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高层建筑型钢分段悬挑脚手架搭设技术

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LoW cARBoN W0RLD 2014,10 建筑・节能 高层建筑型钢分段悬挑脚手架搭设技术 蔡 毅(中国能建集团广西水电工程局,广西南宁530001) 【摘 要】近年来,落地式脚手架难以满足高层建筑的需要,很多高层建筑的外脚手架的搭设形式多样化,而分段悬挑式是近年来采用较多的 一种。本文根据广西南宁市安吉丽城小区工程的施工实际进行设计,针对分段悬挑脚手架搭设的技术进行探讨,找出更佳方案。 【关键词】高层;悬挑;脚手架 【中图分类号】TU974 【文献标识码】B 【文章编号】2095—2066(2014)19—0247—05 引言 目前国内对悬挑脚手架支承体系结构的研究和应用越来 越多.悬挑脚手架安全系数要求相对较高.如果架体出现问 题,轻者影响施工企业声誉.重者危及到人们的生命安全,给 企业造成巨大经济损失和不良社会影响。因此,寻求一种构造 简单、经济实用又操作方便的悬挑脚手架支承体系结构成为 迫在眉睫的问题。 1概述 高层建筑工程的外脚手架形式一般有:①落地式,即采用 整体着地搭设,一般架体不高于24m时采用;②分段悬挑式, 即将整个架体分段搭设及卸荷,具有使用灵活及能同时满足 整栋建筑的外墙装饰施工需要;③附墙爬升式,可节省部分钢 管.但需增加整套液压提升设备.且不能满足整栋建筑外墙同 时装饰施工的要求。本文以南宁市安吉丽城住宅小区工程为 对象进行外脚手架设计.该位于南宁市安吉大道的西侧,北面 邻近春城家私广场。地下1层.地上A~F座共六座,工程总建 筑面积98143m 。3~26层层高3.0m.均为标准层设计,结构形 式为框架一剪力墙结构。综上三种形式所述及本工程的实际情 况.采用分段悬挑搭设方案 根据建设部的《危险性较大的分部分项工程安全管理办 法》以及JGJ130—2011的相关规定,本工程每段搭设高度拟定 不超过20m。按照层高模数.定为18m即6层。3层楼面以下 采用落地式,3层以上每隔6层(18m)进行悬挑;由于每段高 度最大为18m.所以本设计方案采用先按规范构造要求布置 再进行核验算方式确定参数。 2脚手架构造要求 2.1架体构造布置 根据受力稳定性.悬挑梁采用工字钢.搭设悬挑式脚手架 作结构及装修施工用.悬挑脚手架内立杆距离结构外沿 200mm,立杆纵距1500mm.横距800mm,步距1800mm。参考 JGJ130—201l,悬挑梁采用18#工字钢.工字钢设置间距与立 杆纵距相同。 表1悬挑架具体搭设设计表(单位:m 里立杆至 立杆横距 立杆纵距 纵向水平 横向水平 连墙件竖 连墙件横 墙面距离 杆步距 杆间距 向间距 向间距 0.2 0.8 1.5 L8 0.75 3.0 4.5 悬挑铜梁须满足固定段长度不小于悬挑段长度的1.5倍 以上。悬挑梁悬挑端设置能使脚手架立杆与可靠固定的固定 点.焊接100mm长+32钢筋.定位点离悬挑梁端部不应小于 100mm。悬挑梁每一纵距设置一根悬挑梁,即间距应按悬挑架 架体立杆纵距设置。取1.5m.悬挑脚手架在外侧全立面连续 设置剪刀撑。悬挑钢梁采用4m长18号工字钢。建筑物外悬 挑段长度1.2m,内锚固段长度2.6m。构造详见图1。 2.2立杆 采用0235的 48.3 ̄3.6钢管,为了立杆在型钢上牢固不 偏移.每根立杆底部应套进型钢悬挑梁所焊接的100mm长 。一———盥蛳—  1m I j图1构造示意图 +32钢筋上.且下端第一根立杆交错用6.0m杆和3.0m杆相 互错开。立杆采用对接接长,对接扣件交错布置,相邻立杆的 接头不设置在同步内,同步内隔一根立杆的两个相隔接头在 高度方向错开的距离不小于500mm;各接头中心至主节点的 距离不大于步距的1/3。 2.3纵向水平杆 纵向水平杆要求设置在立杆内侧,长度不少于三跨,采用 对接接长.对接扣件须交错布置。相邻纵向水平杆的接头不设 置在同步或同跨内,不同步或不同跨两个相邻接头在水平方 向错开的距离不小于500mm.各接头中心至最近主节点距离 不大于纵距的1/3。 2.4横向水平杆 作业层上非主节点处的横向水平杆,根据支承脚手板的 需要等间距设置.最大间距不大于纵距的1/2,本方案拟定为 0.75m 横向水平杆两端均采用直角扣件固定在纵向水平杆上 并紧靠于立杆边沿设置。主节点处必须设置一根横向水平杆, 用直角扣连接且严禁拆除。 2.5脚手板 采用竹串脚手板,首层、作业层满铺、铺牢,脚手板离开外 墙装饰面200mm,其中首层脚手板用铁线扎实扎牢,设置在三 根横向水平杆上.采用搭接铺设,搭接时接头必须支在横向水 平杆上.搭接长度不小于200mm.其伸出横向水平杆上的长度 不小于100mm。作业层端部脚手板探头长度取150mm,板长 两端与支承杆可靠固定。 2.6连墙件 为防止外架向内或向外摇晃。连墙件采用刚性连接,在浇 捣混凝土时预埋d ̄48x3.6mm长500mm钢管与外架立杆可靠 连接,连墙件靠近主节点设置,偏离主节点距离不大于 300mm。连墙件竖向问距按层高设置,水平间距为4.5m,横竖 呈 向顺序排列、均匀布置、与架体和结构立面垂直,并尽量靠近 一7 主节点(距主节点的距离≯300mm)。 2.7剪刀撑 剪刀撑在外侧立面整个长度和高度连续设置,斜杆与地 面的倾角按45。控制。每道剪刀撑宽度不小于4跨。剪刀撑斜 杆的接长采用搭接。搭接长度不小于1000mm,在搭接处设置 3个旋转扣件固定。 量 2 7 建筑・节能 £0 CARBON W0RLD 2014/10 2.8扣件 螺栓拧紧扭力矩在40~6ON・m之间,主节点处固定横向 水平杆、纵向水平杆、剪刀撑等用的直角扣件、旋转扣件的中 心的相互距离不大于150mm。对接扣件开口应朝上或朝内。各 表1参数裹 脚手板、括脚板类型 竹串板 脚手板自重标准值G址(kN,ln2) 脚手板、挡脚板铺设 5步1设 方式 0.35 广西南宁 O地区 密目式安全立网自重 00l 栏杆与挡脚板自重标准值G 杆件端头伸出扣件盖板边缘的长度不小于lOOmm 3悬挑钢梁锚固端及底部防护 3.1悬挑钢梁锚固端固定 悬挑钢梁锚固端固定构造详见图2。 图2悬挑钢梁锚固端固定构造 (1)悬挑梁在楼层内设置两处U型钢筋拉环,固定于钢筋 混凝土梁板结构上.其中一处为单个U型钢筋拉环设置在距 离建筑外边缘100mm的钢筋混凝土粱内;另一处采用2个U 型钢筋拉环,即第一个U型钢筋拉环距型钢悬挑梁内端头 200mm.第二个U型钢筋拉环距第一个U型钢筋拉环 200mm。锚固型钢悬挑梁的U型钢筋拉环采用 ̄b20mm钢筋。 (2)型钢悬挑梁固定端U型钢筋拉环与建筑结构梁板固 定。U型钢筋拉环应预埋至混凝土梁、板底层钢筋位置.并应 与混凝土梁、板底层钢筋焊接或绑扎牢固。 (3)用于锚固的U型钢筋拉环应采用冷弯成型。U型铜筋 拉环与型钢间隙应用硬木楔楔紧。 3.2悬挑端拉结 每根悬挑梁外端应设置4)14—6x19钢丝绳与上一层建筑 结构斜拉结。钢丝绳不参与悬挑钢梁受力计算,只作悬挑钢梁 安全保险绳作用 钢丝绳与建筑结构拉结的拉环应使用 HPB235级钢筋.其直径为20ram.拉环预埋锚固长度按钢筋 锚固的规定 3.3悬挑架底部安全防护 ①底部沿纵横方向设置扫地杆。在横向扫地杆上方沿脚 手架长度方向铺设50mmx100mm木枋,并在木枋上满铺 20ram厚模板或木板进行防护。②挡脚板采用竹串挡脚板,搭 设在外立杆的内侧.其高度为180mm。用镀锌铁丝绑扎固定在 架体上。 4架体验算 4.1架体参数(见表1) 型钢悬挑脚手架设计必须以满足规范构造要求为前提. 验算主要包含以下方面: (1)纵向、横向水平杆等受弯构件的强度和连接扣件的抗 滑承栽力的验算;纵向及横向水平杆的受力按照《冷弯薄壁型 钢结构技术规范》的受弯构件计算;计算内力与挠度时,纵向 水平杆按照三连跨连续梁计算,计算跨度取纵距,横向水平杆 按简支梁计算,计算跨度为横距。荷载的传递途径为:脚手 板一横向水平杆一纵向水平杆一扣件一立杆一型钢 钢管 ,I,48.3x3.6的抗剪承载力足够大,本方案不做剪力验算,而验 算扣件的抗滑承载力 (2)立杆的稳定性验算。 标准值G (kN/.ms) .(kN/m) 17 安全网设置、基本风 全封闭.压 每米立杆承受结构自重标准值g 0∞0(kN/m2) 0.25 (kN/m) .1295 横向斜撑布置方式 6跨1设 结构脚手架作业层数 l 结构脚手架活荷载 标准值G3 每米立杆承受结构自重标准值gk 0.k(kN/m ) (kN,ln) 12 风荷栽体型系数 1.3x0.19= 风压高度变化系数 (连墙件、 1.61.1.44 .17 单立杆稳定性) 风荷载标准值∞k 双排脚手架 (kN/m )(连墙件、单 0.46.0.41 搭设方式及连墙件布置 两步三跨 立杆稳定性) 钢管类型 648.3x3.6 扣件抗滑移折减系数 0.9 搭设高度H(m) 18 沿纵向搭设长度L(m 243 立杆步距h(m) 1.8 立杆纵距或跨距k(m1 1.5 立杆横距lt,(m) O.8 横向水平杆计算外伸长度ltl(m) 0.15 内立杆离建筑物距 O-2 双立杆计算方法 不设双立杆 离a(m) 纵、横向水平杆布置 横向水平杆在上 纵向水平杆上横向水平杆根数方式 n 1 横杆抗弯强度设计值闻(N/mm ) 205 横杆截面惯性矩I(mlal4) l27100 横杆弹性模量E(N/mm2) 206000 横杆截面抵抗矩W(mm ) 5260 立杆截面回转半径i(mm) l5.9 立杆截面面积A(ram ) 424 连墙伴约束架体平面外变形轴 向力N3 连墙件计算长度l(kN) o(mm) 600 0连墙件与扣件连接方式 双扣件 连墙件截面面积A (ram ̄ 489 (3)连墙件的强度、稳定性和连接强度的验算。 (4)立杆基础的承载力验算。 本方案计算构件的强度、稳定性与连接强度时,采用荷载 效应基本组合的设计值,永久荷载分项系数取1.2.可变荷载 分项系数取1.4;脚手架中受弯构件.根据正常使用极限状态 的要求验算变形,验算构件变形时,荷载取标准值。 4.2横向水平杆验算 横向水平杆上主要有脚手板传至的恒荷载和活荷栽.验 算主要是抗弯强度和变形。 作用横向水平杆线荷载设计值:(承载能力极限状态,即 最不利状态) 1 1 q=1.2xGki ̄x南+1.4xGk :1.2 ̄0.35x +l|4x3x Z =3.465kN/m 作用横向水平杆线荷栽标准值:(正常使用极限状态) q= GkX :0.35×孚+3×譬=2.5125kN/m 计算简图如图3。 0l————————霹— 一{ 哪 ●’ i 幽3 (1)抗弯验算 M 一【 , 】 2= ,2.5125× ] =0.2772kN・m 6= = 墨 -52.7N,mm ≤田_205N,mm2,满足要求。 (2)挠度验算 LoW CARBoN W0RLD 2014,l0 建筑・节能 V~=max [5qklbL 384Ei ,— : 默『—5× 384x2.06x1.271×10 =-l25× l_ 3 8x2.06x1.271X10 0.51mm< ̄[v]=min[1d150,lO]=min[800/150,10】 5.33ram ==满足要求。 (3)支座反力计算 承栽能力极限状态: 2 2 2174mm=2.174m≥1.5m 满足要求。 (2)由容许挠度取立杆最大纵距Lrr瞰 ,令最大挠度v : R咖:0.5ql (1十}卜0I5×3-465×0.8x 1+ )=1_95kN 1.146xFk1:一 ld150=10,得 100EI 正常使用极限状态: 2 , R,=一0.5qkl (1+})=0_5×2-5l25×0.8X 1+ ) =1.42kN 4.3纵向水平杆验算 承栽能力极限状态:F =R一=1.95kN;正常使用极限状态 FI'=R =1.42kN。 图4为忽略自重的受力简图。 fl-I FI-1 95kN FI'I" F1一I● F1 1_42 F| 4 (1)抗弯验算 M~=0.175Flb=O.175x1.95x1.5=0.512kN・m 叮= =0.512x =97_34N/mm2≤ 05N/mm 满足要求。 (2)挠度验算 Fk=Fl =1.42kN 一1.146xFklb一1.146x1.42×l x1500 。 “ IOOEI 100×206×1271×107 .=2.1mm≤ 】=min[1a/150,10]=lOmm 满足要求。 4.4扣件抗滑承载力验算 本方案的纵向水平杆与立杆的连接方式为直角单扣件连 接,查JGJ130—2011规范表5.1.7,R =8kN;取R=2.15,则F= 2.15x1.95=4.2kN≤R ̄=8kN。满足要求。 4.5立杆最大纵距验算 作用在横向水平杆的荷载标准值:q : ;相 应设计值:q: ± 。 由横向水平杆传至纵向水平杆的荷栽标准值:Fk=0.5q 1 (1 a1)。 由横向水平杆传至纵向水平杆的荷载设计值为:F=0.5qlb f 1+7 1。 (1)由抗弯强度验算最大立杆纵距 .叮 最大弯矩M=o.175F1 令 M=_0 则有: L= 3一 \// + G2k.J 327EI 2.327x2.06x12.71 ̄1o ———————————————— ■—一 (0.35+3)×lO- 1 150)×800 =2526mm≥1.5m 满足要求。 (3)由扣件的抗滑承栽力取最大立杆纵距I _R,取F= R。=8,即有: L4R …R= 2.15×(1.4G k+1.2G )1 b f\ l1+ \  b/ 4x8x10 2.15×(1_4×3 2×o.35)×10-3X800×1 1 50) =2854mm=2.854m≥1.5m 满足要求。 4.6荷载计算 立杆静荷栽计算 (1)立杆承受的结构自重标准值Nl 单外立杆: NI= × 1H :0.12+ × )×18=2.32kN 单内立杆:N :2.32kN (2)脚手板的自重标准值N 单外立杆: N2=( +1)1(1b+a1)GkjbX =( +1)×1.5x(o_8+0.15)xO.35x等=0.55kN 单内立杆:N2'=0.55kN (3)栏杆与挡脚板自重标准值N3 单外立杆: N3= 1 I H+1 1 G = 1×( +1)×1.5×0.17=0.56kN D 0 (4)围护材料的自重标准值N ≥ Z 单外立杆: 0 ∞ N4=G ̄xl xH=0.01x1.5x18=0.27kN 《 U (5)构配件自重标准值N5总计 ; 单外立杆:N5=N2+N3+N4=0.55+0.56+0.27=1.38kN 0 单内立杆:N =N:=0.55kN 畋 立杆施工活荷载计算: 帮 出 249 l建筑・节能 外立杆: NQ=下1 1 (1 +a。)(nii×Gkjj) = x1.5x(0.8+0.15)×(1x3)=2.14kN 内立杆:N0t=2.14kN (6)组合风荷载作用下单立杆轴向力: 单外立杆: N=I.2x(N1+N5)+0.9x1.4xN0 =1.2x(2.32+1.38)+0.9x1.4x2.14=7.136kN 单内立杆: N =1.2x(Nl+N5)+O.9x1.4xN0 =1.2x(2.32+0.55)+0.9x1.4x2.14=6.14kN 4.7立杆稳定性验算 (1)立杆长细比验算 由规范JGJ130—2011的5.2.8式,验算时,取k=l,查表 5.2.8,取u=1.50,查表5.1.9取【 =210,即有立杆计算长度lo= k ̄h=lx1.5x1.8=2.7m;长细比 =ldi=2.7x103/15.9=169.81≤[ =210:满足要求。 轴心受压构件的稳定系数计算:立杆计算长度 kith= 1.155x1.5x1.8=3.12m 长细比X=ldi=3.12x10715.9=196.13;查《规范》表A.0.6得, =0.188。 (2)立杆稳定性验算 不组合风荷栽作用,单立杆的轴心压力设计值: N=I.2x(NGlk+NG2k)+1.4xN0 =1.2x(2.32+1.38)+1.4x2.14=7.436kN N743 6 = = =93.29N/mm ≤[ ̄=205N/mm 满足要求。 组合风荷载作用.单立杆的轴心压力设计值 N=1.2(N +N )+0.9x1.4Nn =1.2×(2.32+1.38)+0.9x1.4x2.14=7.136kN Mw=0.9x1.4xM =0.9x1.4xokl ̄10 =O.9x1.4x0.41x1.5x1.8VlO=O.25kN・m nn 叮= + mx= 7436 。 堑 Q :鱼 5260 =141N/mm ≤[q=205N/mm 满足要求。 4.8连墙件承载力验算 N1w=1.4xokx2xhx3xl =1.4xO.46x2 ̄1.8x3x1.5=10.43kN;长 细比k=ldi=600/15.9=37.73,查《规范》表A.0.6得 =O.9,即有: = 器×10 =30.52N/mmz 85堋=0.85× 205N/mm =174.25N/ram。,满足要求。 扣件抗滑承栽力验算: N ̄w+No=10.43+3=13.43kN≤0.9x8x2=14.4kN 满足要求。 5型钢悬挑梁验算 5.1基本参数(如表2) 主梁自重设计值:q=1.2xgk=1.2x0.241=0.29kN/m 呈 外排:Fl=Fl/n =7.436/1=7.436kN 主 内排:(1)强度验算 F2=Flfn '7.436/1=7.436kN r v- Mir ̄=F1x1.1+F2x0.3+0.5q 吾 7.436×l・l+7.436 ̄ 0I3+0・5×0・29×1-2 =l0・62kN。m 圭I : ~W : 185000 :57.41N/mm2 f、 ]:215N/mm … 蓦 符合要求。 250 L0W CARBON WoRLD 2014,i0 表2 悬挑方式 普通主粱悬挑 主粱材料类型 18#工字钢 锚固点设置方式d(mm) 压环.钢筋20 主梁建筑物外悬挑长度K(mm) l2o0 主梁外锚固点到建筑物 10o 工字钢腿宽b及平均腿厚度 b=94 边缘的距离a(mm) t(mm) t=10,7 梁,楼板混凝土强度等级 C25 支撑方式 上拉 主粱间距(mm) l50o 主梁合并根数11 l 主粱自重标准值g ̄(kN/m) 0.241 主粱截面积A(cm2) 30.6 工字钢高度h(mm) 180 工字腰厚8(mm) 6.5 主梁截面惯性矩I(cm4) 1660 主梁截面抵抗矩W,(cm ) 185 主粱建筑物内锚固长度 26o0 主梁材料抗弯强 ̄iZi-t5qf 215 (mm) (N/nun ) 主粱材料抗剪强度设计 值fT1(N/mm ) l25 主梁弹性模量E(N/mm ,10 ) 2.06 (2)抗剪验算 Q恤=F1+F2+q =7.436+7.436+0.29x1.2=15.22kN hl=180—2t=180—2x10.7=158.6mm 一一Q l 一(b一8) 】.15.22×l ×【94x1802一(94—6.5)×158.62] 。 8I8 8x1660Oo00x6.5 =14.89N/mm  ̄<['r]=125N/mm。 符合要求。 集中荷载F时,有v= 1+ a);均布荷栽q时,V= 盅× (-1+4}+s v= a1)+ ( +芒)+寸aL× aL(一 +4 a2+3 ),将 a 、赴、a山代入, v=3.445mm≤[v】=2×LF250=2x1200/250=9.6mm;符合要求。 (4)支座反力计算 RA=F(2+芒+芒)+丁qL( a)= 9-68kN R =一F( aI+ a2)+等(卜 )=一4 kN 5.2悬挑主梁整体稳定性验算 主梁轴向力:N=[0l/n,=0/1=OkN.得压弯构件强度: 叮 = + = + =54.67N/mm ≤田=215N/mm 符合要求。 受弯构件整体稳定性分析:其中 均匀弯曲的受弯构件 整体稳定系数:查表得, b=2.8;由于 b大于0.6,根据《钢结构 设计规范》(GB50017—2003)附表B, b值为0.97。 盯: b W :j :59.0.97×185×10 ‘ 18N/mmz≤哪:215N/mm2… 符合要求 5.3锚固段与楼板连接的计算 主梁直接平铺在混凝土楼板上.锚固点采用压环钢筋设 置,钢筋直径为20光园钢筋,主梁在建筑物锚固长度 为 2600,梁板混凝土强度等级为C25 锚固点压环钢筋受力:F:RB.: :2.15kN;压环钢筋验 者 42N/m o_85垌= 0.85x50=42.5N/mm ,符合要求。 

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