斜拉式悬挑外脚手架设计方案

外脚手架设计方案一、工程概况江油地区科研办公用房主楼正立面17层、两侧山墙18-19层由于玻璃幕墙凹入1.0M，，电动吊篮无法施工，需搭设临时用脚手架。二、脚手架方案选型因本工程正面、两侧山墙玻璃幕墙位置17层吊篮无法施工，必须搭设脚手架。楼面上没有预埋件，而且正面只有一层。两侧山墙为两层，经综合考虑，反复研究及讨论，决定：在该三个部位搭设悬挑脚手架，自17层楼面开始悬挑向上搭设，在楼面搭设双排脚手架，立杆到顶，上部用调节支撑座顶住上层楼板，大横杆调节支撑座顶住两侧墙体或柱体，用横距1.0m纵距1.5m以内，步距1.8m。正立面高度3.6米，两侧山墙高度7.2米，高度低，跨度短，每层底部挑出横杆端头用φ12.5钢丝绳（6×19）和M20花篮螺栓组成的拉索与上层楼板边缘预埋铁钩连接。三、主楼悬挑外脚手架计算书1、脚手架基本参数：脚手架总高正立面3.6米，两侧山墙高度7.2米，底层架子由17层楼面搭设，每步横杆挑出，脚手架步距1.5m，纵距1.5m，横距1.0m。2、荷载计算：按照JGJ130-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（以下简称《规范》）要求，按最不利情况计算。内侧隔步加设防护栏杆及内封闭，最大搭设高度7.2m，脚片在施工部位铺设，外挂密目式安全网，荷载计算如下：悬挑横杆恒载标准值：立杆钢管1.8×2×38.4＝69.12N大横杆1.5×2×38.4＝115.2N直角扣件5×13.2＝66N对接扣件（4×1.5＋1.8）/5×18.4＝28.70N（钢管统一按5m长折算）回转扣件2/5×14.6＝5.84N（剪刀撑用，折算至每步每跨）安全网1.5×1.8×2＝5.4N（自重参考《建筑安全》2002年第5期）每步横杆恒载合计：290.26N③、内、外立杆活载标准值（按最大安装施工荷载1KN/㎡，单层施工计）:NQK＝1.0×1×1＝1.0KN最大弯曲正应力的计算公式是：σ=M/（γx*Wnx）。其中：M是钢管承受的最大弯矩；γx——截面的塑性发展系数；对于钢管截面，取为1.15，Wnx——钢管净截面模量，也称为净截面抵抗矩。如果截面3、挑脚手架设计计算:①、大横杆抗弯计算及小横杆抗弯计算略。②、立杆稳定性计算，取底步外立杆（因外立杆受力较大，且需考虑风荷载）,连墙件按二步二跨设置：An＝5980㎜2（取值参考《建筑安全》2002年第4期）Aw＝10000㎜2（取值参考《建筑安全》2002年第4期）φ＝1.2An/Aw＝0.72（《规范》表4.2.4注2）μs＝1.3φ＝0.936（《规范》表4.2.4）μz＝2.02（GBJ9《建筑结构荷载规范》B类地区，90m高度）ωo＝0.45KN/㎡（GBJ9《建筑结构荷载规范》嘉兴地区）ωk＝0.7μsμzωo＝0.7×0.936×2.02×0.45＝0.60KN/㎡Mw＝0.85×1.4Mwk＝0.85×1.4ωkLAh2/10＝0.85×1.4×0.60×1.5×1.82/10＝0.35KN·mMW/W＝0.35×106/(5.08×103)＝68.90MPa连墙件按二步二跨设置，查《规范》表5.3.3得μ＝1.5k＝1.155h＝1.8mLo＝kμh＝1.155×1.5×1.8＝3.12m工程采用φ48脚手钢管，查《规范》附录表B得i＝1.58㎝A＝4.89㎝2λ＝L0/i＝3.12×102/1.58＝197.47查《规范》附录表C得:φ＝0.185N外/(φA)＝10.76×103/(0.185×4.89×102)＝118.94MPaN外/(φA)＋MW/W＝118.94＋68.90＝187.84MpA＜f＝205MPa立杆稳定性满足要求。③、按稳定性计算脚手架最大搭设高度（考虑风荷载,取外立杆）：因地区规定，标化工地每步均须铺设脚手片，故与《规范》中的受力情况有所不同，NG2K每步均有，可并入gk考虑，其中gk＝NGK外/（11×1.8）＝5.464/（11×1.8）＝0.276KN/m故公式（5.3.6-2）：1.2Hsgk＝φAf－[1.2NG2K＋0.85×1.4(∑NQK＋φAMWk/W)]可改为：1.2Hsgk＝φAf－0.85×1.4(∑NQK＋φAMWk/W)Hs＝[φAf－（0.85×1.4∑NQK＋0.85×1.4φAMWk/W）]/1.2gk∵0.85×1.4MWk/W＝MW/W＝68.90MPa∴Hs＝[0.185×489×205－(0.85×1.4×3.0×1000＋0.185×489×68.90)]/(1.2×0.276×1000)＝26.40m[H]＝Hs/（1＋0.001Hs）＝26.40/（1＋0.001×26.40）＝25.72m即脚手架最大搭设高度为25.72m，本工程搭设高度为19.8m，满足要求。④、连墙件计算（每二步二跨设一连墙件，以100m高度处进行计算），采用φ20钢筋埋入混凝土内，钢管上钻φ22孔销接，钢管与两根立杆用扣件连接：A、受力情况计算：An＝5980㎜2Aw＝10000㎜2φ＝1.2An/Aw＝0.72μs＝1.3φ＝0.936μz＝2.09(B类地区，100m高度)ωo＝0.45KN/㎡ωK＝0.7μsμzωo＝0.616KN/㎡Nlw＝1.4ωKAw＝1.4×0.616×3.6×3.0＝9.31KNNo＝5KNNl＝Nlw＋No＝9.31＋5＝14.31KNB、扣件抗滑移验算：采用两个扣件与立杆相连，Rc＝8×2＝16KN＞14.31KN,满足要求。C、连接钢筋抗剪验算：τ＝Nl/A＝14.31×103/(3.14×202/4)＝45.57MPa＜fv＝120MPa连接钢筋满足要求。D、钢管净截面强度验算：σ＝Nl/（A-2dt）＝14.31×103/(489－2×22×3.5)＝42.72MPa＜f＝205MPa钢管强度满足要求。⑤、外挑结构验算：受力简图如图，采用[12槽钢作钢梁，φ12.5钢丝绳（6×19）作吊杆，楼层层高3.25m，吊杆与钢梁夹角为23.305°。A、槽钢抗弯验算(按简支梁计算)：N外＝10.76KNN内＝9.73KNMmAx＝(9.73×0.4/1.4)×1.0＝2.78KN·m选用[12槽钢，Wx＝61.7㎝3σ＝MmAx/Wx＝2.78×106/(61.7×103)＝45.06MPa＜f＝205MPa满足要求。B、吊杆计算：F＝N/Cos23.3050＝(N外＋N内×0.4/1.4)/Cos23.3050＝(10.76＋9.73×0.4/1.4)/0.918＝14.75KN选用φ12.5钢丝绳（6×19），参照《建筑施工手册》第三版，查表21-2得Fg=114.5KN，查表21-5得a=0.85，查表21-6得K=6[Fg]＝aFg/K＝0.85×114.5/6＝16.22KN＞F＝14.75KN,满足要求。四、脚手架设计及构造要点1、悬挑架结构型式为槽钢梁加斜拉索组成的外挑结构。槽钢采用[12，安全系数4以上；斜拉索为φ12.5钢丝绳（6×19），安全系数6.5以上（钢丝绳安全系数6）。即中间如有一根吊索因意外原因断开仍能保证安全要求。槽钢及吊索于低应力状态下工作，其应变较小，能满足脚手架刚度要求。悬挑结构构造措施如图。2、连墙件为保证脚手架可靠受力的关键因素，因按计算要求，单个扣件抗滑移不够，故采用连墙钢管与脚手架内外两根立杆扣件连接，钢管与建筑物采用钢管上钻洞与预埋钢筋销接，以提高连接强度（构造如图）。在常规做法中，采用短钢管与内立杆扣件连接，因单个扣件抗滑移仅为8KN，而连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力按《规范》要求为5KN，即仅有3KN可用于抵抗风荷载引起的轴向力，一般情况下是难以实现的，特别是对于高层建筑，此种构造无法满足计算要求。3、因高层脚手架承受风荷载较大，脚手架的平面外刚度对保证其可靠受力相当重要，故自十八层楼面开始，每一悬挑段第九步上加设连续的水平斜撑，以增加架体整体刚度。（如图）五、使用效果评价本工程现已竣工，脚手架使用过程中，经历了夏季暴风雨的洗礼，未出现不安全状况，实践证明此种形式的脚手架是安全可靠的。斜拉式悬挑脚手架较其它斜撑式、悬臂式等悬挑脚手架大大节约了一次性投入成本，并且悬挑用具回收及重复利用率较高。下面是一个立杆间距的悬挑用具费用情况对比：项目纯悬挑斜撑式斜拉式水平梁[16，17.23㎏/m×3.5m×3.8元/㎏＝229.16元[12，12.31㎏/m×2m×3.8元/㎏＝116.95元[12，12.31㎏/m×2m×3.8元/㎏＝116.95元斜撑无[12，12.31㎏/m×3.5m×3.8元/㎏＝163.72元无拉索无无钢丝绳13.2元，绳卡10.8元，花篮螺栓15.3元，计39.3元其它材料固定钢梁钢筋约计17.8元固定钢梁钢筋及预埋件约计19.5元固定钢梁钢筋及吊钩约计18.5元人工5元15元12元小计251.96元315.17元186.75元本工程共计悬挑5层，每层立杆124档，采用斜拉式悬挑脚手架较纯悬挑式节约投资约40430元，较斜撑式节约投资约79620元，经济效益较为可观。纯悬挑式脚手架受力状况较为不合理，每层荷载由一层楼面承担，对楼面结构要求较高；斜撑式脚手架现场电焊工作量较大，施工较为不方便。斜拉式脚手架技术要求较高，须保证节点按方案要求连接可靠；拉杆需避开脚手架杆件并拉紧，以免影响受力性能；对管理要求较高，须定期重点检查拉杆张紧程度。通过严密的设计、精心的施工、有效的管理，斜拉式脚手架施工中需注意的问题均可得到解决，使其能在满足安全的前题下得到推广使用，发挥其经济效益。参考文献：[1]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130—2001）[2]《建筑施工手册》第三版[3]杜荣军：“有关正确理解和应用《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》设计计算规定的几个问题”，载于《建筑安全》2002年第4、5期。[4]周忠玉、陈同存：“按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》进行设计计算初探”，载于《建筑安全》2002年第4期。[5]牛广文：“扣件式钢管脚手架风荷载标准值计算”，载于《建筑安全》2003年第3期