體砌筑用腳手架制定。墻體砌筑作業(yè)時，腳手架作業(yè)層上需堆放磚塊，擺放砂漿桶，甚至推車，因此規(guī)定取施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3kN/m2。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)行的建筑主體結(jié)構(gòu)施工工藝已發(fā)生重大改變，不在作業(yè)腳手架上大量堆放建筑材料。

《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》中第4.8條明確規(guī)定，不允許在架體上推車。

通過對800棟樓防護平臺施工現(xiàn)場的實地調(diào)研，堆放材料的質(zhì)量、施工人員及工具之和遠達不到規(guī)范的規(guī)定數(shù)值。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，單層施工活荷載≤2.0kN/m2。

綜上所述，防護平臺施工活荷載，建議直接按《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中第5.1.5條中的第二款規(guī)定取值，即單層施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2kN/m2，同時存在2個及以上作業(yè)層作業(yè)時，同一跨內(nèi)各操作層的施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值總和取值應(yīng)≥4.0kN/m2。

3.1.2風(fēng)荷載計算

風(fēng)荷載計算公式為：

wk=βz·μz·μs·w0

(1)

式中：w0為基本風(fēng)壓；βz為風(fēng)振系數(shù)；μz為高度變化系數(shù)；μs為風(fēng)荷載體形系數(shù)，μs=1.3φ，擋風(fēng)系數(shù)φ=An/Aw, 其中An為防護平臺迎風(fēng)面擋風(fēng)面積，Aw為防護平臺迎風(fēng)面面積。

1)基本風(fēng)壓w0

相關(guān)規(guī)范規(guī)定按重現(xiàn)期10年確定基本風(fēng)壓。經(jīng)統(tǒng)計，近10年5 000棟樓防護平臺均在1～2年完成，取10年基本風(fēng)壓遇到強風(fēng)的概率較小，因此建議取5年重現(xiàn)期。JGJ 195—2018《液壓爬升模板工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[6]中規(guī)定，風(fēng)力等級5～12級對應(yīng)的基本風(fēng)壓w0分別為0.040～0.072，0.073～0.120，0.121～0.183，0.185～0.268，0.270～0.374，0.375～0.504，0.508～0.664，0.668～0.851kN/m2。通過下式建立風(fēng)速與風(fēng)壓的關(guān)系：

(2)

式中：v0為距地面10m高度處風(fēng)速。

考慮到架體在5級及以上大風(fēng)不得提升，根據(jù)《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》[2]中4.1.2條，升降工況取0.25kN/m2，而5級風(fēng)對應(yīng)的最大風(fēng)壓0.072kN/m2遠小于升降工況的規(guī)定取值，因此，該取值規(guī)定不合理。在項目施工過程中，可根據(jù)天氣預(yù)報獲得當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力等級，得到相應(yīng)風(fēng)壓。當(dāng)風(fēng)力等級超過設(shè)計值，根據(jù)《防護平臺安全專項施工方案》，對防護平臺采取有效的臨時加固連接措施，遇到臺風(fēng)等極端惡劣天氣時，需提前拆除懸臂部分的防護網(wǎng)片，以降低風(fēng)荷載對架體的影響，保證架體安全。

2)風(fēng)振系數(shù)βz施工階段主體結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)βz可按GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[3]的相關(guān)規(guī)定取值，不同施工期，βz隨建筑高度的變化而改變。由于防護平臺是附在主體結(jié)構(gòu)上的，風(fēng)振影響很小，因此相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-2,5]均規(guī)定風(fēng)振系數(shù)βz為1. 0。

3)高度變化系數(shù)μz根據(jù)在建施工項目，防護平臺爬升最大高度結(jié)合地區(qū)類別進行選擇。

4)風(fēng)荷載體形系數(shù)μs

(3)

式中：φ為擋風(fēng)系數(shù)；An為附著式防護平臺迎風(fēng)面擋風(fēng)面積(考慮網(wǎng)片、腳手板、立桿等擋風(fēng)面積)；Aw為附著式防護平臺迎風(fēng)面面積。

風(fēng)荷載對架體受力產(chǎn)生重要影響，而防護網(wǎng)片的通風(fēng)率直接影響風(fēng)荷載大小，因此，防護網(wǎng)片應(yīng)作為防護平臺的重要構(gòu)件進行研究?！督ㄖ┕び酶街缴底鳂I(yè)安全防護平臺》[1]中規(guī)定，防護網(wǎng)片厚0.6～0.8mm；采用鋼絲網(wǎng)時，鋼絲直徑應(yīng)≥2.5mm，網(wǎng)孔尺寸≤15mm×15mm；JGJ/T 183—2019《液壓升降整體腳手架安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[7]中規(guī)定，沖孔式鋼板立網(wǎng)孔徑應(yīng)≤6mm；GB 5725—2009《安全網(wǎng)》[8]中規(guī)定，網(wǎng)眼孔徑應(yīng)≤12mm。以上各標(biāo)準(zhǔn)中網(wǎng)孔大小規(guī)定并不一致，相差較大。

綜上所述，對于沖孔式鋼板網(wǎng)孔徑≤6mm的規(guī)定，并沒有切合實際的、有說服力的依據(jù)，且該數(shù)值與允許使用的鋼絲網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸15mm×15mm相矛盾。

風(fēng)荷載對防護平臺的受力有重要影響，因此，設(shè)計圓孔、方孔及六邊孔等一系列網(wǎng)孔進行抗沖擊和耐貫穿試驗，圓孔及其他形狀的內(nèi)切圓孔徑為6～12mm，厚0.6～0.8mm。

根據(jù)試驗結(jié)果，在滿足防護功能的前提下，選用通孔率大的網(wǎng)片，減小風(fēng)荷載對架體的影響。防護網(wǎng)也可采用組合式網(wǎng)片，對于架體懸臂部分，選用通孔率高的網(wǎng)片，可有效降低風(fēng)荷載對架體的影響。

3.2 計算模型

由于規(guī)范及防護平臺科技成果評估中防護平臺的計算體系未考慮所有主要構(gòu)件(腳手板、防護網(wǎng)片、水平桁架等)對架體主框架的影響，計算模型不夠準(zhǔn)確。為保證使用安全，對防護平臺結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化(見圖1)，同時去除冗余的構(gòu)造要求，使防護平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計更安全合理、更科學(xué)。

圖1 防護平臺側(cè)視示意

3.2.1平面主框架模型

該計算模型取單個機位(6m跨)內(nèi)的荷載施加到主框架模型，并對導(dǎo)軌截面進行等效簡化處理，如圖2所示。由于導(dǎo)軌為空間焊接結(jié)構(gòu)，未規(guī)定截取位置的等效截面屬性，因此，截取位置不同，差距較大，截面數(shù)值不夠準(zhǔn)確。

圖2 平面簡化模型

3.2.2立體構(gòu)件模型

規(guī)范中規(guī)定機位間距≤7m，實際使用中最大機位間距一般取6m。因此，計算模型長度選取機位的整數(shù)倍即可，立體構(gòu)件模型可全面反映各構(gòu)件受力及變形情況，如圖3所示。以上2種模型具體參數(shù)為：①立體模型 取2個機位架體進行建模，架體高14m、長12m，機位間距為6m，立桿間距為2m；平面模型取單個機位內(nèi)荷載；②荷載 施加自重、施工活荷載(2層，每層2kN/m2)、風(fēng)荷載；③約束 每個機位僅1個支座承受豎向荷載，3個支座同時承受水平荷載，長度邊界施加對稱約束；④所有節(jié)點按剛性處理。

圖3 立體構(gòu)件模型

3.2.3兩種模型計算對比

采用相同荷載，對同一防護平臺分別用2種模型計算，以基本風(fēng)壓取0.3kN/m2為例，計算結(jié)果如表1所示。

表1 兩種模型計算結(jié)果對比

由表1可知，立體構(gòu)件模型計算的主框架構(gòu)件的應(yīng)力及變形大于平面簡化模型的計算結(jié)果。立體構(gòu)件模型可查看所有構(gòu)件的受力情況，為確保架體的安全使用及所有構(gòu)件設(shè)計合理，建議采用立體構(gòu)件模型進行計算。

3.3 架體防護高度

3.3.1防護平臺使用流程

《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》規(guī)定架體高度≤5倍樓層高，架體懸臂高度≤2/5架體高度，且≤6m。目前，一般民用建筑層高為2.8～3.2m，架體高度防護常用14m架體，即4倍樓層高度+2m防護高度。防護平臺具體施工工藝如下。

1)初始狀態(tài) 防護高度約為4倍樓層高度+2m防護高度，有3個附著支座附著在建筑結(jié)構(gòu)上，架體懸臂高約5.5m。

2)綁扎鋼筋 架體安裝完成后，進行待建層(N+3層)的鋼筋綁扎工作。

3)安裝模板 鋼筋綁扎完成，安裝待建層的內(nèi)外模板。

4)澆筑混凝土 澆筑待建層(N+3層)墻體。

5)N+3層澆筑完成，混凝土還未達到拆模條件，為趕工期，施工方會進行N+4層鋼筋綁扎，此時存在露頭作業(yè)，存在嚴(yán)重安全隱患；有的施工現(xiàn)場，為N+4層防護高度達到要求，在N+3層未拆模情況下，進行架體提升，此時架體只安裝2個附著支座，懸臂高度超過規(guī)范要求，存在架體傾覆隱患。

6)拆除N+3層模板，安裝附著支座，此時架體安裝3個附著支座，滿足規(guī)范要求。

3.3.2解決方案

為保證架體防護使用安全，建議將架體高度增加為5倍樓層+2m，懸臂增加為7～8m。目前架體結(jié)構(gòu)用型材不滿足該結(jié)構(gòu)強度及剛度要求，需對架體構(gòu)件進行重新設(shè)計、選型、計算和試驗，使架體產(chǎn)品具有足夠的強度和適當(dāng)剛度。

3.4 附墻支座螺栓

《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護平臺》中規(guī)定，附著支座與建筑構(gòu)件采用錨固螺栓連接，每個附著支座應(yīng)設(shè)2個及以上錨固螺栓；該項規(guī)定未完全考慮實際使用情況，2個穿墻螺栓在實際安裝使用中存在諸多問題。

1)從技術(shù)層面，只要附墻支座上錨固螺栓位置設(shè)計合理，上部抵抗臂尺寸取值合適，不會在提升時上翻；同時，架體在升降、使用時每榀機位豎向主框架不少于3個有效附墻支座，附墻支座不會發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

2)實際使用中，防護平臺附墻支座采用單螺栓固定，經(jīng)長時間使用過，未出現(xiàn)重大安全事故，說明單螺栓技術(shù)成熟、簡便、安全可行，適應(yīng)性強。

3)從安裝施工工藝來說，雙螺栓預(yù)埋難度大。①定位難 雙螺栓預(yù)埋需精確找準(zhǔn)中心軸、水平線和間距；②預(yù)埋安裝難 建筑主體混凝土結(jié)構(gòu)澆筑時，預(yù)埋雙螺栓套管極易變形或移位，極難維護，易導(dǎo)致附墻支座無法安裝；③預(yù)埋施工協(xié)調(diào)配合困難 極易造成預(yù)埋失敗和后續(xù)鉆孔造成的混凝土結(jié)構(gòu)破壞、結(jié)構(gòu)鋼筋破壞、在模板上肆意開孔破壞等不良后果。

4)目前業(yè)界大量使用的附墻支座附著板安裝穿墻螺栓的長條孔尺寸幾乎都不適合雙螺栓。

基于上述分析，建議在附著支座結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的前提下，錨固螺栓采用1根或2根均可；附著支撐系統(tǒng)的計算須準(zhǔn)確合理。

3.5 網(wǎng)片與立桿及網(wǎng)片與腳手板連接

《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護平臺》中規(guī)定，框架式鋼板防護網(wǎng)與立桿的連接銷(螺栓)≥10mm，連接銷與網(wǎng)片角部節(jié)點距離≤200mm時，可代替平臺外側(cè)的剪刀撐。

目前網(wǎng)片固定主要有網(wǎng)片與立桿連接、網(wǎng)片與腳手板連接2種方式，如圖4所示。

圖4 網(wǎng)片固定方式

1)鋼板防護網(wǎng)與立桿連接 防護網(wǎng)在橫向限制了立桿與腳手板組成的四邊形的角度變化。該種方式具有以下特點：①對立桿間距的安裝精度要求高、安裝孔不對位的概率大大增加；②站在架體上安裝操作困難；③網(wǎng)片規(guī)格多，標(biāo)準(zhǔn)化率低，不利于周轉(zhuǎn)使用，成本高；④該種方式適用于地面安裝，整體吊裝。該連接方式對立桿間距尺寸精度要求較高，施工現(xiàn)場實際安裝困難，若將耳板孔徑增大或采用槽形孔，則不能起到要求的支撐作用。

2)鋼板防護網(wǎng)與腳手板連接 防護網(wǎng)在豎向限制了立桿與腳手板組成的四變形的角度變化；安裝便捷；不受立桿間距限制；規(guī)格少，標(biāo)準(zhǔn)化程度高；100%可周轉(zhuǎn)使用，成本低。

4 結(jié)語

針對防護平臺的諸多爭議問題，逐一從理論聯(lián)系實際進行探討，提出合理的解決方式及研究方向，針對每個問題進行研究，解決技術(shù)爭議點；該項研究將有助于提升防護平臺市場標(biāo)準(zhǔn)化、安全性并更能滿足實際工程需求。