淺談斜拉式懸挑外腳手架設計.doc

淺談斜拉式懸挑外腳手架設計 沈 偉 （浙江省嘉興市建筑業(yè)管理處） 李錦燕 （浙江省嘉興市巨匠建設有限公司）引言高層建筑施工，外腳手架為施工中的一大難點，一般都需采用懸挑外腳手架。懸挑外腳手架施工難度較大，對設計計算要求較高，按其受力型式分為斜撐式、懸臂式、斜拉式、及以上幾種的復合式等。其中斜拉式懸挑外腳手架能發(fā)揮材料的力學性能，較為經(jīng)濟合理，但施工難度較大。我們施工的某綜合樓工程采用斜拉式懸挑外腳手架，現(xiàn)已竣工，下面簡單介紹一下，供大家互相交流。關鍵詞懸挑，斜拉式，外腳手架，設計，搭設一、工程概況某綜合樓工程總建筑面積69300 M2，分ABCDEF六個區(qū)，C區(qū)主樓地下二層，地面二十八層，總高近百米；AB區(qū)裙房地下一層，地面四層；DEF區(qū)無地下室，地面四層；是一座集商貿(mào)、娛樂、服務為一體的大型綜合廣場。二、腳手架方案選型因工程有地下室，其外腳手架很難等回填土完成后再施工；如果直接由基底向上搭設腳手架則后道工序土方回填時無法拆除腳手架,造成施工困難。經(jīng)反復研究及討論，決定：、ABC區(qū)采用懸挑腳手架，自二層樓面開始懸挑向上搭設，立桿橫距1.0 m縱距1.5 m以內(nèi)，步距1.8 m。裙房僅一段懸挑，主樓分五段懸挑，用12槽鋼及12.5鋼絲繩（619）和M20花籃螺栓組成的拉索懸挑。、DEF采用雙排鋼管扣件落地式腳手架，立桿橫距1.0 m，縱距1.8 m以內(nèi)，步距1.8 m,搭設按常規(guī)要求。采用此方案，一方面解決了地下室深基坑回填與腳手架搭設之間的矛盾；另一方面，也提供了較多的施工場地，解決了施工場地狹窄這一難題。三、主樓C區(qū)懸挑外腳手架計算書（節(jié)選）1、腳手架基本參數(shù)：腳手架總高約98 m，底層架子待裝修時由地面搭設，以上全部采用懸挑，共分五層，分別為二層樓面（5.900 m）、六層樓面（22.950 m）、十二層樓面（42.450 m）、十八層樓面（61.950 m）、二十四層樓面（81.450 m）。腳手架步距1.8 m，縱距1.5 m，橫距1.0 m。2、荷載計算： 按照JGJ 130-2001建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范（以下簡稱規(guī)范）要求，按最不利情況計算。內(nèi)側(cè)隔步加設防護欄桿及內(nèi)封閉，最大搭設高度11步（19.8 m），腳片層層滿鋪，外掛密目式安全網(wǎng)，荷載計算如下：、外立桿恒載標準值：立桿鋼管 1.838.469.12 N大橫桿 1.5238.4115.2 N小橫桿 0.6538.424.96 N欄桿及踢腳桿 1.5238.4115.2 N剪刀撐 1.51.414238.4/5 32.58 N（折算至每步每跨）直角扣件 513.266 N對接扣件 （41.51.8）/518.428.70 N（鋼管統(tǒng)一按5 m長折算）回轉(zhuǎn)扣件 2/514.65.84 N（剪刀撐用，折算至每步每跨）竹笆腳片 1.50.54533.75 N（自重參考建筑安全2002年第5期）安全網(wǎng) 1.51.825.4 N（自重參考建筑安全2002年第5期） 外立桿每步恒載合計： 496.75 N 外立桿恒載合計： NGK外496.75 N115464 N5.464 KN、內(nèi)立桿恒載標準值：（內(nèi)欄桿、踢腳桿及內(nèi)封閉按隔步設置計）立桿鋼管 1.838.469.12 N大橫桿 1.5238.4115.2 N小橫桿 0.8538.432.64 N欄桿及踢腳桿 1.5238.4/257.6 N（按隔步設置計）內(nèi)封閉大橫桿 1.538.4/228.8 N（按隔步設置計）直角扣件 （32/2+1/2）13.259.4 N對接扣件 （3.51.51.8）/518.425.94 N（鋼管統(tǒng)一按5 m長折算）竹笆腳片 （0.50.35/2）4530.38 N（內(nèi)封閉按隔步設置計） 內(nèi)立桿每步恒載合計： 419.08 N內(nèi)立桿恒載合計： NGK內(nèi)419.08 N114610 N4.610 KN、內(nèi)、外立桿活載標準值（按粉飾施工荷載2.0 KN/，同時施工兩層計）: NQK0.51.5223.0 KN、荷載設計值： 外立桿：N外1.25.4641.43.010.76 KN 內(nèi)立桿：N內(nèi)1.24.6101.43.09.73 KN3、挑腳手架設計計算: 、大橫桿抗彎計算及小橫桿抗彎計算略。、立桿穩(wěn)定性計算，取底步外立桿（因外立桿受力較大，且需考慮風荷載）,連墻件按二步二跨設置：An59802（取值參考建筑安全2002年第4期） Aw100002（取值參考建筑安全2002年第4期） 1.2 An /Aw0.72（規(guī)范表4.2.4注2） s1.30.936 （規(guī)范表4.2.4）z2.02（GBJ 9建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范B類地區(qū)，90 m高度）o0.45 KN/（GBJ 9建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范嘉興地區(qū)）k0.7szo0.70.9362.020.450.60 KN/Mw0.851.4 Mwk0.851.4kLAh2/100.851.40.601.51.82/100.35 KNmMW/W0.35106/(5.08103)68.90 MPa連墻件按二步二跨設置，查規(guī)范表5.3.3得1.5 k1.155 h1.8mLokh1.1551.51.83.12m工程采用48腳手鋼管，查規(guī)范附錄表B得i1.58 A4.892 L0/i3.12102/1.58197.47查規(guī)范附錄表C得:0.185N外/(A) 10.76103/(0.1854.89102)118.94 MPaN外/(A)MW/W 118.9468.90187.84 MpAf205 MPa立桿穩(wěn)定性滿足要求。、按穩(wěn)定性計算腳手架最大搭設高度（考慮風荷載,取外立桿）：因地區(qū)規(guī)定，標化工地每步均須鋪設腳手片，故與規(guī)范中的受力情況有所不同，NG2K每步均有，可并入gk考慮，其中gk NGK外/（111.8）5.464/（111.8）0.276 KN/m故公式（5.3.6-2）：1.2HsgkAf1.2NG2K0.851.4(NQKAMWk/W)可改為：1.2HsgkAf0.851.4(NQKAMWk/W)HsAf（0.851.4NQK0.851.4AMWk/W）/1.2gk0.851.4 MWk/WMW/W68.90 MPaHs0.185489205(0.851.43.010000.18548968.90)/(1.20.2761000) 26.40 mHHs/（10.001Hs）26.40/（10.00126.40）25.72 m即腳手架最大搭設高度為25.72 m，本工程搭設高度為19.8 m，滿足要求。、連墻件計算（每二步二跨設一連墻件，以100m高度處進行計算），采用20鋼筋埋入混凝土內(nèi)，鋼管上鉆22孔銷接，鋼管與兩根立桿用扣件連接： A、受力情況計算： An5980 2 Aw10000 2 1.2 An /Aw0.72s1.30.936 z2.09(B類地區(qū)，100 m高度)o0.45 KN/K0.7szo0.616 KN/Nlw1.4K Aw1.40.6163.63.09.31 KNNo5 KNNl NlwNo9.31514.31 KN B、扣件抗滑移驗算：采用兩個扣件與立桿相連，Rc8216 KN14.31 KN,滿足要求。C、連接鋼筋抗剪驗算：Nl/A14.31103/(3.14202/4)45.57 MPafv120 MPa連接鋼筋滿足要求。D、鋼管凈截面強度驗算：Nl/（A-2dt）14.31103/(4892223.5)42.72 MPaf205 MPa鋼管強度滿足要求。、外挑結(jié)構(gòu)驗算：受力簡圖如圖，采用12槽鋼作鋼梁，12.5鋼絲繩（619）作吊桿，樓層層高3.25m，吊桿與鋼梁夾角為23.305。A、 槽鋼抗彎驗算(按簡支梁計算)：N外10.76 KN N內(nèi)9.73 KNMmAx(9.730.4/1.4)1.02.78 KNm選用12槽鋼，Wx61.73MmAx/Wx2.78106/(61.7103)45.06 MPaf205 MPa滿足要求。B、吊桿計算：FN/Cos23.3050 (N外N內(nèi)0.4/1.4)/Cos23.3050(10.769.730.4/1.4)/0.91814.75 KN選用12.5鋼絲繩（619），參照建筑施工手冊第三版，查表21-2得Fg=114.5 KN，查表21-5得 a=0.85，查表21-6得 K=6FgaFg/K0.85114.5/616.22 KNF14.75 KN,滿足要求。四、腳手架設計及構(gòu)造要點1、懸挑架結(jié)構(gòu)型式為槽鋼梁加斜拉索組成的外挑結(jié)構(gòu)。槽鋼采用12，安全系數(shù)4以上；斜拉索為12.5鋼絲繩（619），安全系數(shù)6.5以上（鋼絲繩安全系數(shù)6）。即中間如有一根吊索因意外原因斷開仍能保證安全要求。槽鋼及吊索于低應力狀態(tài)下工作，其應變較小，能滿足腳手架剛度要求。懸挑結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施如圖。2、連墻件為保證腳手架可靠受力的關鍵因素，因按計算要求，單個扣件抗滑移不夠，故采用連墻鋼管與腳手架內(nèi)外兩根立桿扣件連接，鋼管與建筑物采用鋼管上鉆洞與預埋鋼筋銷接，以提高連接強度（構(gòu)造如圖）。在常規(guī)做法中，采用短鋼管與內(nèi)立桿扣件連接，因單個扣件抗滑移僅為8KN，而連墻件約束腳手架平面外變形所產(chǎn)生的軸向力按規(guī)范要求為5KN，即僅有3KN可用于抵抗風荷載引起的軸向力，一般情況下是難以實現(xiàn)的，特別是對于高層建筑，此種構(gòu)造無法滿足計算要求。3、因高層腳手架承受風荷載較大，腳手架的平面外剛度對保證其可靠受力相當重要，故自十八層樓面開始，每一懸挑段第九步上加設連續(xù)的水平斜撐，以增加架體整體剛度。（如圖）五、使用效果評價本工程現(xiàn)已竣工，腳手架使用過程中，經(jīng)歷了夏季暴風雨的洗禮，未出現(xiàn)不安全狀況，實踐證明此種形式的腳手架是安全可靠的。斜拉式懸挑腳手架較其它斜撐式、懸臂式等懸挑腳手架大大節(jié)約了一次性投入成本，并且懸挑用具回收及重復利用率較高。下面是一個立桿間距的懸挑用具費用情況對比：項 目純懸挑斜撐式斜拉式水平梁16，17.23/m3.5m3.8元/229.16元12，12.31/m2m3.8元/116.95元12，12.31/m2m3.8元/116.95元斜撐無12，12.31/m3.5m3.8元/163.72元無拉索無無鋼絲繩13.2元，繩卡10.8元，花籃螺栓15.3元，計39.3元其它材料固定鋼梁鋼筋約計17.8元固定鋼梁鋼筋及預埋件約計19.5元固定鋼梁鋼筋及吊鉤約計18.5元人工5元15元12元小計251.96元315.17元186.75元本工程共計懸挑5層，每層立桿124檔，采用斜拉式懸挑腳手架較純懸挑式節(jié)約投資約40430元，較斜撐式節(jié)約投資約79620元，經(jīng)濟效益較為可觀。純懸挑式腳手架受力狀況較為不合理，每層荷載由一層樓面承擔，對樓面結(jié)構(gòu)要求較高；斜撐式腳手架現(xiàn)場電焊工作量較大，施工較為不方便。斜拉式腳手架技術要求較高，須保證節(jié)點按方案要求連接可靠；拉桿需避開腳手架桿件并拉緊，以免影響受力性能；對管理要求較高，須定期重點檢查拉桿張緊程度。通過嚴密的設計、精心的施工、有效的管理，斜拉式腳手架施工中需注