悬挑钢管外脚手架计算及施工方法

悬挑钢管外脚手架计算及施工方法（一）方案选择本工程悬挑外架采用工字钢、钢管、扣件、安全网、钢丝绳等材料进行搭设。（二）施工工序：悬挑层施工预埋→穿插工字钢→焊接底部定位钢筋→搭设架体→加斜拉钢丝绳→铺钢筋网、安全网。（三）搭设方式：搭设方式如下图所示，搭设范围见架空层悬挑外架布置图。（四）技术细节1、在架空层板筋绑扎之前，按架空层悬挑外架布置图埋设悬挑外架用钢筋，其包括板面穿插工字钢用钢筋、外架转角处支撑钢筋。2、须待悬挑层砼达到设计强度时方可穿插工字钢搭设上部外架。3、悬挑架立杆间距分别为：纵向间距见架空层悬挑外架布置图，横向@1050，横杆步距1800。4、为了保证外架立杆间距均匀，架身美观整齐。外架起步架子制作成简易桁架，以便调节立杆间距并确保立杆荷载传递到工字钢上。5、工字钢上每根立杆下双钢管并排，每一立杆均落在并排双钢管上，套在与钢管焊接的钢筋支座上。具体做法详见下图。6、每层设连墙杆，连墙杆连接方式详见下图，连墙杆每隔6000左右设立一道。7、转角处外架由于无法挑工字钢，则采用钢筋支撑，每隔二层卸载的方式搭设，如下左图所示。需用此种方法处理的外架位置见架空层处架布置图：大横杆距工字钢面200mm开始搭设。相邻步架的大横杆应错开布置在立杆的里铡和外侧。立杆和大横杆必须用十字扣件扣紧，不得隔步设置或遗漏。10、小横杆贴近立杆设置，搭于大横杆上。在立杆之间可根据需要加设小横杆，但在任何情况下均不得拆除贴近立杆的小横杆。11、剪刀撑沿架高连续布置，斜杆与地面夹角为45ο~60ο，每6根立杆开始加设，剪刀撑的斜杆除两端用旋转扣件与外架相连外，在其中间应增设2～4个扣结点。12、每一悬挑段铺钢筋网板层数不得超过8层，作业层为两层。13、立杆、大横杆的接头位置如上右图所示，架设时应注意挑选钢管长度。14、水平斜拉杆，设置在有连墙杆的步架平面，人，以加强外架的横向刚度。15、悬挑架外围满挂安全网。（五）安全防护应在安全人员和技术人员的监督下由熟练工人负责搭设；脚手架的检查分验收检查、定期检查和特别检查；使用中要严格控制架子上的荷载，尽量使之均匀分布，以免局部超载或整体超载；使用时还特别注意保持架子原有的结构和状态，严禁任意拆卸结构杆件和连墙拉结及防护设施。挑外架防坠棚：在每次悬挑架开始层搭设，采用挑檐的形式，用于防止重物直接坠落。（六）注意事项1、按照规定的构造方案和尺寸进行搭设。2、及时与结构拉结或采用临时支撑，以确保搭设过程安全。3、拧紧扣件。4、有变形的杆件和不合格扣件（有裂纹、尺寸不合适、扣接不稳等）不能使用。5、搭设工人必须配挂安全带。随时校正杆件垂直和水平偏差，避免偏差过大。6、没有完成的外架，在每日收工时，一定要确保架子稳定，以免发生意外。7、外架的防雷措施，采用常用的镀锌管接地方案。在雷雨天施工时，一般情况下不允许工人在架子上施工操作。（七）悬挑外架计算：1、主要材料及力学参数：18厚工字钢：容重24.13kg/m，截面抵抗矩WX=185.4cm3,SX=106.5cm3,抗弯容许应力[б]m=215N/mm2,[б]v=205N/mm2。Φ48×3.5mm钢管：容重3.82kg/m，截面抵抗矩WX=5.08cm3,回转半径i=1.5cm，截面积A=4.89cm2,抗弯容许应力[б]m=205N/mm2。2、主要技术参数：悬挑外架高度为：28.0m。立杆纵距a=1.5m，立杆横距b=1.05m，步距h=1.80m，内立杆距墙b==0.3m。外架与建筑主体结构连接点的布置，竖向间距H1=2.8m，水平距离H2=4L=6.0m。斜拉钢丝绳每隔五层卸载，间距L2=a=1.5m。脚手架钢脚手板铺设层数为六层。方案设计中，脚手架上铺设钢筋网板共八层，经验算八层钢筋网板荷载远小于六层钢脚手板荷载，因此，计算取值以六层钢脚手板为准，便于查表计算。3、荷载计算：（1）垂直荷载的传递路线：施工荷载→钢脚手板→小横杆→大横杆→通过扣件抗剪→立杆简易桁架→悬挑工字钢。（2）荷载取值：①结构施工用脚手架施工活荷载标准值取为：qk=3.0KN/m2。②作用于外架的风荷载标准值：（见高层建筑施工手册公式4-4-1）ω=0.75β2μzμstwω0其中，ω0——基本风压值，取0.50KN/m2β2——风振系数，取1.0。μz——风压高度变化系数，取1.72。μstw——风压体型系数，查表得0.2496。∴ω=0.75×1×1.72×0.2496×0.5=0.161(KN/m2)③恒载钢脚手板自重245N/m2钢管自重3.82kg/m扣件自重9.8N/个（3）荷载分项系数的选择：永久荷载的分项系数，采用1.20。可变荷载的分项系数，采用1.40。脚手架验算。①小横杆验算：小横杆受力按简支梁计算，其上承受施工荷载，钢脚手板荷载，小横杆自重。同时，由悬挑架设计可知小横杆间距500。则荷载组合值为：q=1.2×(3.82×9.8×10-3+0.245×0.5)+1.4×3.0×0.5=2.36KN/m跨中弯矩为：M=——ql2=——×2.36×1.052=0.33KNmM0.33×106小横杆受弯应力为：б=—=————=64.96N/mm2[б]=205N/mm2W5.08×103符合要求。11其支座反力为：N=——ql=——×2.36×1.2=1.42KN22②大横杆验算：大横杆受力按三跨连续梁考虑，其上承受小横杆传来压力及自重。且大横杆间距为1.5m。由小横杆传来压力产生的最大弯矩为：M1=0.311×N×1.5=0.311×1.42×1.5=0.662KNm由大横杆自重产生的最大弯矩为：M2=0.117ql2=0.117×3.82×10-3×1.502=0.001KNmM1+M2（0.662+0001）×106则：б=———=—————————=130.52N/mm2[б]=205N/mm2W5.08×103符合要求。③立杆验算：立杆设计由稳定计算控制，脚手架的稳定计算必须计算其结构的整体稳定及单杆的局部稳定。计算脚手架的整体稳定及单杆局部稳定时，其强度设计值应乘以相应的调整系数KHKA，其中KH为与脚手架的高度有关的调整系数，取11KH=———=————=0.781；1+H1+28————100100KA为与立杆截面有关的调整系数，当脚手架内、外排立杆均采用单根钢管时，取KA=0.85。a.整体稳定验算：脚手架的整体稳定按轴心受力格构成压杆计算，当考虑风荷载时，需满足如下公式的要求：NM——=———≤KAKH[б]ΨAbA其中，N——格构式压杆的轴心压力。由立杆纵距1.5m；外架步距1.8m，查《高层建筑施工手册》表4—4—4得脚手架自重产生的轴力NGK1=0.442KN。由立杆横距1.02m；立杆纵距1.5m；脚手架铺设层数六层，查《高层建筑施工手册》表4—4—5得脚手架附件及物品重产生的轴力NGK2=4.185KN。由立杆横距1.02m；立杆纵距1.5m；均布施工荷载3.0KN/m2，查《高层建筑施工手册》表4—4—6得一个纵距内的脚手架施工、荷载标准值产生的轴力NQK=6.30×2=12.60KN。则：N=1.2(n1NGK1+NGK2)+1.4NQK28=1.2×〔——×0.442+4.185〕+1.4×12.60=30.93KN1.8M——风荷载作用对格构成压杆产生的弯矩，为：Qh120.161×1.82M=———=—————=0.065KNm88Ψ——格构压杆的整体稳定系数，由换算长细比λcx=μλx=25×10.28=257，查《高层建筑施工手册》表4—4—7得ψ=0.242。NM30.93×1030.065×106则：——+——=————————+————————ΨAbA0.242×4.89×2×1021050×4.89×2×102=130.68+0.0633=130.74N/mm2＜KAKH[б]=0.781×0.85×205=136.13N/mm2符合要求。b.单杆局部稳定验算：双排脚手架单杆局部稳定需满足如下公式要求：N1——+бM≤KAKH[б]Ψ1A1N其中，N1——单根立杆的轴心压力，取N1=——=15.46KN。2Ψ1——立杆稳定系数，由λ1=h/I=180/15=120，查《高层建筑施工手册》表4—4—7得Ψ1=0.452。бM——操作层处水平杆对立杆偏心传力产生的附加应力。当施荷载取3000N/m2时，取бM=55N/mm2N115.46×103——+бM=————————+55Ψ1A10.452×4.89×102=124.95N/mm2＜KAKH[б]=135.92N/mm2符合要求。④连墙点抗风强度验算：风荷载对每个连墙点产生的拉力或压力Nt=1.4H1L1ω=1.4×2.8×6.0×0.161=3.79KN单个扣件连结的抗压或抗拉设计承载力为6KN/个，符合要求。⑤高度验算:由悬挑工字钢上的每段脚手架最大搭设高度,按《高层建筑施工手册》公式4—4—11计算:HHMAX≤————1+H——100KAΨAf-1.30(1.2NGK2+1.4NQK)其中，H=—————————————•h1.2NGK10.85×48.491-1.3(1.2×4.185+1.4×12.60)=———————————————————•1.8=39.911.2×0.442ΨAf由《高层建筑施工手册》表4—4—10查得为ΨAf=48.491。H39.91则：最大允许搭设高度HMAX=———=—————=28.50m＞28m1+H1+39.91—————100100符合要求。⑥分段卸荷措施：分段卸载措施采用斜拉钢丝绳的方法，起步架卸载一次，每隔五层卸载一次，卸载高度为2.8×5=14.0m，符合搭设高度要求。下面验算钢丝绳的强度要求。a.所卸荷载，应考虑架子的全部荷载由卸载点承受，本工程的每个纵距，共有4个斜拉点，每个吊点所承受荷载P1为：N30.93P1=——×KX=———×1.5=11.60KN44式中KX为荷载不均匀系数，取为1.5。b.计算简图确定，钢丝绳内力计算。计算简图如下图所示2.82+1.352则：TAO=P1×——————=1.11P1=12.88KN2.81.35TAB=-P1×————=-0.48P1=-5.57KN2.82.82+0.32TBO=P1×——————=1.006P1=11.67KN2.80.30TBC=-〔P1×———+TAB〕=-6.81KN2.8c.验算钢丝绳抗拉强度：由上计算可知，钢丝绳的计算拉力取为：PX=12.88KN考虑钢丝绳受力不均匀的钢丝破断拉力换算系数，从《高层建筑施工手册》表4—4—13查得，为α=0.85。取钢丝绳使用的安全系数，查《高层建筑施工手册》表4—4—24得K=8。采用6×19，绳芯1钢丝绳。KPx8×12.88Pg=——=—————=121.22KNα0.85选用Φ15.5，Pg=125.0KN＞121.22KN。选择与钢丝绳配套使用的卡环，号码为2.7号，安全荷重为27KN＞12.88KN,符合要求。d.计算工程结构上的预埋吊环：根据《砼结构设计规范》规定，吊环采用一级钢制作，吊环埋入深度不应小于30d，并应焊接或绑扎钩住结构主筋，每个吊环可按两个截面计算。则：吊环钢筋截面积2PX12.88×2Ag=———=————×1000=61.33mm22×210420选用3Φ8，Ag=151mm2＞61.33mm2。符合要求。e.验算吊点处扣件抗滑承载能力：吊点处水平方向分力最大值TBC=6.81KN，垂直方向分力最值为11.60KN,都只需两个扣件即可满足要求，搭设的外架在吊点处已有两个扣件，符合要求。5、脚手架承重结构计算：①由于本工程为剪力墙结构，结构上不允许将工字钢穿设在结构暗柱上，导致工字钢间距不均匀，为了便于调节立杆间距保持外架美观，则采用制作简易钢管桁架落在工字钢上的办法。（详见方案）由此，需验算钢管桁架的承受能力。考虑最不利情况，计算简图如下：F=15.46KN。由此计算而得的杆件内力及工字钢反力如下图所示：由此，需计算压杆的稳定设