第五章高层建筑施工用脚手架

高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年第五章高层建筑施工用脚手架高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年扣件式钢管脚手架的构造和设计方法；碗扣式钢管脚手架的构造、门式钢管脚手架构造和设计方法；附着升降脚手架、悬挑脚手架和外挂脚手架。教学内容教学要求掌握扣件式钢管脚手架的构造和设计方法；了解其他脚手架的构造和设计方法。《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008)高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年概述脚手架特点所受荷载变异性较大；扣件连接节点属于半刚性，且节点刚性大小与扣件质量、安装质量有关；脚手架结构、构件存在初始缺陷：杆件的初弯曲、锈蚀、搭设尺寸误差、受荷偏心等均较大；安全储备小。至今，以上问题的研究不完善。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年2010年3月31日下午，武汉市江汉路步行街唐氏集团所属俊华大厦正在装修的佰世威商业门面6层楼高的外墙脚手架发生坍塌。幸无人员伤亡。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年07年11月6日，陕西西安繁华闹市区南大街发生一起大面积脚手架倒塌事件，造成4人轻伤。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年2009年以来脚手架倒塌事故。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年由钢管及扣件组成的扣件式钢管脚手架。有以下特点：(1)承载力大；(2)装拆方便，搭设灵活；(3)比较经济。与其他钢管脚手架相比，加工简单，一次投资较少。扣件式钢管脚手架高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年适用范围：（1）工业与民用建筑，特别是多高层房屋（2）高耸建筑物（3）模板支撑架（4）上料平台（5）栈桥、码头（6）其他高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年单排脚手架和双拼脚手架高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年脚手架01规范规定，单排脚手架不适用下列情况：（1）墙体厚度小于或等于180mm;（2）建筑物高度超过24m；（3）空斗砖墙、加气块墙等轻质墙体；（4）砌筑砂浆强度等级小于或等于M1.0的砖墙；高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年扣件式钢管脚手架的基本构架形式(m)回转扣件直角扣件对接扣件高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年常用敞开式双排脚手架的构架尺寸(m)高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年注:①表中所示2+2+4×0.35(kN/m2)，包括下列荷载:2+2(kN/m2)是二层装修作业层施工荷载；4×0.35(kN/m2)包括二层作业层脚手板，另二层脚手板为《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130－2001）》规范规定的构造设置；3+2+4×0.35(kN/m2),3表示一层结构作用层施工荷载，见P152表5-9；②作业层横向水平杆间距，应按不大于la/2设置，（其中为立杆纵距）。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年脚手架钢管应采用现行国家标准，其质量应符合：材质要求：现行国家标准《碳素结构钢》(GB／T700)中Q235-A级钢的规定；脚手架钢管的尺寸应按表5-3采用；脚手架钢管的截面特性如表5-4；钢管上严禁打孔。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年表5-3脚手架钢管尺寸(m)表5-4脚手架钢管的截面特性指标高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年用扣件连接的钢管脚手架，其水平杆的轴线与立杆轴线在主节点上并不汇交在一点；当纵向或横向水平杆传荷载至立杆时，存在偏心距53mm，如图所示；在一般情况下，此偏心产生的附加弯曲应力不大，为了简化计算，予以忽略；高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年脚手板（1）可采用钢、木、竹材料制作；（2）其质量和尺寸允许偏差应符合规范验收条件，并应有防滑措施。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年作用于脚手架的荷载类型：永久荷载(恒荷载)；可变荷载(活荷载)。扣件式钢管脚手架的荷载及其组合脚手架的荷载永久荷载(恒荷载)可分为：(1)脚手架结构自重；(2)构、配件自重。包括：脚手板；栏杆；挡脚板；安全网等防护设施的自重。建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130—2001高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年可变荷载(活荷载)可分为：(1)施工荷载：包括：作业层上的人员；器具和材料的自重。(2)风荷载。永久荷载标准值应符合下列规定：(1)每米立杆承受的结构自重标准值，宜按课本表5-5采用；(2)冲压钢脚手板、木脚手板与竹串片脚手板自重标准值，应按课本表5-6采用；(3)栏杆与挡脚板自重标准值，应按课本表5-7采用；(4)脚手架上吊挂的安全设施(安全网、苇席、竹笆及帆布等)的荷载应按实际情况采用；常用构配件与材料、人员自重应按课本表5-8采用。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年表5-5φ48×3.5钢管脚手架每米立杆承受的结构自重标准值gk(kN/m)高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年作用于脚手架上的水平风荷载标准值，应按下式算：ωk=0.7μzμsω0式中：ωk:风荷载标准值(kN／m2)；μz:风压高度变化系数，见课本表5-10；μs:脚手架风荷载体型系数，按课本表5-12的规定采用；ω0：基本风压(kN/m2)，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年设计脚手架的承重构件时，应根据使用过程中可能出现的荷载取其最不利组合进行计算，荷载效应组合宜按下表采用。脚手架的荷载效应组合脚手架的荷载组合高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年计算主要内容：(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载力计算；(2)立杆的稳定性计算；(3)连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算；(4)立杆地基承载力计算。扣件式钢管脚手架的设计计算基本设计规定高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年纵向、横向水平杆的抗弯强度应按式计算：σ=M/W≤fM：纵向、横向水平杆弯矩设计值按下式计算：M=1.2MGk+1.4MQkMGk：脚手板自重标准值产生的弯矩；MQk：施工荷载标准值产生的弯矩；W：截面模量，可查参考资料表格；f：钢材的抗弯强度设计值。纵向水平杆、横向水平杆计算高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年纵向、横向水平杆的挠度：v≤[v]式中：v——挠度；[v]——容许挠度。注意：计算纵向、横向水平杆的内力与挠度时，不考虑扣件的弹性嵌固作用(偏于安全)，纵向水平杆宜按三跨连续梁计算，计算跨度取纵距la。横向水平杆宜按简支梁计算，计算跨度l0可按下图所示采用。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年双排脚手架的横向水平杆的构造外伸长度a≤500，其计算外伸长度(即荷载分布范围)a1=300mm；水平杆自重与脚手板自重相比甚小，可忽略不计。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年纵向或横向水平杆与立杆连接时,扣件的抗滑承载力应符合下式规定：R≤Rc式中：R--纵向、横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；Rc--扣件抗滑承载力设计值。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年（1）立杆的稳定性计算不组合风荷载时:N/(φA)≤f组合风荷载时:N/(φA)+MW/W≤fN:计算立杆段的轴向力设计值；Φ:轴心受压构件的稳定系数，应根据长细比查表5-21取值；f：钢材的抗压强度设计值。MW：计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩W：截面模量，可查表立杆计算高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年不组合风荷载:N=1.2(NG1K+NG2K)+1.4∑NQK组合风荷载:N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4(∑NQK+NWK)NG1K：脚手架结构自重标准值产生的轴向力；NG2K:构配件自重标准值产生的轴向力；∑NQK:施工荷载标准值产生的轴向力总和，内、外立杆可按一纵距(跨)内施工荷载总和的1/2取值;NWK:风荷载产生的轴向力高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年Φ:轴心受压构件的稳定系数，应根据长细比查表5-21取值:λ:长细比，λ=l0/i；l0:计算长度；l0=kμhk：计算长度附加系数，1.155；μ：考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，按表5-22取值；h：立杆步距；i：截面回转半径，可查表；A：立杆的截面面积，可查表。1kGN2kGNλλ高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年MW：计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩：MW=0.85×1.4MWK=0.85×1.4ωklah2/10MWK：风荷载标准值产生的弯矩；ωk：风荷载标准值；la：立杆纵距；f：钢材的抗压强度设计值。WMWkMkωal（2）立杆稳定性计算部位的确定应符合下列规定：•当脚手架搭设尺寸采用：相同的步距、立杆纵距、立杆横距和连墙件间距时，应计算底层立杆段；高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年•当脚手架搭设尺寸中的步距、立杆纵距、立杆横距和连墙件间距有变化时：除计算底层立杆段外；还必须对出现最大步距或最大立杆纵距；立杆横距、连墙件间距等部位的立杆段进行验算；•双管立杆变截面处主立杆上部单根立杆高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年脚手架有两种可能的失稳形式：整体失稳，局部失稳；整体失稳：内、外立杆与横向水平杆组成的横向框架，沿垂直主体结构方向大波鼓曲现象，波长均大于步距，并与连墙件的竖向间距有关；局部失稳：立杆在步距内发生小波鼓曲，波长与步距相近，内、外立杆变形方向可能一致，也可能不一致。图5.7双排脚手架的整体失稳1—连墙件2—失稳方向高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年当脚手架以相等步距、纵距搭设，连墙件设置均匀时，在均布施工荷载作用下，立杆局部稳定的临界荷载高于整体稳定的临界荷载，脚手架破坏形式为整体失稳；当脚手架以不等步距、纵距搭设，或连墙件设置不均匀，或立杆负荷不均匀时，两种形式的失稳破坏均有可能。整体失稳是脚手架的主要破坏形式，计算只对整体稳定；为了防止局部立杆段失稳，脚手架规范除将底层步距限制在2m以下外，应规定对可能出现的薄弱的立杆段进行稳定性计算。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年以上计算的轴向力N值计算可以忽略施工荷载的偏心作用：原因：施工荷载一般是偏心地作用于脚手架上，上下层的交叉，使分担的施工荷载趋于均匀；脚手架结构自重产生的最大轴向力与由不均匀分配施工荷载产生的最大轴向力不会同时相遇。规定脚手架高度不宜超过50m的依据：(1)根据国内几十年的实践经验及对国内脚手架的调查，立杆采用单管的落地脚手架一般在50m以下；(2)搭设高度超过50m时，钢管、扣件的周转使用率降低，脚手架的地基基础处理费用也会增加。高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年(3)参考国外的经验，如美国、德国、日本等也限制落地脚手架的搭设高度，美国为50m，德国为60m，日本为45m；脚手架搭设高度限值[H]，是考虑到脚手架是施工现场搭设的临时结构，其结构安全度受人为因素影响很大，高度越高不安全隐患越大；为确保高层脚手架的安全，特按照英国标准《脚手架实施规范》(BS5975—1982)作此规定。当需要的搭设高度大于50m时，一般都比较慎重地采用了加强措施：如：采用双管立杆；分段卸荷；分段搭设等方法高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年连墙件的轴向力设计值计算：Nl=N1W+N0式中：Nl：连墙件轴向力设计值(kN)；N1W：风荷载产生的连墙件轴向力设计值，Nlw=1.4ωkAWωk：风荷载标准值AW：每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧面的迎风面积；N0：连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力(kN)，单排架取3，双排架取5。连墙件计算高层建筑施工北京大学出版社张厚先主编2011年立杆基础底面的平均压力应满足：p≤fg式中：p：立杆基础底面的平均压力，p=N/A；N：上部结构传至基础顶面的轴向力设计值；A：基础底面面积；fg：地基承载力设计值，fg=kcfgk；kc：脚手架地