某工程悬挑脚手架设计计算

任　俊　周占学　吴　征

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000；2.河北东方石油建设工程有限公司，河北 涿洲 072750)



某工程悬挑脚手架设计计算

任俊1周占学1吴征2

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000；2.河北东方石油建设工程有限公司，河北 涿洲 072750)

首先对某高层住宅楼的悬挑脚手架进行施工方案选择，采用挑撑式承力结构，上部设置钢丝绳拉结作为安全储备，然后对脚手架立杆及工字形悬挑钢梁进行荷载计算及受力分析，验证了脚手架系统可靠性，可为类似工程提供参考.

悬挑脚手架；设计计算；受力计算

1　工程概况

本工程为如园小区1#、2#楼工程，由张家口市宣化九天房地产开发有限责任公司开发、张家口市宣化工程建设监理有限责任公司监理、张家口市宣化区古城建筑工程有限责任公司承建施工，建筑面积均为8 931 m2，地下一层、地上十一层，剪力墙结构.该工程层高为2.9 m、檐口高度为32.85 m.

本工程现已完成9层主体，正在进行10层主体施工，该工程拟采用的是悬挑脚手架做为外围护结构，该脚手架由九层楼面挑出钢梁采用18#工字钢，埋件为ф20螺栓，压板为63 mm×63 mm角钢，挑出长度为1.3 m，楼内挑梁长度均为挑出长度的1.25倍，阳台部分从墙外边挑出2.8 m，墙内挑梁长度为1.25×2.8 m.

2　悬挑脚手架施工方案的选择

在结构承力形式的布置上，悬挑脚手架可分为挑拉式、挑撑式、挑梁式、撑拉结合式四类：

(1)挑拉式.该脚手架是由钢梁和斜拉杆构成的，呈正三角结构，目的是承担上部的外脚手架荷载.对比斜压杆来说由于斜拉杆不存在压杆稳定性的问题，所以挑拉结构具有比较高的承载力，是悬挑脚手架主要承力结构形式的首选.钢梁间距的设置与外脚手架立杆的柱距相同，在设计结构与挑梁的连接时，一般设计为固接，也可为铰接.为了保障斜拉杆与挑梁的协同工作，应把斜拉杆长度设计成可调式.

(2)挑撑式.该脚手架是由钢梁和斜撑杆构成的(普通钢管扣件也可作于斜撑杆)，呈倒三角结构，是承担上部的外脚手架荷载.在三脚架布置的时候，可以根据柱和梁的位置或者是取三脚架的高度作为层高的办法(应用与框架结构).斜撑杆的压杆稳定性是设计时需要考虑的.在斜撑杆的两端应增加约束来防止压杆失稳.

(3)挑梁式.此脚手架是由从主体结构中挑出的钢梁作为承担外脚手架荷载的结构形式，它的受力形式和悬臂梁一样，梁的根部要受到比较大的剪力和弯矩.一般采用规格比较大的工字钢或槽钢作为挑梁.

(4)撑拉结合式.该脚手架由钢梁、斜拉杆以及斜撑杆构成，一起承担外脚手架荷载.由于该结构的约束增加，斜拉杆与斜压杆间的协同工作程度难以控制，因而设计时应以挑拉或挑撑中的一种结构形式承力为主，另外的撑或拉的方式为辅(做为第二道防线)，以确保结构安全.

由于本工程悬挑长度为4.6 m，悬挑的跨度较大，施工荷载也较大，对比以上几种悬挑脚手架施工方案后，决定采用挑撑式承力结构，上部可设置钢丝绳拉结作为安全储备.

本工程采用18号工字钢作悬挑横梁，悬挑钢间距700 mm，脚手板自重(3层)，挡板，安全网，屋面自重，基本风压，模板，施工荷载.脚手架钢管采用双排钢管，其强度为205.0 N/mm2，钢管强度折减系数取1.00.模板支架搭设高度为6.0 m，立杆的纵距b=0.70 m，立杆的横距l=0.70 m，立杆的步距h=1.50 m.施工均布荷载标准值2.50 kN/m.扣件计算折减系数取1.00.悬挑脚手架体系见图1.

图1　悬挑脚手架体系

3　悬挑脚手架体系计算

3.1荷载计算

作用在脚手架上的荷载分为永久荷载与可变荷载.脚手架承受的荷载计算如下：

3.1.1立杆承受的永久荷载计算

(1)构件自重：查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》附录A得每米立杆承受的结构自重标准值为0.139 1 KN/m.

Nk1=6×0.1391KN=0.8346KN

(2)脚手板自重：查《规范》表4.2.1—1得0.35 KN/m2(脚手板为三层)

Nk2=3×0.35×0.7×0.7/2=0.257KN

(3)栏杆、挡板自重：Nk3=0.7×3/2×0.14=0.147KN

(4)安全网自重：Nk4=0.005×0.7×6=0.021KN

永久荷载标准值为：

Nk=Nk1+Nk2+Nk3+Nk4=1.26 KN

3.1.2立杆承受的活荷载计算

活荷载标准值为：NQ=2.5×0.7×0.7×2/2=1.225KN

3.1.3风荷载计算

作用于脚手架上的水平风荷载标准值按照以下公式计算：

ωk=0.7μ2·μs·ω0

式中，基本风压为：

ω0=0.35 KN/m2

风荷载高度变化系数为：

μz=0.88

风荷载体型系数为：

μ0.6

风荷载标准值为：

ωk=0.7×0.35×0.88×0.6=0.129 KN/m2

3.2立杆稳定性计算

3.2.1当不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式为：

式中，N为不考虑风荷载时，立杆轴心压力设计值：

N=×1.2 Nk+1.4 NQ=1.2×1.26+1.4×1.225=3.227 KN

φ——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l/i查表得到0.458；

A——立杆横截面面积，A=5.060cm2；

[f]——钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2；

因此，

不考虑风荷载作用时，立杆稳定性满足要求.

3.2.2风荷载作用下，立杆稳定性计算

N/(φA)+MW/W≤f

式中，N为不考虑风荷载时，立杆轴心压力设计值；

N=1.2 Nk+0.85×1.4NQ=1.2×1.26+0.85×1.4×1.225=2.97 KN

MW——风荷载设计值产生的弯矩；

W——立杆净截面模量(抵抗矩),W=5.260 cm3；

MW=0.85×1.4×wklah2/10

=0.85×1.4×0.29×0.7×1.52/10=0.024KN·m

因此，

σ=N/(φA)+MW/W=2.97×103/(0.458×506)+0.024×106/5260=17.378 N/mm2

考虑风荷载时立杆的稳定性计算σ

3.3工字形悬挑钢梁的受力计算

3.3.1悬挑横梁内力计算

本工程采用挑撑式悬挑型钢承力架，以SAP2000有限元软件进行计算，其计算简图如图2所示，横梁采用18号工字钢，其截面惯性矩I=1660 cm4，截面抵抗矩W=185 cm3，设计值为q=0.241KN/m.支撑的钢架选用16号工字钢，其截面惯性矩I=1 130 cm4，截面抵抗矩W=141 cm3.

图2　计算模型

图3　弯矩图(KN/m)

图4　轴力图(KN/m)

图5　剪力图(KN/m)

3.3.2型钢悬挑梁的抗弯强度计算

型钢悬挑梁的抗弯强度的计算公式为：

式中Mmax——计算截面最大弯矩设计值；

W——钢梁的截面模量；

f——钢材的抗弯强度设计值.

型钢悬挑梁的抗弯强度满足要求.

3.3.3型钢悬挑梁抗剪强度的计算

型钢悬挑梁进行抗剪强度验算，计算公式为：

式中Vmax——计算截面沿腹板平面作用的最大剪力设计值；

S——计算剪力处以上毛截面对中和轴的面积矩；

I——型钢毛截面惯性矩；

tw——型钢腹板厚度；

fv——钢材的抗剪强度设计值.

型钢悬挑梁抗剪强度满足要求.

4　结　论

通过对本工程悬挑脚手架的计算分析，对悬挑脚手架进行了内力求解和承载力验算，得出该悬挑式型钢脚手架系统稳定、可靠性优良的结论.

[1]建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJl30一201l)[s].北京：中国建筑工业出版社，2011

[2]建筑结构荷载规范(GB50009-2012)[s].北京：中国建筑工业出版社，2012

[3]李文平，王林，林伟宏,等.高层悬挑三角形桁架钢管脚手架搭设施工[J]．施工技术，20ll

[4]何宇峰.悬挑式脚手架在高层建筑中的应用分析[J]．工程技术周刊，2013(3)：22

[5]张根凤.高层建筑悬挑式外脚手架搭设技术[J]．工程质量，2008

[6]李铁柱.高层住宅楼悬挑外架施工方案应用[J]．山西建筑，2014

Calculation And Analysis of Cantilever Scaffold In High-Rise Build

REN Jun，ZHOU Zhan-xue，WU Zheng

(1.Hebei University of Architecture，Zhangjiakou 075000,China；2.Hebei east petroleum construction engineering Co.,Ltd,Zhuozhou 072750,China)

In this paper,firstly,the construction scheme selection of a high-rise residential building is carried out,using the cantilever bearing structure,the upper part is provided with a steel wire rope pull knot as a safety reserve.Then load calculation and stress analysis of the cantilever beam with I-shaped and scaffolding pole were implemented,verifying the scaffolding system reliability,can provide a reference for similar projects.

cradle scaffold;design calculation;stress calculation

2016-02-05

任俊(1992-)，男，硕士研究生，张家口市，075000.

TU 744

A