結(jié)合案例分析建筑工程懸挑腳手架力學(xué)驗(yàn)算及施工措施

藍(lán)海龍

1 外部懸挑腳手架

1.1 懸挑腳手架搭設(shè)方法

一層頂至裙樓頂?shù)耐饽_手架的搭設(shè)方法及力學(xué)性能同落地式雙排扣件式鋼管腳手架。懸挑腳手架立桿縱向間距為1.4m，內(nèi)外立桿間距1m，內(nèi)立桿距墻面0.18m，大橫桿步距1.8m，中間設(shè)一道防護(hù)欄桿，高1.2m，小橫桿端部距墻面0.1m，腳手架底部設(shè)在懸挑鋼梁上，作業(yè)層滿鋪竹腳手板，立桿底部設(shè)縱橫向掃地桿。剪刀撐間距8根立桿及轉(zhuǎn)角處搭設(shè)，剪刀撐跨5個(gè)立桿，斜桿與地面成45～60°角。連墻件兩步三跨設(shè)置，且各層外圍框架柱處，均與柱子形成雙道拉結(jié)。

1.2 腳手架力學(xué)驗(yàn)算

1.2.1 腳手架計(jì)算

腳手架高度最高處24m。外側(cè)立面采用密目網(wǎng)全封閉。立桿縱距l(xiāng)a=1.4m，立桿橫距l(xiāng)b=1m，立桿步距h=1.8m，連墻件為二步三跨設(shè)置，腳手板為木腳板。立桿截面 A=4.89×102mm2，截面模量 W=5.08×103mm2，回轉(zhuǎn)半徑i=15.8mm，慣性矩 I=12.19×104mm4，檔風(fēng)系數(shù) ψ=0.77，基本風(fēng)壓值 ω0=0.6kN/m2，鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=205N/mm2，連墻件橫距l(xiāng)w=4.5m，連墻件縱距l(xiāng)h=1.8m，本腳手架只為裝修施工使用，所以荷載只考慮裝修荷載2kN/m2。腳手板荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.35kN/m2。

1.2.2 橫向水平桿抗彎強(qiáng)度及變形驗(yàn)算

抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：

圖1

所以，橫向水平桿抗彎強(qiáng)度滿足要求。

變形驗(yàn)算：

容許撓度[ν]=l/150=1000/150=6.7mm

按正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算：

1.2.3 縱向水平桿抗彎強(qiáng)度及變形驗(yàn)算

由橫向水平桿傳給縱向水平桿的集中力標(biāo)準(zhǔn)值：

驗(yàn)算抗彎強(qiáng)度：

圖2

變形驗(yàn)算：

1.2.4 驗(yàn)算扣件抗滑承載力

圖3

1.2.5 驗(yàn)算立桿穩(wěn)定性及相應(yīng)連墻件軸向力設(shè)計(jì)值

圖4 永久荷載簡(jiǎn)圖

圖5 可變荷載簡(jiǎn)圖

（1）施工荷載考慮三層的裝修荷載∑Qk=2×3=6kN/m2

計(jì)算位置取底層立桿底座處：

作業(yè)層傳給立桿的荷載：

①不組合風(fēng)荷載

Na

確定立桿長(zhǎng)細(xì)比及穩(wěn)定系數(shù)：

驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比

滿足要求

②組合風(fēng)荷載時(shí)對(duì)A桿的驗(yàn)算

計(jì)算風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值

立桿長(zhǎng)細(xì)比

（2）連墻件計(jì)算：取24m高處μz=1.6

所以要2個(gè)扣件才能滿足抗滑承載力要求

Nl/A=11×103/489=22.5N/mm2<205N/mm2滿足要求。

驗(yàn)算拉桿長(zhǎng)細(xì)比及穩(wěn)定：

1.3 懸挑工字鋼力學(xué)驗(yàn)算

1.3.1 技術(shù)保證措施

該腳手架采用企業(yè)工法：《高層建筑沿高度分段搭設(shè)、拆除工字鋼外懸挑工具式腳手架施工工法》中設(shè)置方式。

1.3.2 荷載統(tǒng)計(jì)

裝修施工按三層操作面考慮：2×3=6kN/m2；

腳手板按三層滿鋪：0.35×3=0.1kN/m2；

鋼管立桿承受自重：0.1248kN/m；

扣件自重：14.6N/個(gè)。

1.3.3 集中力

圖6 懸挑腳手架計(jì)算圖

F1（內(nèi)立桿荷載）=Na=14.6kN；

F2（外立桿荷載）=Nb=10.5kN；

F3（工字鋼自重）=205×10-3×1.8=0.37kN；

Mmax=F1×0.7+F2×1.7+F3×0.9=28.4kN·m。

1.3.4 選型

截面抵抗矩 WX=Mmax/f=28.4×106/215=132.1cm3；

選用熱軋普通工字鋼16號(hào)型鋼WX=140.9cm3；

截面慣性矩IX=1127cm4；

半截面面積矩SX=80.8cm3；

腹板厚度t=6.0mm；

彈性模量 E=2.1×104kN/cm3。

1.3.5 剪應(yīng)力計(jì)算

滿足要求

1.3.6 撓度計(jì)算

荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

2 外部懸挑腳手架搭設(shè)工藝

搭設(shè)施工：

（1）施工準(zhǔn)備

①對(duì)鋼管等各種材料進(jìn)行驗(yàn)收，不合格產(chǎn)品嚴(yán)禁使用。②檢驗(yàn)合格的構(gòu)配件應(yīng)按品種、規(guī)格分類堆放整齊。③清理、平整搭設(shè)場(chǎng)地。

（2）16號(hào)工字鋼懸挑鋼梁安放固定

首先采用雙φ18＠200“U”形鋼筋套箍割絲并用雙螺母穿樓板固定，埋設(shè)雙φ18＠200“U”形鋼筋套箍，待驗(yàn)收合格后，先將鋼梁安放就位，用木質(zhì)楔塊卡緊鋼梁，并將鋼梁與“U”形套箍之間用鋼件焊接在一起，鋼梁安裝必須保證其平整度，同一道鋼梁累計(jì)相對(duì)高度差不超過(guò)20mm，每根鋼梁內(nèi)外立桿落腳處的相對(duì)高差不超過(guò)5mm。在安裝懸挑梁時(shí)，角度和標(biāo)高的誤差利用鋼墊塊調(diào)整。鋼梁的懸挑長(zhǎng)度根據(jù)架體離結(jié)構(gòu)的距離確定，懸挑端距離頭部100mm及1050mm處各焊接外徑30mm鋼管、直徑25鋼筋一根，高度150mm，作為架體立桿的固定套管。在鋼梁與結(jié)構(gòu)承重部位的結(jié)合處預(yù)埋200mm×150mm的鋼板，防止鋼梁對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土的破壞，預(yù)埋件采用δ10mm鋼板。

（3）搭設(shè)

①進(jìn)行定位放線。

②縱向掃地桿距離工字鋼上皮不大于200mm處的立桿上，橫向掃地桿固定在緊靠縱向掃地桿下方的立桿上。

③立桿搭設(shè)：架體立桿插在懸挑鋼梁的焊接套管上，各層、各步接頭必須采用對(duì)接扣件連接。a.立桿上的對(duì)接扣件應(yīng)交錯(cuò)布置，兩根相鄰立桿的接頭不應(yīng)設(shè)置在同步內(nèi)，同步內(nèi)隔一根立桿的兩個(gè)相隔接頭在高度方向上錯(cuò)開(kāi)的距離不宜小于500mm，各接頭中心至節(jié)點(diǎn)的距離不宜大于步距的1/3。b.搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于1m，應(yīng)采用不少于2個(gè)扣件固定。端部扣件蓋板的邊緣至桿端部距離不應(yīng)小于100mm。

④縱向水平桿搭設(shè)：a.縱向水平桿設(shè)置在立桿內(nèi)側(cè)，其長(zhǎng)度不宜小于3跨。b.縱向水平桿接長(zhǎng)：對(duì)接扣件應(yīng)交錯(cuò)布置，兩根相鄰縱向水平桿的接頭不宜設(shè)置在同步或同跨內(nèi)，不同步或不同跨兩個(gè)相鄰接頭在水平方向錯(cuò)開(kāi)的距離不應(yīng)小于500mm，各接頭中心至最近主節(jié)點(diǎn)的距離不宜大于縱距的1/3。

橫向水平桿搭設(shè)：a.主節(jié)點(diǎn)處必須設(shè)置一根橫向水平桿，主節(jié)點(diǎn)處兩個(gè)直角扣件的中心距離不應(yīng)大于150mm。b.橫向水平桿兩端固定在縱向水平桿上方。

⑤連墻件設(shè)置：a.采用剛性連墻件，兩步三跨布置，遇到柱子每層兩道。b.連墻件應(yīng)靠近主節(jié)點(diǎn)，偏離主節(jié)點(diǎn)的距離不應(yīng)大于300mm。

⑥剪刀撐搭設(shè)：外側(cè)立面兩端各設(shè)置一道剪刀撐，并由底部到頂連續(xù)設(shè)置，中間連續(xù)設(shè)置剪刀撐，剪刀撐之間的凈距不大于15m，每道剪刀撐跨越五個(gè)立桿間距，斜桿與地面傾角為45～60°。a.剪刀撐斜桿的接長(zhǎng)采用搭接，搭接應(yīng)符合縱向水平桿的搭接要求。b.剪刀撐應(yīng)隨立桿、水平桿等同步搭設(shè)，各底層斜桿下端均必須支撐在墊塊或墊板上。

3 腳手架拆除

3.1 拆除準(zhǔn)備

①全面檢查腳手架是否符合構(gòu)造要求。②由工程技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行拆除安全技術(shù)交底。③清除雜物及障礙物。

3.2 拆除作業(yè)

①劃出工作區(qū)標(biāo)志，嚴(yán)禁非施工人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。②拆除順序：自上而下逐層進(jìn)行，嚴(yán)禁上下同時(shí)作業(yè)，后綁者先拆。③連墻件必須隨腳手架逐層拆除，分段拆除高度不應(yīng)大于2步。④材料、工具應(yīng)集中用塔吊運(yùn)送，嚴(yán)禁往地面拋扔。⑤拆卸后的各種構(gòu)件應(yīng)分類碼放整齊。

4 材料質(zhì)量要求

（1）工字鋼與現(xiàn)澆板連接螺栓的材質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行《普通碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件》中規(guī)定的Q235鋼制作。

（2）鋼管扣件式腳手架的鋼管為焊縫鋼管，外徑48mm，壁厚3.5mm，它們的力學(xué)性能均應(yīng)符合《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》，鋼管應(yīng)無(wú)裂縫，兩端面應(yīng)平整，嚴(yán)禁打孔。

（3）扣件應(yīng)采用可鍛鑄造扣件，機(jī)械性能不低于KTH330-08的可煅鑄鐵，重量及容許荷載均應(yīng)符合規(guī)范要求。扣件的形式有三種：旋轉(zhuǎn)扣件、十字扣件、對(duì)接扣件。

5 腳手架搭設(shè)質(zhì)量要求

（1）立桿垂直偏差：縱向偏差不大于H/200，且不大于100mm，橫向偏差不大于H/400，且不大于50mm。

（2）單根大橫桿水平偏差不大于20mm，小橫桿水平偏差不大于10mm。

（3）腳手架的步距、立桿橫距偏差不大于20mm，立桿縱距偏差不大于50mm。

（4）扣件連接時(shí)螺栓的松緊程度必須適度，緊固力矩宜為40～65N·m，螺栓根部要放正。

6 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用工程實(shí)例，對(duì)腳手架的設(shè)計(jì)及驗(yàn)算過(guò)程進(jìn)行了全面的介紹，包括搭設(shè)方式、荷載計(jì)算、桿件驗(yàn)算、結(jié)構(gòu)受力分析。腳手架是工人施工作業(yè)的重要場(chǎng)所，也是一個(gè)容易發(fā)生事故的區(qū)域，按規(guī)范對(duì)腳手架進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算是十分必要的。