悬挑脚手架工字钢抗弯强度、挠度、稳定性及锚固拉环计算一例

乔振斌

摘 要：以北京通州高层铁路住宅楼型钢悬挑脚手架为例，对工字钢悬挑梁抗弯强度、挠度、稳定性及锚固拉环计算过程进行阐述，运用现行规范，计算验证悬挑工字钢的选用是否符合要求。

关键词：悬挑脚手架；工字钢悬挑梁；抗弯强度；挠度；稳定性；锚固拉环

随着城市化进程明显加快，全国各地高层建筑拔地而起，施工中大量采用悬挑脚手架，一些脚手架垮塌事件也屡屡发生。在实际施工过程中，施工单位对脚手架的理论计算往往重视程度不够，凭经验做法的惯性思维缺乏科学依据，易埋下安全隐患。本文以北京通州区一处28层住宅施工中采用的型钢悬挑脚手架为例，对其中关键构件悬挑工字钢及锚固拉环按照规范标准进行计算，同时探索采用活荷载极限值对工字钢各项性能影响。

1 参数信息

1）脚手架参数。双排脚手架搭设高度为19.95m，采用单立杆，立杆的纵距为1.5m，立杆的横距为0.9m，步距为1.5m；内排架距结构0.4m；小横杆在上，搭接在大横杆上的小横杆为2根；脚手架采用φ48.3×3.6钢管，横杆与立杆连接方式为单扣件；连墙件布置采取两步三跨，竖向间距3m，水平间距4.5m，单扣件连接；采用木脚手板和木脚手板挡板，按铺设3层计算。

2）活荷载参数。采用结构脚手架施工活荷载3.0kN/m2，考虑2层同时使用。根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ1302011及北京市地方标准《钢管脚手架、模板支架安全选用技术规程》DB11/T 5832015的要求，总作业层活荷载标准值≤5kN/m2，本例取极限值5kN/m2计算。

3）风荷载参数。本工程地处北京市通州区，基本风压0.45kN/m2，高度变化系数μz，计算连墙件时取0.92，计算立杆稳定性时取0.74，风荷载体型系数μs为0.87。

4）静荷载参数。每米立杆承受结构自重荷载标准值0.1444 kN/m2，脚手板自重标准值0.35 kN/m2，安全设施与安全网自重标准值0.01kN/m2。

5）水平悬挑支撑梁。采用3.5m长18号工字钢，悬挑长度1.5m，锚固长度2m，锚固压环钢筋φ20，楼板为C30混凝土。

2 脚手架立杆荷载计算

每米立杆承受的结构自重标准值为0.1444 kN/m。NG1 = [0.1444+（0.9×2/2）×0.033/1.5]×19.95=3.276kN。

木脚手板自重标准值为0.35 kN/m2。NG2 = 0.35×3×15×（0.9+0.4）/2=1.024kN。

挡脚手板自重标准值：NG3 = 0.17×3×1.5=0.765kN。

吊挂的安全设施荷载，包括安全网（0.01 kN/m2）：NG4 = 0.01×1.5×19.95=0.299kN。

静荷载标准值：NG= NG1+ NG2+ NG3+ NG4=5.364kN。

活荷载标准值：NQ=5×0.9×1.5/2=3.375kN。

立杆的轴向压力设计值为：N=1.2 NG+1.4NQ=6.437+4.725=11.162kN。

3 水平悬挑型工字钢抗弯强度及挠度计算

3.1 支座反力计算

RA=N（2+k2+k1）+ql[]2（1+k）2，

RB=-N（k2+k1）+ql[]2（1-k）2。

其中k=m[]l，k1=m1[]l，k2=m2[]l 。本工程m=1500mm，l=2000 mm，m1=400 mm， m2=1300 mm；工字钢截面惯性矩I=1660 cm4，截面模量W=185 cm3，自重荷载q=24143kg/m×9.8/1000=0.2366kN/m。计算得出RA=3254kN，RB= 9473 kN。

3.2 支座弯矩计算

MA=-N（m2+m1）-qm2[]2= 19.242kN·m

3.3 抗弯强度计算

强度应满足：最大应力σ =MA/W≤[σ]，σ =19242000/185000=104.011N/mm2<205.0 N/mm2，满足要求。

3.4 最大挠度计算

C點最大挠度：

Vmax=Nm22l[]3EI（1+k2）+Nm21l[]3EI（1+k1）+ml3EI·ql2[]8（-1+4k2+3k3）+Nm1l[]6EI（2+3k1）（m-m1）+Nm2l[]6EI（2+3k2）（m-m2）

弹性模量E为2.06×105N/mm2，计算得Vmax8.935mm。按照JGJ1302011表5.1.8要求，悬挑型钢容许挠度[v]为l[]250，l为悬伸长度的2倍，[v]=1500×2[]250=12mm。Vmax[v]，满足要求。

3.5 钢梁的整体稳定性计算

计算公式σ=M[]φbWx[f]。其中，φb为整体稳定性系数，按《钢结构设计规范》GB500172003选用。经计算得到最大应力：

σ=19242×106[]093×185000=11184N/mm2<[f]=215 N/mm2，满足要求。

3.6 将工字钢悬挑梁锚固在主体结构上的U形钢筋拉环强度计算

采用2道U形钢筋拉环，应力值σ=Nm[]Al=3254×1000[]31416×20[]22×2×2=25.89N/mm2，按JGJ1302011第56.7规定，当型钢悬挑梁锚固段压点处采用2个及以上U形钢筋拉环时，其钢筋拉环的承载力应乘以0.85的折减系数：

fl=0.85×50=42.5 N/mm2，σfl，满足要求。

由以上计算结果可以看出，使用中活荷载达到极限值时，对悬挑工字钢挠度变形影响较大，即将达到容许挠度值，因此，在悬挑脚手架使用过程中应严格控制违规堆载，及时清理架体上的杂物，确保脚手架安全。

参考文献：

[1]JGJ1302011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[2]DB11/T 5832015，钢管脚手架、模板支架安全选用技术规程[S].

[3]GB500092012，建筑结构荷载规范[S].

[4]GB500172003，钢结构设计规范[S].

[5]建筑施工手册（第五版）编委会，建筑施工手册（第五版）[Z].北京：中国建筑工业出版社，2012.