高层建筑升降脚手架施工技术研究

李华磊

高层建筑的定义在不同国家和不同地区有不同的理解，1972年召开的国际高层建筑会议确定为：

第一类高层建筑9一16层（最高到50m）；

第二类高层建筑17一25层（最高到75m）；

第三类高层建筑26一40层（最高到100m）：

超高层建筑40层以上（高度100m以上）.

我国建设部5民用建筑设计通则6（JGJ37一87）中规定，高层建筑是指10层以上的住宅及高度超过24m的公共建筑及综合建筑。高层建筑是随着近代社会经济发展和人们生活的需要发展起来的，是商业化、工业化和城市化的结果。城市人口集中、用地紧张及激烈的商业竞争，又加速了现代高层建筑发展，而科学技术的进步、轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机在建筑中的广泛应用又为高层建筑的发展提供了物质和技术条件。

高层建筑在古代就有，我国古代建造的不少高塔就属于高层建筑。如公元523年建于河南登封县的篙岳寺塔，10层、高40m，为砖砌单筒体结构.国外古代亦有高层建筑，古罗马帝国的一些城市就曾用砖石承重结构建造了10层左右的建筑。古代的高层建筑，受当时技术经济条件限制，不论是承重的砖墙或筒体结构，壁都很厚，使用空间小。

近代高层建筑是从19世纪以后逐渐发展起来的。建于1883年的美国芝加哥家庭保险公司大楼 （HomeInsuraneeBuildi雌），共11层，55m高，是近代高层建筑的开端，与传统砌筑结构不同，它采用铸铁框架承重结构，这标志着一种新的结构体系诞生。19世纪末20世纪初是近代高层建筑发展的初始阶段，钢结构被应用到高层建筑中，使建筑物的高度超过了100m。1931年纽约建造的帝国大厦（EmpirestateBuilding），有102层，3slm高，享有/世界最高建筑0的称呼长达40年之久。20世纪50年代以后，随着新材料、新工艺以及新的结构体系的引进和发展，使得高层建筑进入了一个新的发展阶段，高层建筑在世界各地不断出现，层数和高度都有大幅度的突破，建筑结构体系也呈多样化、复杂化。1974年美国芝加哥建成了当时世界上最高的西尔斯大厦（SearsTower），110层，高443m，目前排名第三。世界第二高楼为马来西亚吉隆坡的国家石油大厦，楼高451m，88层。韩国汉城正在建造的国际商务中心，130层，我国高层建筑的发展与国外类似。我国近代高层建筑起源于上海，1906年建造了上海和平饭店南楼，1929年建造了上海和平饭店北楼.1959年建成的北京民族饭店，12层，高47.7m，标志着我国自行设计和建造高层建筑的开端，1968年建成的广州宾馆，27层，高88m，成为19世纪60年代我国建成的最高建筑。改革开放以后，我国社会经济快速增长，人民生活水平大幅度提高，我国高层建筑蓬勃发展，各大城市和一批中等城市都兴建了大量高层建筑。20世纪90年代是我国高层建筑发展最快的时期。我国高层建筑的发展令世界瞩目，无论在层数还是高度上己经走在世界前列，已逐步成为世界建造高层建筑的新的重心。据世界高层建筑与城市住宅委员会（CTBUH）的排名，己建成的世界十大高楼中，我国两岸三地占6栋。其中，我国台湾的101购物中心，101层，楼高50m，位居第一。上海仍是我国内地高层建筑的重心，最新统计表明，上海高层建筑达到2100幢，其中100米以上的超高层建筑有140余幢，其中上海金贸大厦，88层，高420.5m）。即将建成的上海环球金融中心，101层，高492m.

2 高层建筑的结构材料和类型

近代高层建筑的结构材料，主要有钢筋混凝土、钢及钢一钢筋混凝土组合三类。钢结构具有强度高、自重轻、施工速度快等优点，但其耗钢量大，工程造价高。从世界上最高的100栋建筑物的结构材料来分析，钢结构占45%，钢一钢筋混凝土结构占26%，钢筋混凝土结构占19%。我国受经济条件的限制，高层建筑和超高层建筑大量的还是钢筋混凝土结构，其次是钢一鋼筋混凝土混合结构，用得最少的是钢结构。随着经济的发展，国内钢结构和钢一钢筋混凝土混利进行施工而搭设的工作平台或作业通道。从广义上来说，在我国一般将临时架设在建造中的建筑物或结构物周围为方便施_工人员的结构施工或外墙装饰作业以及为在操作时堆放建筑材料的辅助施工设施，或在混凝土浇注过程中为固定模板而架设的临时支撑系统，统称为施工脚手架系统。从狭义角度上来说，脚手架则一般仅指前者。脚手架的技术进步和革新进展与社会经济及建筑业的发展是相协调的。解放后，我国脚手架工程的发展大致经历了三个阶段。第一阶段是解放初期到60年代，脚手架主要利用竹、木材料，由于它的经济优势，目前在我国特别是南方地区、香港地区仍然较多的使用竹木脚手架。60年代到80年代，随着我国钢铁工业和国民经济的发展，扣件式钢管脚手架得以大量推广应用，出现了钢管扣件式脚手架、各种钢制工具式里脚手架与竹木脚手架并存的第二阶段。进入90年代以后，随着土木工程的发展，国内一些研究、设计、施工单位在从国外引入的新型脚手架基础上，经多年研究、应用，开发出一系列新型脚手架，进入了多种脚手架并存的第三阶段。其中，由于高层以及超高层建筑在建设工程中所占比重迅速扩大，同时，对脚手架在安全可靠、快速和经济方面提出了更高的要求，附着升降式脚手架开始在建筑施工市场上出现并得以迅速发展。建筑施工附着升降脚手架是仅需搭设一定高度并通过附着支撑结构附着于高层、超高层工程结构上，具有防倾覆、防坠落装置，依靠自身的升降设备和装置，可随工程结构施工逐层爬升直至结构封顶，并继而为满足外墙装饰作业要求实现逐层下降的辅助施工外脚手架，它可以满足结构施工、安装施工、装修施工等施工阶段中工人在建筑物外侧进行操作时施工工艺及安全防护的需要。它是80年代末、90年代初在挑、吊、挂脚手架的基础上发展起来的，是适应高层建筑、特别是超高层建筑施工需要的新型脚手架。附着升降脚手架按脚手架爬升方式可分为以下几类：互爬式附着升降脚手架、套管式附着升降脚手架、悬挑式附着升降脚手架、导轨式附着升降脚手架、导座式附着升降脚手架和它们之间的组合应用，等等。附着升降脚手架按脚手架的组架方式可以分为以下几类：单片式附着升降脚手架、多片式附着升降脚手架、整体式附着升降脚手架。附着升降脚手架按提升设备可以分为以下几类：手拉葫芦式附着升降脚手架、环链电动葫芦式附着升降脚手架、升板机式附着升降脚手架、卷扬机式附着升降脚手架、液压式附着升降脚手架。

对于高层、超高层建筑的施工，附着升降脚手架要比传统的落地式外脚手架、挑、吊、挂脚手架材料用量低，使用经济，特别是当建筑物的高度在50m以上时，附着升降脚手架的适用性、经济性显得尤为突出。余宗明，曾对扣件式钢管脚手架、碗扣式钢管脚手架、门式架、桥式架、外挂架以及吊篮架和电动整体升降脚手架进行了经济分析，结论表明，除电动整体升降脚手架外，其他形式的脚手架体系的价格随高度的增加而增大，电动整体升降脚手架的价格不随高度的增加而加大，基本呈水平状态，其经济优势只有当高度超过45m时才有优势。附着升降脚手架作为高层建筑或超高层建筑施工的外脚手架，与常规落地脚手架相比，能显著地减少脚手钢管和扣件等设备材料的占用量，与一般的悬挑脚手架相比，能较大幅度的提高施工效率，而且，如果解决了风荷载的问题，设计可以不受高度限制。基于以上优点，这种脚手架从八十年代中期开始，在高层建筑施工中正逐步得到广泛采用。1996年建设部在推广应用10项新技术的指导意见中就提到在高层建筑施工中，应积极慎重地推广悬挑式脚手架和整体爬升脚手架。脚手架是临时架设在建造中的建筑物或结构物周围，是为方便施工人员的结构施工或外墙装饰作业以及作为在操作时堆放建筑材料的辅助施工设施，或在混凝土浇注过程中为固定模板而架设的临时支撑系统。脚手架主要受竖向荷载作用，对于超高层建筑而言，水平风荷载亦起主要作用。超高层建筑脚手架架体构造部分由传统的扣件式钢管脚手架发展而来，我国的学者和工程师曾对扣件式钢管脚手架进行过大量的研究，以致力于相关设计计算规范的完善工作。中国建筑科学研究院早在上世纪六十年代就对扣件式钢管脚手架展开过实验研究。