悬挑脚手架特殊部位设计与施工[1]

悬挑脚手架特殊部位挑梁设计与施工胡兆文1，王宝雨2，唐志勃1（1.山东德建集团有限公司，山东 德州 253036；2.中国水电十三局，山东 德州 253005）摘要 以钢结构设计规范（GBJ50017-2003）、建筑施工扣件式脚手架安全技术规程（JGJ130-2001）为依据，对建筑物的转角、楼梯、阳台等特殊部位挑梁需针对工程实际情况单独设计计算以满足悬挑脚手架安全需要。关键词 悬挑脚手架 特殊部位 悬挑梁 设计计算中图分类号 TU392.1 文献标示码 A 文章编码 The Design and Construction of Cantilever Beam in the Privileged Sites of Jettied ScaffoldHU Zhao-wen, TANG Zhi-bo, WANG Bao-yu(1. Shandong Dejian Group Co., Ltd, Dezhou, Shandong, 253036,2.Sinohydro Bureau 13, Dezhou, Shandong, 253005)Abstract: In terms of “Design Regulation of Steel Structure” and “Technical Safety Rules of Interconnecting Scaffold in Construction and Engineering”, to ensure the safety of Jettied Scaffold engineering, individual design and calculation should be taken referring to the practical situation of the project when dealing with the privileged construction sites such as the building corners, staircases , balconies etc.Key Words: jettied scaffold, privileged sites, cantilever beam, design and calculation悬挑脚手架由于能较好地适应施工作业特殊环境、场地小的工地，又能保持施工作业的连续性不影响施工进度及悬挑脚手架材料反复周转使用成本降低等优点，目前采用悬挑脚手架从事施工作业的工程逐渐增多。悬挑脚手架是指架体结构卸荷在附着于建筑结构的刚性悬挑梁上的脚手架。目前施工现场悬挑梁结构大致采用钢管、型钢二种材料制作。一般部位的设计计算可以采用现有的计算工具如PKPM安全计算软件完成，而建筑物的转角、楼梯、阳台等特殊部位因建筑结构平面不同需进行专项计算才能满足悬挑结构强度、稳定要求。目前大部分项目该部位没有经过针对性的设计计算，存在重大安全隐患。1 悬挑脚手架特殊部位悬挑梁设计依据与一般计算内容现行的悬挑脚手架安全计算依据主要包括：建筑施工扣件式脚手架安全技术规程（JGJ130-2006）；钢结构设计规范（GBJ50017-2003）；建筑结构荷载规范（GB50009-2001）；混凝土结构设计规范（ GB50010-2002）；悬挑脚手架特殊部位挑梁设计内容应包括：悬挑型钢支承架的强度、挠度计算和整体稳定性计算；纵向和横向水平梁等受弯构件的强度及挠度计算；锚固段与楼板连接处钢环、螺栓和楼板局部受压计算；悬挑构件与结构连接处结构自身的强度验算。悬挑脚手架特殊部位挑梁设计关键是根据悬挑结构布置确定力学计算模型和荷载导算进而绘制详细结构图和节点详图。2 特殊部位悬挑脚手架挑梁设计步骤与参数控制2.1设计计算步骤1）熟悉施工图纸根据建筑物立面、平面及层数，确定悬挑脚手架挑梁设置的楼层、挑梁平面布置，一般情况每道型钢支架上部脚手架高度不超过24米。2）对悬挑脚手架的特殊部位（如转角、楼梯口、阳台等）挑梁结构布置进行优化，避免个别挑梁受力过大及悬挑过长造成截面规格偏差较大、支座锚固困难。3)对合理布置后的悬挑脚手架特殊部位挑梁结构正确确定力学计算模型，并根据脚手架搭设尺寸、施工层布置确定悬挑脚手架底部节点恒荷、活荷载及风荷载。4)初步选择挑梁型钢（一般为工字钢）截面，利用现行钢结构设计计算软件（sts、mts）进行内力分析与强度、稳定性计算，判断计算结果是否满足技术规范要求，对不符合标准的挑梁增大截面后重新计算直至符合标准要求。5)根据锚固支座反力对混凝土结构（混凝土梁、楼板）连接处钢环、螺栓和楼板局部受压计算,对楼板局部受压不满足及支座反力对楼板影响较大的应采取相应措施。6)悬挑梁结构施工详图及节点计算、详图绘制。2.2 计算公式与参数控制2.2.1 抗弯、抗剪强度计算公式1) 抗弯强度计算公式式中 、 同一截面处绕轴和轴的弯矩(对工字形截面：轴为强轴，轴为弱轴)；、 对轴和轴的净截面模量；、 截面塑性发展系数；对工字形截面，；对箱形截面，；对其他截面，可按钢结构设计规范（GBJ50017-2003）表5.2.1采用； 钢材的抗弯强度设计值。当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于而不超过时，应取。为钢材牌号所指屈服点。2) 抗剪强度计算公式式中 计算截面沿腹板平面作用的剪力； 计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩； 毛截面惯性矩； 腹板厚度； 钢材的抗剪强度设计值。2.2.2 整体稳定计算公式1）在最大刚度主平面内受弯的构件，其整体稳定性应按下式计算：式中 绕强轴作用的最大弯矩； 按受压纤维确定的梁毛截面模量； 梁的整体稳定性系数，应按钢结构设计规范（GBJ50017-2003）附录B确定。2）在两个主平面受弯的型钢截面或工字形截面构件，其整体稳定性应按下式计算：式中 、 按受压纤维确定的对轴和对轴毛截面模量；绕强轴弯曲所确定的梁整体稳定性系数，应按钢结构设计规范（GBJ50017-2003）附录B确定。2.2.3 型钢强度设计指标钢材抗拉、抗压和抗弯抗剪牌 号厚度或直径(mm)钢21512516402051202.2.4 型钢支承架受弯构件的允许挠度 构件类别容许挠度型钢支承架悬臂式注：L为受弯构件的跨度（对悬臂式为悬伸长度的2倍） 3 应用实例3.1普通部位悬挑梁计算计算参数双排脚手架，搭设高度为24.000米，立杆采用单立管.纵距1.50米，立杆的横距1.05米，步距1.50米。钢管类型为，连墙件采用2步3跨，竖向间距3.00米，水平间距4.50米。同时施工2层，脚手板共铺设4层。悬挑水平钢梁采用18号工字钢，其中建筑物外悬挑段长度2.00米，建筑物内锚固段长度3.00米。悬挑水平钢梁采用悬臂式结构，没有钢丝绳或支杆与建筑物拉结。计算简图材料特性钢管型号：连墙件和钢管的质量符合碳素结构纲(GB/T 700)中的Q235-A级钢的规定；扣件采用可锻铸铁制作，质量符合钢管脚手架扣件(GB 15831)的规定；脚手板采用冲压钢脚手板；悬挑水平钢梁采用18号工字钢作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载。 静荷载标准值包括以下内容： (1)每米立杆承受的结构自重标准值(kN/m)；本例为0.1394 (2)脚手板的自重标准值(kN/m2)；本例采用冲压钢脚手板，标准值为0.30 (3)栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m)；本例采用栏杆、冲压钢脚手板挡板，标准值为0.11 (4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网(kN/m2)；0.005 经计算得到，静荷载标准值。活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，内、外立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。 经计算得到，活荷载标准值悬挑脚手架按照带悬臂的单跨梁计算悬出端C受脚手架荷载N的作用，里端B为与楼板的锚固点，A为墙支点。支座反力计算公式支座弯矩计算公式C点最大挠度计算公式 其中，。本工程算例中，；水平支撑梁的截面惯性矩，截面模量(抵抗矩) 。受脚手架作用集中强度计算荷载水平钢梁自重强度计算荷载 代入公式，经过计算得到 支座反力 支座反力 最大弯矩悬挑梁计算1. 强度验算：水平支撑梁的抗弯计算强度小于满足条件2挠度验算：最大挠度水平支撑梁的最大挠度小于钢结构设计规范() 参照地方标准 满足满足条件悬挑梁的整体稳定性计算水平钢梁的稳定性计算满足条件锚固段与楼板连接的计算1. 水平钢梁与楼板压点如果采用钢筋拉环，拉环最小直径：2. 水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓：楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度要大于：3. 水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，混凝土局部承压：楼板螺栓的所能承受的最大轴向拉力满足条件3.2 特殊部位挑梁结构计算3.2.1楼梯口、转角挑梁结构布置图根据楼梯间及转角结构情况布置挑梁结构平面，确定挑梁及连梁种类数量。楼梯口、转角结构平面图楼梯间、转角挑梁结构布置图3.2.2楼梯口挑梁计算模型楼梯间洞口处挑梁计算模型3.2.3楼梯口挑梁结构强度、整体稳定、挠度计算结果构件名称最大弯矩()抗弯承载力()抗剪承载力()整体稳定()挠度()截面型号LL-129.08110.7329.03116.312.8620b工字型钢TL-320.7378.906.02122.44.4620b工字型钢风荷载对悬挑结构计算影响较小可以忽略3.3.3转角部位挑梁结构计算转角部位挑梁结构计算模型3.2.4转角部位挑梁结构强度、整体稳定、挠度计算结果构件名称最大弯矩()抗弯承载力()抗剪承载力()整体稳定()挠度()截面型号TL-432.0371.9811.5260.8311.3725b工字型钢TL-5140.76193.7274.02151.2719.1732b工字型钢TL-675.31142.3627.36149.9311.2418号工字型钢TL-755.33124.5813.50130.9918.0725b工字型钢TL-844.0778.619.1382.4923.1328b工字型钢风荷载对悬挑结构计算影响较小可以忽略对挠度较大的可采取钢丝绳斜拉锁降低挠度变形。4悬挑脚手架挑梁施工应注意的问题悬挑脚手架在搭设之前，应制定施工方案和专项安全技术措施并绘制施工图，严格按照设计、施工方案进行搭设，钢丝绳不得作为悬挑结构的受力杆件。安装悬挑结构前，必须在建筑结构内准确放线定位并检查预埋件的质量。待结构混凝土达到一定强度后，方可安装和固定悬挑结构。若采用螺栓连接，宜采用套板安装预埋锚固螺栓，并采用双螺母，保证螺杆露出螺母不少于3扣。悬挑脚手架搭设完毕后，方案编制人员、审批人员必须参加验收，确认符合设计要求，并签署意见后方可投入使用。作者简介： 胡兆文 ， 男， 1963年11月10日出生，山东德州人。山东德建集团有限公司总工程师，高级工程师。王宝雨， 男， 1954年4月10日出生，山东泰安人。中国水电十三局安哥拉项目部总工程师。唐志勃， 男， 1975年5月17日出生，山东德州人。山东德建集团有限公司子公司总工程师。9