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超高层建筑钢结构施工风险源识别与应对措施研究李超

发表时间：2020/7/14 来源：《基层建设》2020年第5期作者：李超黄书鑫马棚杜科成

[导读] 摘要：随着经济的快速发展，城市化进程持续推进，超高层钢结构建筑在我国发展迅猛。

        中建八局钢结构工程公司；华南分公司广东广州 510000
        摘要：随着经济的快速发展，城市化进程持续推进，超高层钢结构建筑在我国发展迅猛。与此同时，超高层建筑项目现场条件复杂、施工技术难等特征，也给建筑施工带来了更大的挑战，尤其是施工安全管理方面。依托海口富力首府D16地块项目，就超高层钢结构施工安全技术及措施展开研究，并提出合理的安全措施和注意事项。
        关键词：超高层；钢结构；施工安全
        前言
        随着城市化进程的推进及建筑技术的发展，越来越多的超高层建筑在世界各地拔地而起。它的出现，不仅满足了企业客户对高档写字楼的需求，还解决了城市黄金地段商业用地供求紧张的矛盾，极大地提升了土地的利用效率。从超高层的结构形式来说，无论建筑外形如何变化，但主流的超高层结构形式是核心筒+外框架钢结构形式。钢结构建筑具有质量轻、强度高、抗震性能好、能够合理布置功能区间、回收利用价值高以及综合造价低等优点。但是由于超高层建筑具有高度高、施工周期长、立体交叉作业多、施工难度大等特点，因而大量高空作业所带来的不安全因素是高层建筑施工安全技术必须充分考虑和解决的。而钢结构行业因其具有高处作业多、起重吊装多、带电作业多、动火作业多的特点，又使其成为高危行业中的高风险作业，其安全管理难度可想而知，因此超高层建筑的施工安全问题在建筑业受到广泛关注。
        国内外对超高层施工安全的研究已有一定进展。赵卫强[1]结合工程项目，展开超高层钢结构巨型钢柱施工安全技术及措施的研究，并提出合理的安全措施和注意事项。高成子、杜志虎等[2,3]以钢结构安全防护措施为研究对象，并进行优化创新，提高了现场安全防护的水平，推进了标准化防护措施推广应用。许进、彭福汉、袁金虎[4-6]从钢结构施工安全管理及防护措施方面归纳总结了相关的问题，并提出应对措施。彭鹏[7]结合实地调研和专家访谈，系统地识别了超高层建筑施工过程中的重点风险源以及引发相关事故的主要因素和应对措施。
        通过以上研究可以看出，加强管理监督和应用标准化防护在项目施工过程中已经取得了不错效果，本文着力于识别超高层钢结构施工风险源并列出清晰的框架，给施工管理者提供施工全过程的安全风险管理视角。简要阐述分析应对各风险源的安全管理措施，有助于现场进行针对性管理，降低事故发生概率，减轻事故后果。
        1 工程概况
        项目包括办公1#楼（31 层）、住宅2#楼（56 层）、住宅3#楼（38 层）、住宅4#楼（28 层）、商业2-1#、3-1#楼（2 层裙楼）、幼儿园6#楼（3 层）。其中，1#楼建筑高度151.7m，2#楼建筑高度204m，结构均采用混合框架+钢骨混凝土核心筒；3#楼建筑高度132m，为钢筋混凝土剪力墙结构；4#楼建筑高度88.2m，为钢筋混凝土剪力墙结构；6#楼为幼儿园，建筑高度12.3m，采用钢框架结构。整个工程总用地面积29023㎡，总建筑面231823.167㎡，地上计容建筑面积156723.44㎡，地上不计容面积7599.73㎡，地下建筑面积67500㎡。
        2 施工安全风险源及难点分析
        超高层钢结构工程，体量大、科技含量高、设计标准高、工种繁多、管理困难、施工难度大。本项目施工安全技术难点分析如下：
        （1）外框柱截面大、体量重、安装校正难度大；
        （2）高空作业若没有可靠的操作平台，作业人员无安全防护，易发生高处坠落事故；
        （3）焊接量大、作业面多，防护措施不到位易发生火灾、烫伤等事故；
        （4）交叉作业多，工作废料或防护不到位易发生坠物伤人；
        （5）用电设备多、用电量大，作业环境暴露，检查不到位或不及时易发生用电事故；
        通过以上分析可以看出，超高层建筑钢结构施工较为常见的事故类型主要有：1、高处坠落；2、物体打击；3、火灾；4、触电事故。
        3 危险因素及安全管控重点、难点分析
        3.1 危险因素分析
        鱼骨图是一种发现问题“根本原因”的方法，它也可以称之为“Ishikawa”或者“因果图”。其特点是简捷实用，深入直观，它是一种透过现象看本质的分析方法。问题的特性总是受到一些因素的影响，我们通过头脑风暴法找出这些因素，并将它们与特性值一起，按相互关联性整理而成的层次分明、条理清楚，并标出重要因素。如图1所示，问题或缺陷（即后果）标在“鱼头”处。在鱼骨上长出鱼刺，上面按出现机会多寡列出产生问题的可能原因，有助于说明各个原因之间是如何相互影响的。

        图1 事故诱因鱼骨图
         超高层钢结构施工常见的事故类型主要有：（1）物体打击；（2）高处坠落；（3）触电；（4）火灾。从事故诱因鱼骨图1分析可知：事故诱因主要集中在人和物的安全管理上，
        3.2 安全管控难点分析
        钢结构施工具有高处作业多、起重吊装多、带电作业多、动火作业多的特点。在施工过程中，无论是安装、吊装、较正、焊接、打磨、切割、油漆、铺板、栓钉等均存在大量危险源，且在有限工作空间内不同工作之间交叉作业频繁，若安全管理或技术交底不到位，人的不安全行为或物的不安全状态频发，现场失控则容易酿成事故。
        因此，安全管理工作尤为重要，其难点和重点主要集中在人和物上。首先，对作业人员定期教育和培训，包括入场教育、早班会、月度教育、节假日教育、利用阴雨天间歇期进行安全视频教育等，持续灌输安全理念，帮助工人养成良好的安全意识，规范其操作行为。其次，现场针对性的巡查监督，对危险工程要旁站监督，确保工人遵守安全操作规程。同时，保证施工物料的质量，不满足使用要求的及时淘汰更新，例如安全带、安全帽、钢丝绳、电缆线等。合理制定施工工序以及设备设施入场、资料验收、使用、安装验收等规程。

        图2 操作平台整体效果图
        4 钢结构施工安全技术
        针对上述的高处坠落、物体打击、火灾、触电等危险因素以及人与物的安全管控难点，将从操作平台、走道平台、钢爬梯、生命线、接火措施、用电管理以及安全文明措施几方面提出超高层钢结构施工安全技术措施方案。
        4.1定型操作平台
        本操作平台适用于边长1200mm～1800mm 的矩形柱以及外径1200mm～1800mm的圆管柱，平台由角底板、直角板、调节滑板、护栏组成。该操作平台可以提供一个相对密闭且安全稳定的施工作业空间，防坠防火性能好，平台的效果图如图二所示。
        4.1.1操作平台的安装与使用要求
        （1）操作平台的安装
        1）操作平台应在地面完成拼装焊接，保证焊接质量牢固可靠，每个平台做好编号与钢柱一一对应。
        2）在平台安装前，钢柱外侧四周需要有支撑，提前焊接L50*5的角钢，水平角钢下方并用L50*5角钢进行斜支撑焊接或用铁板（板厚不小于16mm，宽90mm）焊接在钢柱无钢梁的侧面，平台支撑悬挑长度不小于700mm，焊缝为双面焊，角焊缝不小于6mm，确保钢柱四面皆有支撑，不允许有一侧悬空，防止平台侧翻发生坠落事故。
        3）安装吊装时使用一条溜绳，安装定位过程需缓慢进行。
        4）吊装完成后将垫板和抱杆（二次保险）用螺栓固定好，使平台闭合。
        （2）操作平台的拆卸
        1）将平台内部杂物散件清理干净，用于校正的夹板使用钢筋固定，保证无活动物件。
        2）检查吊耳是否出现裂纹，将钢丝绳与四个吊耳连接牢靠。
        3）拆除垫板和抱杆，并用铁丝固定在平台内部，最后应缓慢起吊，避免平台与钢柱或生命线发生剐蹭。
        （3）操作平台的维护与保养
        1）平台每转运一次，必须组织安全、技术、生产等部门进行验收。
        2）验收过程对操作平台的表面外观进行检查，如发现变形应及时矫正。
        3）操作平台表面出现油污剐蹭和锈迹及时清理干净并补涂油漆。
        4）禁止在操作平台内堆放大量连接板等较重物件，防止平台变形。
        4.2钢制走道平台
        钢制走道平台主要用于设置楼层内环形通道以供人员、小型机具转移。组装通道单元长度以 3m 为宜,宽度以800mm为宜，横向受力横杆间距不宜大于1m，通道长度可根据钢梁间距做小幅调整，但不应超过4m。防护栏杆立杆间距600mm，扶手栏杆距离通道面垂直距离950m，走道上方需满铺跳板并固定，平台的效果图如图三所示。

        图3 走道平台整体效果图
        4.2.1走道平台的安装与使用要求
        （1）走道平台的安装
        1）走道平台应在地面完成拼装焊接，保证焊接质量牢固可靠，刷好红白相间的油漆，防止平台锈蚀。
        2）平台安装时，两端要尽量搭接在钢梁上，并用螺栓固定。无法在钢梁上搭接处，应选用厚度不小于12mm的铁板进行焊接搭接加固，做二次保险。
        3）走道安装过程中，下方须拉设警戒线，不允许有人员在下方及周围活动。
        4）平台未闭合之前，遗留下的临边空档口应拉设警示带封闭，防止人员坠落。
        （2）走道平台的拆卸
        1）将平台上杂物清理干净，拆除连接螺栓并统一收好。
        2）检查吊耳是否出现裂纹，将钢丝绳与四个吊耳连接牢靠。
        3）最后应缓慢起吊，避免平台与钢梁发生剐蹭。
        （3）走道平台的维护与保养
        1）平台每转运一次，必须组织安全、技术、生产等部门进行验收。
        2）验收过程对操作平台的表面外观进行检查，如发现变形应及时矫正。
        3）走道平台表面出现油污剐蹭和锈迹及时清理干净并补涂油漆。
        4）禁止在走道平台内堆放杂物，防止坠落伤人。
        4.3登高挂梯
        登高挂梯用于钢柱吊装、校正过程中施工人员登高之用。此挂梯为可组装型登高挂梯，可做防坠器垂直登高挂梯使用，也可做护笼式登高挂梯使用。制作完成后，应及时进行除锈，梯梁喷涂红白相间防腐油漆，每段油漆长度以300mm为宜。
        4.3.1登高挂梯安装与使用要求
        （1）每副挂梯应设置不少于两道支撑，挂梯与钢柱之间的间距不宜小于200mm，挂梯顶部挂件应挂靠在牢固的位置并保持稳固。
        （2）挂梯受力部位必须使用圆钢，不得用螺纹钢代替。
        （3）挂梯应配备尼龙绳和防坠器，作业人员上下爬梯安全带必须挂在防坠器上使用，挂梯下部用尼龙绳固定好，防止爬梯晃动。
        （4）作业人员登高必须通过钢挂梯上下，攀爬过程中应面向爬梯，手中不得持物，严禁嬉戏打闹。
        4.4安全绳
        安全绳分别外框柱单道安全绳、楼承板安全绳和立杆式双道安全绳，分别用于外框柱临边作业防护、铺楼承板临边洞口防护和工字型钢梁的临边防护。
        4.4.1外框柱安全绳安装与使用要求
        1）钢丝绳的直径应不低于9mm，拉设高度不低于1.2m，钢丝绳外观完好无明显缺陷、锈蚀。
        2）钢柱吊装前在地面焊接好安全绳的固定耳板，焊缝饱满且为双面焊。
        3）钢梁安装前安全绳应拉设到位，高度足够保证安全绳张紧无下垂。
        4）安全绳搭接处固定绳卡不少于三个，且绳卡方向一致。
        4.4.2楼承板安全绳安装与使用要求
        1）钢丝绳的直径应不低于9mm，钢丝绳外观完好无明显缺陷、锈蚀。
        2）楼承板安装前在上方拉设两道安全绳，中间和靠近核心筒一侧各一道，满足铺板和安装沉降区工作需要，达到施工区域的全覆盖。
        3）安全绳拉设高度不低于1.2m，中间挠度较大处与上方钢梁连接。
        4）安全绳固定绳卡不少于三个，且绳卡方向一致。
        4.4.3立杆式安全绳安装与使用要求
        1）钢丝绳直径不应小于 9mm，上、下两道钢丝绳距离梁面分别为1200mm及600mm。
        2）立杆间距根据钢梁长度合理布置，满足施工安全需要，且立杆间距最大跨度L不应大于8m。
        3）钢丝绳两端分别用 Dr=9mm的绳卡固定，绳卡数量不得少于3个，绳卡间距保持在100mm为宜，最后一个绳卡距绳头的长度不得小于140mm。
        4）钢梁立杆式双道安全绳应在钢梁吊装前安装就位。
        4.5接火措施
        在钢结构施工过程中，动火作业主要为气割、焊接、打栓钉等。钢梁上的动火作业主要采用传统的挂篮式接火斗，钢柱焊接由于在平台内操作，平台能很好地进行焊接防火防护。
        以上动火作业虽然采取一定的防护措施，仍然不可避免部分火花掉落到地面，尤其是气割作业会产生较大火花。因此，地面应配备一名兼职动火监护人员，及时清理地面可燃物，并对危险部位定点监护。
        4.6安全文明施工
        安全施工是钢结构生产工作的重中之重，要做到安全施工并不容易，首先要转变工人怕麻烦、贪图省事、不重视安全的麻痹思想，减少人的不安全行为。其次，要加强管理，应成立安全监督小组，定期进行巡查，及时发现问题、解决问题，保证物的质量并使其处于安全状态。同时，定期对员工进行安全教育，树立“安全第一”的思想，规范其行为，养成良好的作业习惯。在此基础上，项目部必须不惜花大量的人力、物力、财力来确保工程各个环节处于安全状态，从主观和客观上进行全面防护。
        5 结束语
        基于现有研究并结合实际工作经验，分析归纳了超高层钢结构施工中常见的事故类型，即高处坠落、物体打击、火灾、触电，进而从资料和现场情况分析可能引发安全事故的各类危险因素，并提出针对各风险因素的技术管理措施。本文所做的研究工作可以为同类型建筑安全施工提供参考。
        参考文献
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