高层建筑型钢悬挑脚手架的设计与施工

肖 成 安

(湖南华雁建设有限公司，湖南 衡阳 421001)

高层建筑型钢悬挑脚手架的设计与施工

肖 成 安

(湖南华雁建设有限公司，湖南 衡阳 421001)

以某框架结构工程为背景，对型钢悬挑脚手架的布置及相关参数进行了介绍，并对型钢悬挑脚手架的计算过程进行了说明，提出了针对悬挑脚手架施工的措施，为其在工程中的应用提供了参考。

高层建筑，型钢，悬挑脚手架

某工程为框剪结构；A栋地上29层，地下1层；1层，2层层高为5.0 m，其他标准层均为3 m。B栋地上30层，地下1层；首层层高为5.2 m，其他标准层均为3 m，两栋总建筑面积约为3万m2。在保证脚手架使用期内的安全性、耐久性以及经济性的前提下，使其构造简便，受力明确，易于装拆、检查及验收。结合本工程的实际情况，并综合考虑以往的施工经验，决定采用型钢悬挑脚手架。

1 材料选择

脚手架采用符合相关标准[1]，强度等级为Q235-A的钢管。管材表面平直光滑，要有出厂合格证，无裂纹、硬弯和划道等。使用前必须对抗弯、抗拉等力学指标进行检测，满足规范和设计要求方可使用。与钢管匹配的扣件不得有缺陷，如裂纹、砂眼、气孔、缩松等，达到标准[2]的要求。扣件的活动部位要灵活，钢管与扣件的贴合面应平整。同时，加在螺栓上的拧紧力矩达65 N·m时仍不会发生破坏。型钢采用Q235钢，其材质符合现行标准GB/T 700普通碳素结构技术条件的规定。其他材料均需符合国家有关要求。

2 型钢悬挑脚手架布置及相关参数

脚手架采用φ48×3.0钢管双排架。悬挑型钢采用16号工字钢，悬挑长度为1.2 m，锚固长度为1.8 m，其间距与脚手架立杆的间距一致。立杆纵距为 1.5 m，横距为0.9 m，步距为1.5 m。连墙杆的竖向间距 3.0 m，水平间距3.0 m。脚手板只能2层同时施工使用，施工的有效平均荷载按3.0 kN/m2考虑，按0.350 kN/m2计算脚手板自重标准值，按0.140 kN/m计算栏杆挡脚板自重标准值；按0.005 kN/m2考虑安全网等设施的自重标准值。根据风荷载规范按0.25 kN/m2计算本地基本风压值，计算连墙件强度时风载高度变化系数μz按2.034进行，计算立杆稳定性时风载高度变化系数μz按1.878进行，μs即风荷载体型系数按1.242考虑。

3 型钢悬挑脚手架计算

悬挑形式如图1所示，按每次悬挑6层考虑搭设高度，那么计算高度为19.5 m。

3.1 小横杆分析

根据大小横杆布置的关系，按简支梁对小横杆进行强度和挠度验算。自重标准值分别取小横杆P1=0.033 kN/m，脚手板P2=0.175 kN/m计，活荷载Q=1.5 kN/m，则：

荷载设计值q=1.2×(0.033+0.175)+1.4×1.5=2.35 kN/m。

1)强度计算。Mqmax=ql2/8=2.35×0.92/8=0.238 kN·m；σ=Mqmax/W=52.992 N/mm2；σ=52.992 N/mm2<[f]=205 N/mm2，满足要求。

2)挠度计算。挠度计算采用荷载标准值，q=1.71 kN/m；由均布荷载下的挠度计算公式c=5ql4/384EI得：νqmax=0.66 mm<[ν]=900/150=6<10 mm，符合设计要求。

3.2 大横杆分析

大横杆的计算简图如图2所示。由图可知，自重标准值P1=0.033×0.9=0.03 kN，P2=0.35×0.9×0.5=0.158 kN，活载Q=3×0.9×0.5=1.35 kN，因此，设计值P=0.5×[1.2×(0.03+0.158)+1.4×1.35]=1.06 kN。

1)强度验算。由均布荷载产生的最大弯矩由公式M=0.08ql2得，M1max=0.006 kN·m；由集中荷载产生的最大弯矩由公式M=0.267Pl得，M2max=0.424 kN·m；最大弯矩M=M1max+M2max=0.006+0.424=0.43 kN·m，因此，σmax=0.43×106/4 490=95.66 N/mm2<[f]=205 N/mm2，达到设计要求。

2)挠度验算。由小横杆产生的集中荷载P=0.5×(0.03+0.158+1.35)=0.77 kN，故，集中荷载引起的最大挠度νpmax=1.883Pl3/100EI=2.2 mm；

同理可得，均布荷载引起的最大挠度νmax=0.051 mm；

因此，ν=νmax+νpmax=2.251 mm<[ν]=1 500/150=10；满足设计要求。

3.3 脚手架立杆分析

作用于脚手架的静荷载有：1)立杆自重NG1=3.1 kN；2)脚手板自重(竹板标准值为0.35 kN/m2)NG2=0.35×4×1.5×(0.9+0.2)/2=1.155 kN；3)栏杆与挡板自重(竹片标准值为0.14 kN/m)NG3=0.14×4×1.5/2=0.42 kN；4)安全网等安全设施NG4=0.005×1.5×19.5=0.146 kN。

因此，静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3+NG4=4.83 kN；

立杆计算时，取纵距宽度施工荷载总和的一半计算，得NQ=4.05 kN；立杆的轴向压力设计值，考虑风载时,N=1.2NG+0.85×1.4NQ=10.6 kN；

不考虑风载时，N′=1.2NG+1.4NQ=11.5 kN；

风荷载标准值：Wk=μz·μs·ω0=0.25×1.878×1.242=0.57 kN/m2。

其中，ω0为基本风压，kN/m2；μz为风荷载高度变化系数，取值为1.878；μs为风荷载体型系数，取值为1.242；

风载引起的弯矩由公式M=0.9×1.4WkLah2/10，得Mw=0.23 kN·m；

立杆的截面回转半径：i=1.59 cm，净截面面积A=4.24 cm2，净截面模量W=4.49 cm3；

计算长度附加系数[3]k=1.155,计算长度系数μ=1.5，因此，长细比l0/i=kuh/i=163 ；查表得，稳定系数φ=0.265。

因此，立杆的稳定性如下：

考虑风荷载时，σ=N/(φA)+MW/W=145.6 N/mm2<[f]=205 N/mm2，满足设计要求。

不考虑风荷载时，σ=N/(φA)=102.0 N/mm2<[f]=205 N/mm2，满足设计要求。

3.4 型钢悬挑梁计算

悬挑型钢梁按照带悬臂的单跨梁计算，其中，型钢截面惯性矩I=1 130 cm4，截面模量W=141 cm3。如图3所示，A为墙支点，B为型钢梁与楼板的锚固点，悬挑部分受脚手架荷载N的作用。集中荷载N=1.2NG+1.4NQ=1.2×4.829+1.4×4.05=11.465 kN，自重q=2.61×10-3×78.5=0.205 kN/m。经计算得：

支座反力RA=N(2+k2+k1)+ql(1+k2)/2，RB=-N(k2+k1)+ql(1-k2)/2，支座弯矩MA=-[N(m1+m2)+qm2/2]悬挑端的最大挠度为：

其中，k=m/l=1.2/1.8=0.667，k1=m1/l=0.2/1.8=0.111，k2=m2/l=1.1/1.8=0.611。

因此，RA=31.477kN，RB=-8.178kN，MA=15.052kN·m，σmax=15 052 006.8/(1.05×141 000)=101.668N/mm2<[σ]=215N/mm2，符合设计要求。

根据规定[4]，悬臂梁的跨度按外伸长度的两倍计算，即2×1 200=2 400mm，νmax=5.8mm<[ν]=2 400/250=9.6mm,符合

设计要求。

根据受弯构件的整体稳定系数φb，悬挑梁的整体稳定性按公式σ=M/φbWx计算。

查表得：φb=2>0.6，根据规定[4]换算得，φb=0.93。

因此，σ=15.052×106/(0.93×141 000)=114.91N/mm2<[f]=215N/mm2；

整体稳定满足要求。

3.5 扣件抗滑分析

由前述可知P1=0.03kN，P2=0.05kN，P3=0.236kN，Q=2.025kN，因此，荷载设计值R=1.2×(0.03+0.05+0.236)+1.4×2.025=3.214kN。

根据规范[3]规定，直角、旋转单扣件承载力Rc=8.00kN>R=3.2kN，满足设计要求。

3.6 连墙件的计算

连墙件风荷载标准值按脚手架顶部高度计算：

Wk=μz·μs·ω0=2.034×1.242×0.25=0.619kN/m2；

其中，μz=2.034，μs=1.242，ω0=0.25。

由风引起的在连墙件产生的轴向力设计值Nlw=1.4×Wk×Aw=7.798kN，其中，Aw为连墙件受荷的迎风面积，取 9m2。根据规范[3]，连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0=3.0kN；因此，连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+N0=12.8kN；

连墙件允许承载力设计值Nf=φ·A·[f]=0.966×4.24×10-4×205×103=83.97kN；

其中，φ为轴心受压立杆的稳定系数；l为内排架距离墙的长度。

长细比l/i=200/15.9，查表得φ=0.966；

A=4.24cm2；[f]=205N/mm2；

Nl=12.798

4 悬挑脚手架施工相关措施

除了设计计算外，以下措施亦十分重要：1)立杆必须采用对接接头，并且接头位置交错，避免相邻立杆接头在同步同跨内，高度方向错开50cm以上；2)脚手架两端必须各设置一道剪刀撑，所有各相邻剪刀撑间距在15m以内；3)剪刀撑接长时其搭接长度应大于1m，并用2个以上旋转扣件固定；4)在主楼外架四角立杆之上设置避雷针，与横杆联通，形成避雷网，接地电阻不大于10Ω；5)脚手板集中堆料不得超重，施工荷载不得大于2.5kN/m2；6)不允许多层同时进行结构施工；装修时，不得同时超过两层；各层之间设置防护栏。

[1] GB/T 3091-2008，低压流体焊接钢管国家标准[S].

[2] GB 15831-2006，钢管脚手扣件标准[S].

[3] JGJ 130-2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[4] GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

[5] GB 50010-2011，混凝土结构设计规范[S]

The design and construction of type steel overhanging scaffold in high-rise building

XIAO Cheng-an

(HunanHuayanConstructionLimitedCompany,Hengyang421001,China)

Taking a shear structure project as the background, this paper introduced the layout and related parameters of type steel overhanging scaffold, and described the calculation process of type steel overhanging scaffold, put forward measures according to the overhanging scaffold construction, provided reference for its application in engineering.

high-rise building, type steel, overhanging scaffold

1009-6825(2014)11-0118-02

2014-01-22

肖成安(1972- )，男，博士，高级工程师

TU731.2

A