德盈广场外墙多立杆悬挑脚手架设计与施工技术

张明

[摘要] 本文通过对建筑外观造型复杂的南京德盈广场工程外脚手架采用了多立杆悬挑架的搭设方案，节约了施工材料，增加了脚手架整体稳定性，为类似工程施工提供参考。

[关键词]多立杆悬挑脚手架

1.工程概况

南京德盈广场工程1#-9#楼，总建筑面积350000㎡，框架剪力墙结构，裙楼5层，地下2层，地上28层。标准层层高3.0m，建筑高度99.5m。该工程由江苏双楼建设集团有限公司承建、江苏三益监理公司监理。

2.建筑特点及技术难点分析

南京德盈广场工程建筑设计新颖，造型风格独特，但工程结构造型复杂，外立面凹凸、转角、阳台、飘板变化多端，对外墙围护脚手架搭设、剪刀撑设置带来一定困难，并影响脚手架外观及整体稳定性。

3. 脚手架搭设方案

3.1 常规搭设方案与多立杆搭设方案比较

3.1.1 常规搭设方案

常规搭设方案见图1（a），其至少存在以下问题：

（a）常规方案平面图 (b) 多立杆搭设方案平面图

图1常规方案与多立杆搭设方法

（1）建筑物转角处需设置至少多三根悬挑梁；（2）楼层内悬挑梁尾部固定端过于集中（图中圆圈处）；（3）悬挑梁在楼层内锚固长度不足；（4）拉结钢丝绳数量多且拉结点难于设置在悬挑梁所在垂直面内；（5）脚手架随建筑物凹凸多变的外立面搭设，剪刀撑设置困难、架体整体稳定性受削弱、外形美观协调不足；（6）架体搭设困难。

3.1.2 多立杆搭设方案

多立杆搭设方案见图1（b），与常规搭设方案相比，具有以下优点：

（1）建筑物转角处纵向间距按常规尺寸设置悬挑梁，减少了悬挑梁数量；（2）楼层内悬挑梁尾部固定端平行设置，受力均匀合理；（3）悬挑梁在楼层内锚固长度可达到规范要求；（4）拉结钢丝绳数量减少且易于设置在悬挑梁垂直平面内；（5）脚手架架体整体稳定性提高，剪刀撑设置方便，外形美观协调；（6）便于搭设架体。

3.2 多立杆悬挑脚手架搭设方案

本工程多立杆悬挑脚手架搭设方案平面图见图2(a)，搭设尺寸见表1：。

（a）多立杆悬挑脚手架搭设平面图

（b）1-1剖面图 （c）3-3 剖面图

图2多立杆悬挑脚手架搭设平面图

表1 多立杆悬挑脚手架架体搭设方案

悬挑分段 1-5层为落地式脚手架，高28m；分6-13层、14-21层、22-28层三次悬挑，最悬挑高度24m。

一般构造 立杆纵距1.5m、横距0.90m、步距1.8m，连墙件按两步两跨每层设置，采用预埋圆钢压环锚固型钢。

选用材料 钢管采用Φ48×3.5（或按现场实测参数复核计算）

悬挑梁采用16号工字钢

悬挑梁压环、钢丝绳拉环均为Φ18圆钢

钢丝绳外径Ф15.5、公称抗拉强度2000 N/mm2（规格：6×19-15.5-2000）

工况1：平面1-1处 悬挑梁伸出墙面1.30m，见图2（b）

工况2：平面2-2处 悬挑梁后段锚固在砼外墙内，前段伸出1.30m（同工况1）

工况3：平面3-3处 悬挑梁伸出墙面2.60m，并设置4根立杆，见图2（c）

工况4：平面4-4处 悬挑梁伸出墙面2.00m，并设置3根立杆（同工况3）

4.脚手架设计验算

4.1 悬挑梁安装方式

因建筑物拐角部位（图1中3-3剖面）的悬挑梁最长，选择该部位的悬挑梁进行验算。如图1，16号工字钢悬挑梁平放在建筑物楼面上，外悬挑长度2.6m，建筑物内锚固长度3.4 m，锚固点预埋Ф18mm圆钢压环，楼板混凝土强度等级C30。

4.2悬挑梁验算

悬挑梁按照连续梁计算，其承载结构简图见图3，脚手架各立杆对悬挑梁的荷载为：F1=11.322kN、F2=10.878kN、F3=11.061kN、F4=3.221kN，悬挑梁自重荷载设计值 q=1.2×20.5×10/1000=0.246kN/m；采用“品茗安全计算软件”计算出悬挑梁内最大弯矩为Mmax=3.001kN•m。

图3拐角部位悬挑梁承载结构简图

（1）强度验算

悬挑梁的计算力学模型及内力图见图4。根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)，悬挑梁的强度应满足式（1）：

（1）

式中：W – 悬挑梁抗弯截面模量，W=1.41×105mm3；

γ -截面塑性发展系数，γ=1.05；

N – 悬挑梁承受的轴向力，由“品茗安全计算软件”（2011版）解出N=18.91kN；

A – 悬挑梁截面积，A=2610mm2；

f- 钢材的抗弯强度设计值，f=215N/mm2；

（a）计算力学模型

（b）弯矩图(kN•m)

（c）剪力图(kN)

（d）挠度图(mm)

图4悬挑梁计算力学模型与结构内力图

σmax = 3.001×106/(1.05×141000)+18.91×103/2610= 27.510N/mm2< f = 205N/mm2，满足。

（2）抗剪验算

τmax = Qmax/(8Izδ)[bh02-(b-δ)h2]（2）

=11.42×1000×[88×1602-(88-6)×140.22]/(8×11300000×6)

=13.5N/mm2≤[τ]=170N/mm2，满足。

（3）挠度验算

νmax = 0.34mm ≤ [ν]=2×la/400 = 2×2700/400=13.5mm，满足。（3）

（4）悬挑梁单肢稳定性

悬挑梁单肢稳定性应满足下式：

σ= M/φbWx ≤[f]（4）

式中：φb - 均匀弯曲的受弯构件单肢稳定系数，查《钢结构设计规范》(GB/T50017-2003)附表B得φb=0.89；

则：σ= Mmax/(φbWx)= 3.01×106/(0.89×141×103)= 23.92N/mm2≤[f]=205N/mm2，满足。

4.4 钢丝绳及索具强度验算

（1）钢丝绳拉力

钢丝绳产生的支反力：由“品茗安全计算软件”（2011版）计算出：F1=22.45kN、F2=4.80kN；

钢丝绳拉力：NS1=FS1/sinα1=22.45/sin75.07°= 23.23kN = NSmax；NS2=FS2/sinα2=4.8/sin67.38°= 5.2kN。

（2）钢丝绳强度

由《钢丝绳》GB/T8996-1998知，钢丝绳的最大许用拉力为：

[Fg]=αFg/K， （6）

式中：— 不均匀系数，

— 钢丝绳的破断拉力，查《钢丝绳》（GB/T8996-1998）得，Fg=178.5kN；

— 安全系数，取 ；

得：[Fg] = 0.85×178.5/6 = 25.29kN > NSmax= 23.23kN，满足。

（3）钢丝绳拉环强度

取钢丝绳最大拉力NUmax作为钢丝绳拉环的计算拉力。钢丝绳的拉环的强度应满足下式：

σ=NUmax/ΣA≤[f] （7）

式中：ΣA — 拉环材料的截面积，拉环采用HPB235、Ф18圆钢制作，其截面积为：

；

[f] — 拉环材料的许用应力，按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第10.9.8条，每个拉环按2个截面计算的吊环，其计算应力应不大于[f]=50N/mm2；

则有：σ= NUmax/A = 23.45/508 = 46.2N/mm2≤[f]=50N/mm2， 满足。

4.5 悬挑梁后压环与楼板的连接强度

悬挑梁后压环的两侧弯头应压在楼板下层钢筋以下，两侧弯头长度应大于0.1m。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），由“品茗安全计算软件”计算出压环钢筋承受的拉力N =0.08kN，则压环钢筋应满足下式：

σ=N/(2A)=2×N/πd2 =2×0.08×103/(3.14×182)=0.16N/mm2≤[f]=50N/mm2, 满足。（8）

5. 脚手架搭设要求及安全管理

5.1脚手架搭设前应按《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》建质（2009）87号文的要求编制专项方案并经施工单位技术负责人审批；超过一定规模的危险性较大的脚手架搭设专项方案还必须经过专家论证。

5.2脚手架搭设人员必须是按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）规定，经过考核合格的专业架子工；脚手架搭设前应向搭设人员及使用人员进行专项方案安全技术交底。

5.3脚手架的构配件质量与搭设质量，应按《建筑施工安全检查评分标准》（JGJ59-99）的规定进行检查验收；

5.4立杆应采取钢管扣件刚性与建筑结构可靠连接；严禁随意拆除连墙件。

5.5脚手架使用期间，应及时清理架体上的建筑垃圾，不得超载。

5.6必须做好防火、防风、防雷电、防积雪等应急救援预案及相关措施。

6. 总结

随着国家社会发展，现如今新特工程越来越多，建筑工程施工安全尤其重要，本工程建筑外型复杂，对外围护脚手架的搭设要求提出了更高的要求，在通过项目部研究分析，提出了搭设多立杆悬挑脚手架方案并通过专家组论证审查，现场实施效果良好，满足了工程施工安全要求。

参考文献：

[1]品茗安全计算软件（2011版）

[2] 《钢结构设计规范》GB50017-2003

[3] 《钢丝绳》GB/T8996-1998

[4] 《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

[5] 《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》建质（2009）87号文

[6]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001

[7]《建筑施工安全检查评分标准》JGJ59-99

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。