任务3.1 脚手架工程技术和安全管理
3.1.1 脚手架的分类与技术要求
脚手架是用杆件、构件和配件所搭设的用于施工服务的各种临时性构件。图3.2所示为常见脚手架类型。
图3.2 常见脚手架类型
1.脚手架的分类
（1）按用途划分，可分为操作用脚手架（包括结构脚手架和装修作业脚手架）、防护用脚手架、承重支撑用脚手架。
（2）按构架方式划分，可分为杆件组合式脚手架、框架组合式脚手架、格构件组合式脚手架、台架。
（3）按脚手架的设置形式划分，可分为单排脚手架、双排脚手架、满堂脚手架、封圈型脚手架、开口型脚手架、特型脚手架。
（4）按脚手架的支固方式划分，可分为落地式脚手架、悬挑脚手架、附墙悬挂脚手架、悬吊式脚手架（吊篮）、附着式升降脚手架、整体式附着升降脚手架、水平移动脚手架。
（5）按脚手架平、立杆连接方式划分，可分为承插式脚手架、扣接式脚手架、销栓式脚手架。
2.脚手架工程的技术要求
不同的脚手架系列均有其自身的构造特点、使用性能和应用方面的限制，不同的建筑工程对脚手架的设置要求也有共同性和差异性。因此，在解决施工脚手架的设置问题时，必须从满足施工需要和确保安全出发，综合考虑各种条件和因素，解决实际存在的各种问题。脚手架一般由构架基本结构、整体稳定和抗侧力杆件、连墙件和卸载装置、作业层设施、其他安全防护设施等组成。
3.脚手架工程的安全管理工作
脚手架工程事故的类型、产生的原因及预防措施见表3-1。
表3-1 脚手架工程事故的类型、产生的原因及预防措施
3.1.2 扣件式钢管脚手架
扣件式钢管脚手架是钢管杆件用扣件连接而成，具有工作可靠、装拆方便、适应性强等优点，除用来搭设各种形式的脚手架外，还可用于搭设模板支撑架、井架、上料平台架、斜道、栈桥及作其他用途。
1.扣件的形式
钢管脚手架扣件的基本形式有直角扣件、旋转扣件和对接扣件（图3.3）。直角扣件（十字扣）用于两根呈垂直交叉钢管的连接；旋转扣件（回转扣）用于两根呈任意角度交叉钢管的连接；对接扣件（筒扣、一字扣）用于两根钢管对接连接。
图3.3 扣件的形式
2.构件的形式
1）外脚手架
外脚手架构件包括立杆、大横杆、小横杆、剪刀撑、连墙件、横向斜撑、栏杆和挡脚板等。
（1）落地式外脚手架。落地式外脚手架的构造如图3.4所示。
图3.4 落地式外脚手架的构造
（2）悬挑式外脚手架。悬挑式外脚手架是将全高的脚手架分成若干段，利用悬挑梁作脚手架基础，悬挑梁上搭设扣件式钢管脚手架，分段悬挑分段搭设脚手架。悬挑式外脚手架外立面须满设剪刀撑。悬挑式外脚手架的基本形式有支撑杆式悬挑式外脚手架（图3.5）和挑梁式悬挑式外脚手架（图3.6）两种。
①构造要求：一次悬挑脚手架高度不宜超过24m；型钢悬挑梁宜采用双轴对称截面的型钢。悬挑钢梁型号及锚固件应按设计确定，钢梁截面高度不应小于160mm；悬挑梁尾端应在两处及以上固定于钢筋混凝土梁板结构上；锚固型钢悬挑梁的U形钢筋拉环或锚固螺栓直径不宜小于16mm。
图3.5 支撑杆式悬挑式外脚手架
图3.6 挑梁式悬挑式外脚手架
用于锚固的U形钢筋拉环或锚固螺栓应采用冷弯成型，U形钢筋拉环、锚固螺栓与型钢间隙应用钢楔或硬木楔楔紧。每个型钢悬挑梁外端宜设置钢丝绳或钢拉杆，与上一层建筑结构斜向拉结。钢丝绳、钢拉杆不参与悬挑钢梁受力计算；钢丝绳与建筑结构拉结的吊环应使用HPB300级钢筋，其直径不宜小于20mm，吊环预埋锚固长度应符合规定。
悬挑钢梁悬挑长度应按设计确定，固定段长度不应小于悬挑段长度的1.25倍。型钢悬挑梁固定端应采用2个（对）及以上U形钢筋拉环或锚固螺栓与建筑结构梁板固定，U形钢筋拉环或锚固螺栓应预埋至混凝土梁、板底层钢筋位置，并应与混凝土梁、板底层钢筋焊接或绑扎牢固，其锚固长度应符合现行国家标准的规定。图3.7所示为悬挑钢梁构造。
图3.7 悬挑钢梁构造（单位：mm）
当型钢悬挑梁与建筑结构采用螺栓钢压板连接固定时，钢压板尺寸不应小于100mm×10mm（宽×厚）；当采用螺栓角钢压板连接时，角钢的规格不应小
63mm×6mm。
型钢悬挑梁悬挑端应设置能使脚手架立杆与钢梁可靠固定的定位点，定位点离悬挑梁端部不应小于100mm。锚固位置设置在楼板上时，楼板的厚度不宜小于120mm。如果楼板的厚度小于120mm，应采取加固措施。
悬挑梁间距应按悬挑架架体立杆纵距设置，每一纵距设置一根。悬挑架的外立面剪刀撑应自下而上连续设置。
锚固型钢的主体结构混凝土强度等级不得低于C20。
②搭设程序：检查准备及材料配备→定位→（放置悬挑型钢）→安纵向扫地杆→安立杆→安横向扫地杆→安小横杆→安大横杆→安剪刀撑→安连墙件→铺脚手板→设置防护栏杆→扎安全网→（钢丝绳反拉）。
2）连墙构造
连墙构造（以下简称“连墙件”）对外脚手架的安全至关重要，由于连墙件设置数量不足、构造不符合要求及被任意拆掉等所造成的事故屡有发生，必须引起高度重视，确保其设置符合要求。
（1）刚性连墙件。刚性连墙件是指既能承受拉力和压力作用，又有一定的抗弯和抗扭能力的刚性较好的连墙构造，即它一方面能抵抗脚手架相对于墙体的里倒和外张变形，同时也能对立杆的纵向弯曲变形有一定的约束作用，从而提高脚手架的抗失稳能力。扣件式钢管脚手架的刚性连墙件的常用形式如图3.8所示。刚性连墙件示意如图3.9所示。
图3.8 刚性连墙件的常用形式
图3.8 刚性连墙件的常用形式（续）
图3.9 刚性连墙件示意
（2）柔性连墙件。柔性连墙件为只承受拉力作用或只承受拉力和压力作用，而不具有抗弯、抗扭能力的刚度较差的连墙构造。它只能限制脚手架向外或向内倾倒，而对脚手架的抗失稳能力并无帮助，因此在使用上受到限制。纯受拉连墙件只能用于3层以下房屋，纯拉压连墙件一般只能用在高度不超出24m的建筑工程中。扣件式钢管脚手架的柔性连墙件有两种形式，如图3.10所示。
（3）连墙件设置的注意事项。应确保杆件间的连接可靠，扣件必须拧紧，垫木必须夹持稳固，防止脱出；装设连墙件时，应保持立杆的垂直度要求，避免拉固时产生变形；当连墙件轴向荷载（水平力）的计算值大于6kN时，应增设扣件以加强其抗滑动能力，特别是在强风来袭之前，应检查并加固连墙措施，以保证脚手架安全；连墙构造中的连墙杆或拉筋应垂直于墙面设置，并呈水平位置或稍向脚手架一端倾斜，但不容许向上翘起。图3.11所示为连墙件的构造形态。
图3.10 柔性连墙件形式
图3.11 连墙件的构造形态
（4）挑扩作业面（图3.12）。在不采取斜支加强构造的情况下，脚手架横向水平杆伸出立杆之外的长度不得大于600mm，允许铺两块脚手板，但只允许靠立杆的一块脚手板有施工荷载（站人或放材料）；当遇有阳台、挑篷及其他突出墙面的构造，使内立杆距外墙面超出600mm时，应视操作的需要（即施工荷载的分布情况）采用挑支构造以扩宽作业层面。
图3.12 挑扩作业面（单位：mm）
（5）局部卸载构造。当搭设的脚手架立杆稳定性不能满足计算要求时，可采用局部卸载装置，将超出的部分荷载传给工程结构，以确保脚手架使用的安全。局部卸载构造的形式如图3.13所示。
3）里脚手架
里脚手架为室内作业架，依作业要求和场地条件搭设，常为“一”字形的分段脚手架，可采用双排架或单排架。装修作业架的铺板宽度不少于2块板或0.6m；砌筑作业架的铺板为3～4块，宽度应不小于0.9m。当作业层高大于2.0m时，应按高处作业规定，在架子外侧设防护栏杆；用于高大厂房和厅堂的高度不小于4.0m的里脚手架，应参照外脚手架的要求搭设。用于一般层高墙体的砌筑作业架，也应设置必要的抛撑，以确保架子稳定。单层抹灰脚手架的构架要求虽低于砌筑架，但也必须保证稳定、安全和满足操作的需要。砌筑用里脚手架的构架形式如图3.14所示。
图3.13 局部卸荷构造的形式
图3.14 砌筑用里脚手架的构架形式（单位：mm）
4）满堂脚手架
满堂脚手架是采用纵、横向不少于3排立杆，并与水平杆、水平剪刀撑、竖向剪刀撑、扣件等连接构成的脚手架，该架体顶部作业层施工荷载通过水平杆传递给立杆，顶部立杆呈偏心受压状态。满堂脚手架可用于天棚安装和装修作业，以及其他大面积的高处作业。其所受荷载除本身自重外，还有作业面上的施工荷载。满堂脚手架的一般构造形式如图3.15所示。
图3.15 满堂脚手架的一般构造形式
（1）满堂脚手架搭设高度不宜超过36m，其施工层不得超过一层。
（2）立杆接长接头必须采用对接扣件连接；水平杆长度不宜小于3跨。
（3）满堂脚手架应在架体外侧四周及内部纵、横向每隔6～8m由底至顶设置连续竖向剪刀撑。当架体搭设高度在8m以下时，应在架顶部设置连续水平剪刀撑；当架体搭设高度在8m及以上时，应在架体底部、顶部及竖向间隔不超过8m处分别设置连续水平剪刀撑。水平剪刀撑宜在竖向剪刀撑斜杆相交平面设置。剪刀撑宽度应为6～8m。
（4）剪刀撑应用旋转扣件固定在与之相交的水平杆或立杆上，旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于150mm。
（5）满堂脚手架的高宽比不宜大于3；当高宽比大于2时，应在架体的外侧四周和内部水平间隔6～9m、竖向间隔4～6m处设置连墙件与建筑结构拉结；当无法设置连墙件时，应采取设置钢丝绳张拉固定等措施。
（6）最少跨数为2、3跨的满堂脚手架，宜按规定设置连墙件。
（7）当满堂脚手架局部承受集中荷载时，应按实际荷载计算并应局部加固。
（8）满堂脚手架应设爬梯，爬梯踏步间距不得大于300mm。
（9）满堂脚手架操作层支撑脚手板的水平杆间距不应大于1/2跨距。
5）斜道
（1）人行并兼作材料运输的斜道，其形式宜按下列要求确定。
①高度不大于6m的脚手架，宜采用“一”字形斜道。
图3.16“之”字形人行斜道
②高度大于6m的脚手架，宜采用“之”字形人行斜道，如图3.16所示。
（2）斜道的构造应符合下列规定。
①斜道应附着外脚手架或建筑物设置。
②运料斜道宽度不应小于1.5m，坡度不应大于1:6；人行斜道宽度不应小于1m，坡度不应大于1:3。
③拐弯处应设置平台，其宽度不应小于斜道宽度。
④斜道两侧及平台外围均应设置栏杆及挡脚板，栏杆高度应为1.2m，挡脚板高度不应小于180mm。
⑤运料斜道两端、平台外围和端部均应按规定设置连墙件；每两步应加设水平斜杆；应按规定设置剪刀撑和横向斜撑。
3.地基和基础
立杆的地基和基础构造可按表3-2的要求处理。搭设在楼面上的脚手架，其立杆底端宜设底座或垫板，并根据立柱集中荷载进行楼面结构验算。
表3-2 立杆的地基和基础构造
4.搭设作业
搭设作业施工工艺流程如图3.17所示。
图3.17 搭设作业施工工艺流程
图3.17 搭设作业施工工艺流程（续）
3.1.3 碗扣式钢管脚手架
碗扣式钢管脚手架是一种采用碗扣方式连接的钢管脚手架，其采用带连接件的定型杆件，组装简便，具有比扣件式钢管脚手架更强的稳定承载能力，不仅可以组装各式脚手架，而且更适合构造各种支撑架，特别是重载支撑架。
碗扣式钢管脚手架采用每隔0.6m设一套碗扣接头的定型立杆和两端焊有接头的定型横杆，并实现了杆件系列的标准化。碗扣接头是该脚手架系统的核心部件，由上、下碗扣，横杆接头，上碗扣的限位销等组成，如图3.18所示。
碗扣式钢管脚手架具有如下性能特点。
图3.18 碗扣式脚手架和碗扣接头
（1）多功能。能根据具体施工要求，组成不同组架尺寸、形状和承载能力的单（双）排脚手架、支撑架、支撑柱、物料提升架、爬升脚手架、悬挑架等多种功能的施工装备，也可用于搭设施工棚、料棚、灯塔等构筑物，特别适合于搭设曲面脚手架和重载支撑架。
（2）高功效。整架拼拆速度比常规脚手架快3～5倍，快速省力，工人用一把铁锤即可完成全部作业，避免了螺栓操作带来的诸多不便。
（3）通用性强。主构件均采用普通的扣件式钢管脚手架的钢管，可用扣件同普通钢管连接，通用性强。
（4）承载力大。立杆连接是同轴心承插，横杆同立杆靠碗扣接头连接，接头具有可靠的抗弯、抗剪、抗扭力学性能；而且各杆件轴心线交于一点，节点在框架平面内。因此结构稳固可靠，承载力大。
（5）安全可靠。接头设计时，考虑到上碗扣螺旋摩擦力和自重力作用，使接头具有可靠的自锁能力。作用于横杆上的荷载通过下碗扣传递给立杆，下碗扣具有很强的抗剪能力（最大为199kN），上碗扣即使没被压紧，横杆接头也不致脱出而造成事故。同时配备有安全网支架、层间横杆、脚手板、挡脚板、架梯、挑梁、连墙撑等杆配件，使用安全可靠。
（6）易于加工。主构件采用φ48mm×3.5mm的Q235焊接钢管，制造工艺简单，成本适中，可直接对现有扣件式脚手架进行加工改造，不需要复杂的加工设备。
（7）不易丢失。该脚手架无零散易丢失扣件，可将构件丢失降低到最小程度。
（8）维修少。该脚手架构件消除了螺栓连接，构件经碰耐磕，一般锈蚀不影响拼拆作业，不需特殊养护、维修。
（9）便于管理。其构件系列标准化，容易堆放整齐，便于现场材料管理，满足文明施工要求。
（10）易于运输。该脚手架最长构件3130mm，最重构件40.53kg，便于搬运和运输。
3.1.4 附着式升降脚手架
附着式升降脚手架是一种搭设一定高度并附着于工程结构上，依靠自身的升降设备和装置，可随工程结构逐层爬升或下降，具有防倾覆、防坠落装置的外脚手架，如图3.19所示。由于它具有沿工程结构爬升（下降）的状态属性，因此也可称为“爬升脚手架”，或简称“爬架”。当建筑物的高度在80m以上时，其经济性较为显著。
图3.19 附着式升降脚手架
（1）附着式升降脚手架由竖向主框架、水平支撑桁架、架体构架、附着支承结构、防倾装置、防坠装置等组成。
（2）附着式升降脚手架结构构造的尺寸应符合下列规定。
①架体结构高度不应大于5倍楼层高。
②架体宽度不应大于1.2m。
③直线布置的架体支承跨度不应大于7m；折线或曲线布置的架体，相邻两主框架支承点处架体外侧距离不得大于5.4m。
④架体的水平悬挑长度不得大于2m，且不得大于跨度的1/2。
⑤架体全高与支承跨度的乘积不应大于110m2。
（3）附着式升降脚手架应在附着支承结构部位设置与架体高度相等、与墙面垂直的定型的竖向主框架，竖向主框架应采用桁架或刚架结构，其杆件连接的节点应采用焊接或螺栓连接，并应与水平支承桁架和架体构成有足够强度和支撑刚度的属于空间几何不变体系的稳定结构。竖向主框架结构构造应符合下列规定。
①竖向主框架可采用整体结构或分段对接式结构，结构形式应为竖向桁架式或门形刚架式等。各杆件的轴线应汇交于节点处，并应采用螺栓或焊接连接，如不交汇于一点，则必须进行附加弯矩验算。
②当架体升降采用中心吊时，在悬臂梁行程范围内竖向主框架内侧水平杆去掉部分的断面，应采取可靠的加固措施。
③主框架内侧应设有导轨。
④竖向主框架宜采用单片式主框架，如图3.20（a）所示；或采用空间桁架式主框架，如图3.20（b）所示。
（4）附着式升降脚手架应在每个竖向主框架处设置升降设备，升降设备应采用电动葫芦或电动液压设备，单跨升降时可采用手动葫芦，并应符合下列规定。
①升降设备必须与建筑结构和架体有可靠连接。
②固定电动升降动力设备的建筑结构应安全可靠。
③设置电动液压设备的架体部位，应有加强措施。
图3.20 竖向主框架的架体断面构造