高層建筑施工 第9章 高層建筑外腳手架

第9章

高層建筑外腳手架高層建筑外腳手架的構造形式首先要滿足施工、安全保障要求，同時還應考慮材料用量、搭拆難易等，需經(jīng)技術經(jīng)濟比較后綜合考慮加以確定。高層建筑的腳手架具有荷載大、使用量高、安全性要求高、使用周期長、技術復雜等特點，要做好設計計算、構造設計以及安全防護等工作。在扣件式鋼管腳手架、碗扣式鋼管腳手架和門式鋼管腳手架等。非落地式腳手架建筑工程施工中常用的有落地式、非落地式、移動式腳手架。落地式腳手架的種類有包括懸挑式腳手架、附著升降式腳手架、懸吊式腳手架以及與外模板提升結(jié)合的爬模體系等。9.1扣件式鋼管腳手架扣件式鋼管腳手架屬于多立桿式外腳手架中的一種，具有桿配件數(shù)量少，搭設靈活，工作可靠，裝拆方便和適應性強等優(yōu)點，是目前我國使用最為普遍的腳手架品種。

基本形式有單排和雙排兩種。單排限制高度為24m，雙排為50m。對于高度超過50米的雙排鋼管腳手架，應遵循分段搭設的原則，每段搭設懸挑高度不宜超過20m。1.扣件式鋼管腳手架的構造

由鋼管、扣件、腳手板、連墻件和底座等組成?？捎糜诖钤O單排腳手架、雙排腳手架、滿堂腳手架、支撐架以及其他用途的架子。常用密目式安全立網(wǎng)全封閉雙排腳手架結(jié)構的設計尺寸見表9.1。圖9.1外腳手架示意圖1-外立桿；2-內(nèi)立桿；3-縱向水平桿；4-橫向水平桿；5-欄桿；6-擋腳板；7-直角扣件；8-旋轉(zhuǎn)扣件；9-連墻桿；10-橫向斜撐；11-主力桿；12-副立桿；13-拋撐；14-剪刀撐；15-墊板；16-縱向掃地桿；17-橫向掃地桿；18-底座連墻件設置立桿橫距l(xiāng)b步距h下列荷載時的立桿間距l(xiāng)a（m）腳手架允許搭設高度（H）2+0.35(kN/m2)2+2+2×0.35(kN/m2)3+0.35(kN/m2)3+2+2×0.35(kN/m2)二步三跨1.051.502.01.51.51.5501.801.81.51.51.5321.301.501.81.51.51.5501.801.81.21.51.2301.551.501.81.51.51.5381.801.81.21.51.222三步三跨1.051.502.01.51.51.5431.801.81.21.51.2241.301.501.81.51.51.2301.801.81.21.51.217常用密目式安全立網(wǎng)全封閉式雙排腳手架常用尺寸（m）注：1.表中所示2+2+2×0.35(kN/m2)，包括下列荷載：2+2(kN/m2)是二層裝修作業(yè)層施工荷載；2×0.35(kN/m2)為二層作業(yè)層腳手板自重荷載標準值；2.作業(yè)層橫向水平桿間距，應該不大于la/2設置；3.地面粗糙度為B類，基本風壓=0.4kN/m2。2.扣件式鋼管腳手架的設計計算（1）扣件式鋼管腳手架設計計算項目的確定

扣件式鋼管腳手架的計算項目、要求和不需進行計算的情況（條件）見表9.2。有挑支構造者，需驗算挑支結(jié)構；連墻、支撐和懸挑等構造中的專用加工件按照鋼結(jié)構規(guī)范的有關規(guī)定進行計算。序號計算項目計算要求需要進行計算的情況（條件）1腳手架（立桿）整體穩(wěn)定承載力轉(zhuǎn)化為驗算立桿的穩(wěn)定承載力，驗算截面一般取立桿底部（1）在基本風壓小于0.35kN／㎡地區(qū)、高50m以上敞開式腳手架、構造符合要求者，可不計算風載作用；（2）符合表9.1構架規(guī)定者，可不進行計算2縱橫向水平桿和腳手板在“跨度界值”之內(nèi)驗算抗彎強度；在“跨度界值”之外驗算撓度在“控制跨度”或“控制荷載”之內(nèi)（及其相應條件）者，可不計算3連墻件、扣件抗滑按相應公式驗算無4地基按相應公式根據(jù)實際荷載進行設計計算無5單肢穩(wěn)定性驗算按相應公式驗算無局部構造和荷載的不利性變化者不計算表9.2扣件式鋼管腳手架的計算項目、要求和不需進行計算的情況（2）扣件式鋼管腳手架設計計算步驟1）根據(jù)施工要求，參考表9.12）計算荷載：①計算恒載標準值；②計算施工作業(yè)層荷載標準值；③計算風荷載標準值；④計算橫向平桿、縱向平桿、腳手板、連墻件、立桿地基等項的驗算荷載，按相應驗算要求分別確定。3）腳手架整體穩(wěn)定性驗算①確定材料強度附加分項系數(shù)；②計算軸心力設計值N；③計算風荷載彎矩；④確定穩(wěn)定系數(shù)：先計算長細比，然后查表得到；⑤驗算腳手架的整體穩(wěn)定。4）驗算其他需要驗算的項目5）驗算不合格時，應適當調(diào)整構架設計參數(shù)，重新驗算并達到要求。恒載有：①腳手架結(jié)構自重，包括立桿、大小橫桿、剪刀撐、橫向斜桿和扣件等自重；②構、配件自重，包括腳手板、欄桿、擋腳板、安全網(wǎng)等防護設施自重?；詈奢d有：①施工荷載，包括作業(yè)層上的人員、器具和材料自重；②風荷載。恒載取值，應符合規(guī)范規(guī)定的各桿件、構（配）件自重表取值，一般按《建筑結(jié)構荷載規(guī)范》（GB50009-2012）的附錄確定。對于施工均布活荷載標準值，當為結(jié)構腳手架時取35kN/m2，當為裝修腳手架時取2kN/m2。若施工中腳手架的實際施工荷載超過以上規(guī)定，按可能出現(xiàn)的最大值計算。（3）荷載及荷載組合風荷載標準值取值。作用于腳手架上的水平風荷載標準值應按下式計算：

k

=0.7sz0（9.1）式中：s—風荷載體型系數(shù)，按表9.3采用；

z—風壓高度變化系數(shù)，按《建筑結(jié)構荷載規(guī)范》（GB50009-2012）的規(guī)定值采用；

0—基本風壓（kN/m2）,按《建筑結(jié)構荷載規(guī)范》（GB50009-2012）的規(guī)定值采用；0.7——按5年重現(xiàn)期計算的基本風壓折減系數(shù)。表9.3腳手架風荷載體型系數(shù)s背靠建筑物的狀況全封閉敞開、開洞腳手架狀況各種封閉情況1.01.3敞開stw注：①stw為按桁架確定的腳手架構造結(jié)構的風荷載體型系數(shù)，可參照《建筑結(jié)構荷載規(guī)范》（GB50009-2012）中相關規(guī)定計算；②為按腳手架封閉情況確定的擋風系數(shù)，=擋風面積As/迎風面積Aw；③各種封閉情況包括全封閉、半封閉和局部封閉。在計算腳手架構件的強度、穩(wěn)定性與連接強度時，應根據(jù)可能出現(xiàn)的荷載取其最不利的組合進行計算，永久荷載分項系數(shù)取1.2，可變荷載分項系數(shù)取1.4。荷載效應組合應按表9.4采用。計算項目荷載效應組合縱向、橫向水平桿強度與變形永久荷載+施工均布荷載腳手架立桿穩(wěn)定永久荷載+施工均布荷載永久荷載+0.85（施工均布荷載+風荷載）連墻件承載力單排架，風荷載+3.0KN雙排架，風荷載+5.0KN表9.4腳手架的荷載效應組合Q235鋼抗拉、抗壓的抗彎強度設計值f205彈性模量E2.06×103表9.5鋼材的強度設計計算與彈性模量（N/mm2）鋼材的強度設計計算與彈性模量應按表9.5采用。項目承載力設計值對接扣件（抗滑）3.20直角扣件、回轉(zhuǎn)扣件（抗滑）8.00底座（抗壓）40.00注：扣件螺栓擰緊扭力矩值不應小于40N·m，且不應大于65N·m。表9.6扣件、底座的承載力設計值（KN）扣件、底座的承載力設計值應按表9.6采用。受彎構件的撓度值不應超過表9.7中規(guī)定的容許值。構件類別容許撓度[υ]腳手板，縱、橫向水平桿l/150與10mm懸挑受彎構件l/400表9.7受彎構件的容許撓度注：l—受彎構件的跨度。受壓、受拉構件的長細比不應超過表9.8中規(guī)定的容許值。構建類別容許長細比[]立桿雙排架210單排架230橫向斜撐、剪刀撐中的壓桿250拉桿350注：計算時，立桿的計算長度按式（9.10)計算,但k值取1.00；本表中其它桿件的計算長度l0按l0=l=1.27l計算。表9.8受壓、受拉構件的容許長細比（4）縱、橫向水平桿計算1）縱、橫向水平桿的抗彎強度：

=≤f

(9.2)式中M——彎矩設計值，應按式（9.3）計算；W——截面模量,應按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130-2011）附錄B表B采用；

f——鋼材的抗彎強度設計值,應按表9.5采用2）縱、橫向水平桿彎矩設計值：M=1.2MGK+1.4∑MQK

(9.3)式中MGK——腳手板自重標準值產(chǎn)生的彎矩；MQK——施工荷載標準值產(chǎn)生的彎矩；3）縱、橫向水平桿的撓度符合下式：

≤[]（9.4）式中——撓度；

[]——容許撓度,應按表9.7取值。4）縱,橫向水平桿的內(nèi)力與撓度：縱向水平桿宜按三跨連續(xù)梁計算,計算跨度取縱距l(xiāng)a；橫向水平桿宜按簡支梁計算,計算跨度l0；可按圖9.2采用；雙排腳手架的橫向水平桿的構造外伸長度a≤500mm時,其計算外伸長度a1可取300mm。（a）雙排腳手架；（b）單排腳手架1-橫向水平桿；2-縱向水平桿；3-立桿圖9.2橫向水平桿計算跨度5）縱、橫向水平桿與立桿連接的扣件抗滑承載力計算應符合：R≤Rc

（9.5）式中R—縱、橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設計值；

Rc—扣件抗滑承載力設計值，應按表9.6取值。（5）立桿計算1）立桿的穩(wěn)定性計算應符合下列公式：不組合風荷載：

≤f

（9.6）組合風荷載：

+

≤f

（9.7）式中N—計算立桿段的軸力設計值，應按式（9.8）、式（9.9）計算；

—軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)；

A—立桿的截面面積，應按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130-2011）附錄B表B取值；

Mw—計算立桿段由風荷載設計值產(chǎn)生的彎矩，可按公式計算；

f—鋼材的抗壓強度設計值，應按表9.5采用。不組合風荷載：

N=1.2(NG1K+NG2K)

+1.4NQK（9.8）組合風荷載：

N=1.2(NG1K+NG2K)

+0.85×1.4NQK（9.9）式中：

NG1K—腳手架結(jié)構自重產(chǎn)生的軸向力標準值；NG2K—構配件自重產(chǎn)生的軸向力標準值；NQK—施工荷載產(chǎn)生的軸向力標準值總和，內(nèi)、外立桿按一縱距（跨）

內(nèi)施工荷載總和的1/2取值。軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)，應根據(jù)長細比

由《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130-2011）附錄C表C取值，當

>250時：式中

——長細比，按下式計算：

式中l(wèi)0—立桿計算長度，應按公式（9.10）規(guī)定計算；

i—截面回轉(zhuǎn)半徑，應按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130—2011）附錄B表B取值；2）立桿計算長度l0=kh（9.10）式中：

k—計算長度附加系數(shù)，其值取1.155；

—考慮腳手架整體穩(wěn)定因素的單桿計算長度系數(shù)，應按表9.9采用；

h—立桿步距。類別立體橫桿連墻件布置二步三跨三步三跨雙排架1.031.501.701.31.551.751.551.601.80單排架≤1.501.802.00表9.9腳手架立桿的計算長度系數(shù)3）由風荷載設計值產(chǎn)生的立桿彎矩

MW=0.85×1.4MWK=(9.11)式中MWK—風荷級標準值產(chǎn)生的彎矩；

la—立桿縱距。

k—風荷載標準值，應按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范JGJ130—2011)中(4.2.3)式計算；4）立桿穩(wěn)定性計算部位的確定①當腳手架搭設尺寸采用相同的步距、立桿縱距、立桿橫距和連墻件間距時,應計算底層立桿段；②當腳手架搭設尺寸中的步距、立桿縱距，立桿橫距和連墻件間距有變化時，除底層立桿段，還必須對出現(xiàn)最大步距或最大立桿縱距、立桿橫距、連墻件間距等部位的立桿段進行驗算；③雙管立桿變截面處主立桿上部單根立桿的穩(wěn)定性，應按式(9.6)或式(9.7)進行計算。5）腳手架的搭設高度計算及調(diào)整應符合《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130-2011)（6）連墻件計算1）連墻件的強度，穩(wěn)定性和連接強度應符合相應規(guī)范規(guī)定。①連墻件的軸力設計值

Nl=Nlw+N0（9.12）式中Nl—連墻件軸力設計值(kN)；Nlw—風荷載產(chǎn)生的連墻件軸力設計值，應按規(guī)定計算；N0—連墻件約束腳手架平面外變形所產(chǎn)生的軸力，單排架取3，雙排架取5。②扣件連墻件的連接扣件值應按公式（9.5）的規(guī)定驗算抗滑承載力。③螺栓，焊接連墻件與預埋件的設計承載力應大于扣件抗滑承載力設計值。2）風荷載產(chǎn)生的連墻件軸力設計值應按式（9.13）計算：

Nlw=1.4·k·A（9.13）式中A—每個連墻件的覆蓋面積內(nèi)腳手架外側(cè)面的迎風面積。（7）立桿地基承載力計算1）立桿基礎底面的平均壓力應滿足式

p≤fg

(9.14)式中p—立桿基礎底面的平均壓力，p=N/A；N—上部結(jié)構傳至基礎磁頂面的軸力設計值A—基礎底面面積fg

—地基承載力設計值，應按公式（9.15）計算。2）地基承載力設計值按下式計算

fg=kc·

fgk

（9.15）式中kc—腳手架地基承載力調(diào)整系數(shù)，對碎石土、砂土、回填土取0.4，對黏土取0.5，對巖石、混凝土取1.0；

fgk

—地基承載力標準值，應符合現(xiàn)行《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007—2011）附錄五的規(guī)定采用9.2懸挑式腳手架懸挑式腳手架系利用建筑結(jié)構外邊緣向外伸出的懸挑構架作施工上部結(jié)構，或作外裝修用。這種腳手架要求必須有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，并能將腳手架的荷載有效的傳給建筑結(jié)構，對于房屋結(jié)構也需作施工期間承受這個外加荷載的驗算。施工中遇到下述情況時可采用：①±0.00以下結(jié)構工程的回填土未能及時回填，而上部主體結(jié)構工程因工程要求必須立即進行；②高層建筑主體結(jié)構四周有裙房，腳手架不能直接支在地面上；③超高層建筑施工，腳手架搭設高度超過其容許高度，需要將其分成幾個高度段來搭設。懸挑式腳手架不需要地面及堅實的基礎作腳手架的支撐，也不占用施工場地。腳手架的使用數(shù)量不因建筑物的高度增大而增加。但是因腳手架及其承擔的荷載通過懸挑支架或連接件傳遞給與之相連的建筑物結(jié)構，對這部分結(jié)構強度要有一定要求。懸挑架的支承結(jié)構應為型鋼制作的懸挑梁或懸挑桁架等，不能采用鋼管，目前應用比較多是型鋼懸挑腳手架。圖9.3型鋼懸挑腳手架1.型鋼懸挑腳手架構造要求

1）一次懸挑腳手架高度不宜超過20m；型鋼懸挑梁宜采用雙軸對稱截面的型鋼。懸挑鋼梁型號及錨固件應按設計確定，鋼梁截面高度不應小于160mm。懸挑梁尾端應在兩處及以上固定于鋼筋混凝土梁板結(jié)構上。錨固型鋼懸挑梁的U形鋼筋拉環(huán)或錨固螺栓直徑不宜小于16mm（圖9.4）。

圖9.4懸挑腳手架挑梁結(jié)構及其錨固1-反拉鋼絲繩2）每個型鋼懸挑梁外端宜設置鋼絲繩或鋼拉桿與上一層建筑結(jié)構斜拉結(jié)。鋼絲繩與建筑結(jié)構拉結(jié)的吊環(huán)應使用HPB235級鋼筋，其直徑不宜小于20mm，吊環(huán)預埋錨固長度應符合現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》GB50010中鋼筋錨固的規(guī)定（圖9.4）。3）用于錨固的U形鋼筋拉環(huán)或螺栓應采用冷彎成型。U形鋼筋拉環(huán)、錨固螺栓與型鋼間隙應用鋼楔或硬木楔楔緊（圖9.5）。圖9.5懸挑鋼梁U形螺栓固定構造1-木楔側(cè)向楔緊；2-兩根1.5m長直徑18mm的HRB235鋼筋4）懸挑梁懸挑長度按設計確定。固定段長度不應小于懸挑段長度的1.25倍。型鋼懸挑梁固定端應采用2個（對）及以上U形鋼筋拉環(huán)或錨固螺栓與建筑結(jié)構梁板固定，U形鋼筋拉環(huán)或錨固螺栓應預埋至混凝土梁、板底層鋼筋位置，并應與混凝土梁、板底層鋼筋焊接或綁扎牢固，其錨固長度應符合現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》GB50010中鋼筋錨固的規(guī)定(圖9.6-圖9.7）。

圖9.6懸挑鋼梁樓面構造圖9.7懸挑鋼梁穿墻構造1-木楔楔緊5）型鋼懸挑梁與建筑結(jié)構采①用螺栓鋼壓板連接固定時，鋼壓板尺寸不應小于100mm×10mm（寬×厚）；②采用螺栓角鋼壓板連接時，角鋼規(guī)格不應小于63mm×63mm×6mm。6）型鋼懸挑梁懸挑端應設置能使腳手架立桿與鋼梁可靠固定的定位點，定位點離懸挑梁端部不應小于100mm。7）錨固位置設置在樓板上時，樓板的厚度不宜小于120mm，厚度小于120mm應采取加固措施。8）懸挑梁間距應按懸挑架架體立桿縱距設置，每一縱距設置一根。9）錨固型鋼的主體結(jié)構混凝土強度等級不得低于C20。10）剪刀撐和連墻件的設置同落地式扣件鋼管腳手架一致。（1）采用型鋼懸挑梁作為腳手架的支承結(jié)構時，應進行下列計算：

①型鋼懸挑梁的抗彎強度、整體穩(wěn)定性和撓度；

②型鋼懸挑梁錨固件及其錨固連接的強度；

③型鋼懸挑梁下建筑結(jié)構的承載能力驗算。（2）懸挑腳手架作用于型鋼懸挑梁上的立桿的軸向力設計值，按式（9.8）、式（9.9）分別計算，并應取較大者。2.型鋼懸挑腳手架計算

（4）型鋼懸挑梁整體穩(wěn)定：

≤f

（9.17）式中：b—型鋼懸挑梁的整體穩(wěn)定性系數(shù)，應按現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構設計規(guī)范》GB50017的規(guī)定采用；

W—型鋼懸挑梁毛截面模量。（5）型鋼懸挑梁撓度：

≤[]（9.18）式中：[]—型鋼懸挑梁撓度允許值,應按本規(guī)范表9.10取值；—型鋼懸挑梁最大撓度。構件類別容許撓度[υ]腳手板、腳手架縱向、橫向水平桿l/150與10mm腳手架懸挑受彎桿件l/400型鋼懸挑腳手架懸挑鋼梁l/250表9.10受彎構件的容許撓度注：l為受彎構件的跨度。對懸挑桿件為其懸伸長度的2倍。圖9.8懸挑腳手架型鋼懸挑梁計算示意圖N—懸挑腳手架立桿的軸向力設計值；lc—型鋼懸挑梁錨固點中心至建筑樓層板邊支承點的距離；lc1—型鋼懸挑梁懸挑端面至建筑結(jié)構樓層板邊支承點的距離；lc2--腳手架外立桿至建筑結(jié)構樓層板邊支承點的距離；lc3--腳手架內(nèi)立桿至建筑結(jié)構樓層板邊支承點的距離；q—型鋼梁自重線荷載標準值（6）型鋼懸挑梁錨固在主體結(jié)構上的U形鋼筋拉環(huán)或螺栓的強度：

=

≤fl（9.19）式中：—U形鋼筋拉環(huán)或螺栓應力值；Nm—型鋼懸挑梁錨固段壓點U形鋼筋拉環(huán)或螺栓拉力設計（N）；Al—U形鋼筋拉環(huán)凈截面面積或螺栓的有效截面面積（mm2），一個鋼筋拉環(huán)或一對螺栓按兩個截面計算；

fl

—U形鋼筋拉環(huán)或螺栓抗拉強度設計值，應按現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》GB50010的規(guī)定取=50N/mm2。（7）當型鋼懸挑梁錨固段壓點處采用2個（對）及以上U形鋼筋拉環(huán)或螺栓錨固連接時，其鋼筋拉環(huán)或螺栓的承載能力應乘以0.85的折減系數(shù)。（8）當型鋼懸挑梁與建筑結(jié)構錨固的壓點處樓板未設置上層受力鋼筋時，應經(jīng)計算在樓板內(nèi)配置用于承受型鋼梁錨固作用引起負彎矩的受力鋼筋。（9）對型鋼懸挑梁下建筑結(jié)構的混凝土梁（板）應按《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》GB50010進行混凝土局部受壓承載力、結(jié)構承載力驗算，當不滿足要求時，應采取可靠的加固措施。（10）懸挑腳手架的縱向水平桿、橫向水平桿、立桿、連墻件計算同落地式腳手架。9.3附著升降腳手架定義：搭設一定高度并通過附著支撐結(jié)構附著于高層超高層工程結(jié)構上，具有防傾覆、防墜落裝置，依靠自身的升降設備和裝置，隨工程結(jié)構施工逐層爬升直至結(jié)構封頂,繼而滿足外墻裝飾作業(yè)要求實現(xiàn)逐層下降的輔助施工外腳手架。作用：滿足結(jié)構施工、安裝施工、裝修施工等施工階段中工人在建筑物外側(cè)進行操作時的施工工藝及安全防護需要。分類：①按附著支承形式可分為：