高層建筑型鋼懸挑腳手架的設(shè)計(jì)與施工

肖 成 安

(湖南華雁建設(shè)有限公司，湖南 衡陽 421001)

高層建筑型鋼懸挑腳手架的設(shè)計(jì)與施工

肖 成 安

(湖南華雁建設(shè)有限公司，湖南 衡陽 421001)

以某框架結(jié)構(gòu)工程為背景，對型鋼懸挑腳手架的布置及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了介紹，并對型鋼懸挑腳手架的計(jì)算過程進(jìn)行了說明，提出了針對懸挑腳手架施工的措施，為其在工程中的應(yīng)用提供了參考。

高層建筑，型鋼，懸挑腳手架

某工程為框剪結(jié)構(gòu)；A棟地上29層，地下1層；1層，2層層高為5.0 m，其他標(biāo)準(zhǔn)層均為3 m。B棟地上30層，地下1層；首層層高為5.2 m，其他標(biāo)準(zhǔn)層均為3 m，兩棟總建筑面積約為3萬m2。在保證腳手架使用期內(nèi)的安全性、耐久性以及經(jīng)濟(jì)性的前提下，使其構(gòu)造簡便，受力明確，易于裝拆、檢查及驗(yàn)收。結(jié)合本工程的實(shí)際情況，并綜合考慮以往的施工經(jīng)驗(yàn)，決定采用型鋼懸挑腳手架。

1 材料選擇

腳手架采用符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]，強(qiáng)度等級為Q235-A的鋼管。管材表面平直光滑，要有出廠合格證，無裂紋、硬彎和劃道等。使用前必須對抗彎、抗拉等力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢測，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求方可使用。與鋼管匹配的扣件不得有缺陷，如裂紋、砂眼、氣孔、縮松等，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[2]的要求。扣件的活動部位要靈活，鋼管與扣件的貼合面應(yīng)平整。同時，加在螺栓上的擰緊力矩達(dá)65 N·m時仍不會發(fā)生破壞。型鋼采用Q235鋼，其材質(zhì)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 700普通碳素結(jié)構(gòu)技術(shù)條件的規(guī)定。其他材料均需符合國家有關(guān)要求。

2 型鋼懸挑腳手架布置及相關(guān)參數(shù)

腳手架采用φ48×3.0鋼管雙排架。懸挑型鋼采用16號工字鋼，懸挑長度為1.2 m，錨固長度為1.8 m，其間距與腳手架立桿的間距一致。立桿縱距為 1.5 m，橫距為0.9 m，步距為1.5 m。連墻桿的豎向間距 3.0 m，水平間距3.0 m。腳手板只能2層同時施工使用，施工的有效平均荷載按3.0 kN/m2考慮，按0.350 kN/m2計(jì)算腳手板自重標(biāo)準(zhǔn)值，按0.140 kN/m計(jì)算欄桿擋腳板自重標(biāo)準(zhǔn)值；按0.005 kN/m2考慮安全網(wǎng)等設(shè)施的自重標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)風(fēng)荷載規(guī)范按0.25 kN/m2計(jì)算本地基本風(fēng)壓值，計(jì)算連墻件強(qiáng)度時風(fēng)載高度變化系數(shù)μz按2.034進(jìn)行，計(jì)算立桿穩(wěn)定性時風(fēng)載高度變化系數(shù)μz按1.878進(jìn)行，μs即風(fēng)荷載體型系數(shù)按1.242考慮。

3 型鋼懸挑腳手架計(jì)算

懸挑形式如圖1所示，按每次懸挑6層考慮搭設(shè)高度，那么計(jì)算高度為19.5 m。

3.1 小橫桿分析

根據(jù)大小橫桿布置的關(guān)系，按簡支梁對小橫桿進(jìn)行強(qiáng)度和撓度驗(yàn)算。自重標(biāo)準(zhǔn)值分別取小橫桿P1=0.033 kN/m，腳手板P2=0.175 kN/m計(jì)，活荷載Q=1.5 kN/m，則：

荷載設(shè)計(jì)值q=1.2×(0.033+0.175)+1.4×1.5=2.35 kN/m。

1)強(qiáng)度計(jì)算。Mqmax=ql2/8=2.35×0.92/8=0.238 kN·m；σ=Mqmax/W=52.992 N/mm2；σ=52.992 N/mm2<[f]=205 N/mm2，滿足要求。

2)撓度計(jì)算。撓度計(jì)算采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值，q=1.71 kN/m；由均布荷載下的撓度計(jì)算公式c=5ql4/384EI得：νqmax=0.66 mm<[ν]=900/150=6<10 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 大橫桿分析

大橫桿的計(jì)算簡圖如圖2所示。由圖可知，自重標(biāo)準(zhǔn)值P1=0.033×0.9=0.03 kN，P2=0.35×0.9×0.5=0.158 kN，活載Q=3×0.9×0.5=1.35 kN，因此，設(shè)計(jì)值P=0.5×[1.2×(0.03+0.158)+1.4×1.35]=1.06 kN。

1)強(qiáng)度驗(yàn)算。由均布荷載產(chǎn)生的最大彎矩由公式M=0.08ql2得，M1max=0.006 kN·m；由集中荷載產(chǎn)生的最大彎矩由公式M=0.267Pl得，M2max=0.424 kN·m；最大彎矩M=M1max+M2max=0.006+0.424=0.43 kN·m，因此，σmax=0.43×106/4 490=95.66 N/mm2<[f]=205 N/mm2，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2)撓度驗(yàn)算。由小橫桿產(chǎn)生的集中荷載P=0.5×(0.03+0.158+1.35)=0.77 kN，故，集中荷載引起的最大撓度νpmax=1.883Pl3/100EI=2.2 mm；

同理可得，均布荷載引起的最大撓度νmax=0.051 mm；

因此，ν=νmax+νpmax=2.251 mm<[ν]=1 500/150=10；滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 腳手架立桿分析

作用于腳手架的靜荷載有：1)立桿自重NG1=3.1 kN；2)腳手板自重(竹板標(biāo)準(zhǔn)值為0.35 kN/m2)NG2=0.35×4×1.5×(0.9+0.2)/2=1.155 kN；3)欄桿與擋板自重(竹片標(biāo)準(zhǔn)值為0.14 kN/m)NG3=0.14×4×1.5/2=0.42 kN；4)安全網(wǎng)等安全設(shè)施NG4=0.005×1.5×19.5=0.146 kN。

因此，靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值NG=NG1+NG2+NG3+NG4=4.83 kN；

立桿計(jì)算時，取縱距寬度施工荷載總和的一半計(jì)算，得NQ=4.05 kN；立桿的軸向壓力設(shè)計(jì)值，考慮風(fēng)載時,N=1.2NG+0.85×1.4NQ=10.6 kN；

不考慮風(fēng)載時，N′=1.2NG+1.4NQ=11.5 kN；

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Wk=μz·μs·ω0=0.25×1.878×1.242=0.57 kN/m2。

其中，ω0為基本風(fēng)壓，kN/m2；μz為風(fēng)荷載高度變化系數(shù)，取值為1.878；μs為風(fēng)荷載體型系數(shù)，取值為1.242；

風(fēng)載引起的彎矩由公式M=0.9×1.4WkLah2/10，得Mw=0.23 kN·m；

立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑：i=1.59 cm，凈截面面積A=4.24 cm2，凈截面模量W=4.49 cm3；

計(jì)算長度附加系數(shù)[3]k=1.155,計(jì)算長度系數(shù)μ=1.5，因此，長細(xì)比l0/i=kuh/i=163 ；查表得，穩(wěn)定系數(shù)φ=0.265。

因此，立桿的穩(wěn)定性如下：

考慮風(fēng)荷載時，σ=N/(φA)+MW/W=145.6 N/mm2<[f]=205 N/mm2，滿足設(shè)計(jì)要求。

不考慮風(fēng)荷載時，σ=N/(φA)=102.0 N/mm2<[f]=205 N/mm2，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 型鋼懸挑梁計(jì)算

懸挑型鋼梁按照帶懸臂的單跨梁計(jì)算，其中，型鋼截面慣性矩I=1 130 cm4，截面模量W=141 cm3。如圖3所示，A為墻支點(diǎn)，B為型鋼梁與樓板的錨固點(diǎn)，懸挑部分受腳手架荷載N的作用。集中荷載N=1.2NG+1.4NQ=1.2×4.829+1.4×4.05=11.465 kN，自重q=2.61×10-3×78.5=0.205 kN/m。經(jīng)計(jì)算得：

支座反力RA=N(2+k2+k1)+ql(1+k2)/2，RB=-N(k2+k1)+ql(1-k2)/2，支座彎矩MA=-[N(m1+m2)+qm2/2]懸挑端的最大撓度為：

其中，k=m/l=1.2/1.8=0.667，k1=m1/l=0.2/1.8=0.111，k2=m2/l=1.1/1.8=0.611。

因此，RA=31.477kN，RB=-8.178kN，MA=15.052kN·m，σmax=15 052 006.8/(1.05×141 000)=101.668N/mm2<[σ]=215N/mm2，符合設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)規(guī)定[4]，懸臂梁的跨度按外伸長度的兩倍計(jì)算，即2×1 200=2 400mm，νmax=5.8mm<[ν]=2 400/250=9.6mm,符合

設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φb，懸挑梁的整體穩(wěn)定性按公式σ=M/φbWx計(jì)算。

查表得：φb=2>0.6，根據(jù)規(guī)定[4]換算得，φb=0.93。

因此，σ=15.052×106/(0.93×141 000)=114.91N/mm2<[f]=215N/mm2；

整體穩(wěn)定滿足要求。

3.5 扣件抗滑分析

由前述可知P1=0.03kN，P2=0.05kN，P3=0.236kN，Q=2.025kN，因此，荷載設(shè)計(jì)值R=1.2×(0.03+0.05+0.236)+1.4×2.025=3.214kN。

根據(jù)規(guī)范[3]規(guī)定，直角、旋轉(zhuǎn)單扣件承載力Rc=8.00kN>R=3.2kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.6 連墻件的計(jì)算

連墻件風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按腳手架頂部高度計(jì)算：

Wk=μz·μs·ω0=2.034×1.242×0.25=0.619kN/m2；

其中，μz=2.034，μs=1.242，ω0=0.25。

由風(fēng)引起的在連墻件產(chǎn)生的軸向力設(shè)計(jì)值Nlw=1.4×Wk×Aw=7.798kN，其中，Aw為連墻件受荷的迎風(fēng)面積，取 9m2。根據(jù)規(guī)范[3]，連墻件約束腳手架平面外變形所產(chǎn)生的軸向力N0=3.0kN；因此，連墻件的軸向力設(shè)計(jì)值Nl=Nlw+N0=12.8kN；

連墻件允許承載力設(shè)計(jì)值Nf=φ·A·[f]=0.966×4.24×10-4×205×103=83.97kN；

其中，φ為軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)；l為內(nèi)排架距離墻的長度。

長細(xì)比l/i=200/15.9，查表得φ=0.966；

A=4.24cm2；[f]=205N/mm2；

Nl=12.798

4 懸挑腳手架施工相關(guān)措施

除了設(shè)計(jì)計(jì)算外，以下措施亦十分重要：1)立桿必須采用對接接頭，并且接頭位置交錯，避免相鄰立桿接頭在同步同跨內(nèi)，高度方向錯開50cm以上；2)腳手架兩端必須各設(shè)置一道剪刀撐，所有各相鄰剪刀撐間距在15m以內(nèi)；3)剪刀撐接長時其搭接長度應(yīng)大于1m，并用2個以上旋轉(zhuǎn)扣件固定；4)在主樓外架四角立桿之上設(shè)置避雷針，與橫桿聯(lián)通，形成避雷網(wǎng)，接地電阻不大于10Ω；5)腳手板集中堆料不得超重，施工荷載不得大于2.5kN/m2；6)不允許多層同時進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工；裝修時，不得同時超過兩層；各層之間設(shè)置防護(hù)欄。

[1] GB/T 3091-2008，低壓流體焊接鋼管國家標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] GB 15831-2006，鋼管腳手扣件標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] JGJ 130-2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[4] GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] GB 50010-2011，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

The design and construction of type steel overhanging scaffold in high-rise building

XIAO Cheng-an

(HunanHuayanConstructionLimitedCompany,Hengyang421001,China)

Taking a shear structure project as the background, this paper introduced the layout and related parameters of type steel overhanging scaffold, and described the calculation process of type steel overhanging scaffold, put forward measures according to the overhanging scaffold construction, provided reference for its application in engineering.

high-rise building, type steel, overhanging scaffold

1009-6825(2014)11-0118-02

2014-01-22

肖成安(1972- )，男，博士，高級工程師

TU731.2

A