浅析悬挑脚手架在某小高层建筑中的应用
2018-11-14□□
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(江苏鸿成工程项目管理有限公司,江苏 宜兴 214200)
引言
随着高层、小高层建筑的日益增多,悬挑脚手架的应用十分普遍。悬挑脚手架作为建设部推广的十大施工新技术之一,它是利用主体结构作为受力部位、预埋锚环作为固定端,将型钢梁一端固定于预埋环内,另一端向结构外悬挑以支承荷载的一种脚手架形式。悬挑脚手架的关键是悬挑支承结构,悬挑支座必须有足够的强度、刚度和稳定性。本文结合实际工程,探讨了悬挑脚手架的设计和施工方案。
1 工程概况
南京某小高层建筑由A塔、C塔和裙房组成,其中A塔为高16层的酒店、C塔为高13层的挑高公寓楼,两幢建筑周围为4层商用裙房,地上部分总建筑面积为40 270 m2,地下部分建筑面积为23 540 m2。工程设计了3层连体式地下室,由于地下结构工程量巨大,为加快施工进度,上部建筑采用了工字型钢悬挑脚手架,一次性悬挑高度为20 m,脚手架的立杆纵距la=1.5 m,立杆横距lb=0.9 m,立杆步距h=1.8 m,内立杆离墙间距为0.3 m。
该悬挑脚手架采用I18工字钢悬挑梁,其结构构造如图1所示。图中压环和吊环均为Φ18 mm圆钢,连墙件是两步两跨的双扣件。
2 型钢悬挑梁的设计计算
2.1 悬挑梁的荷载计算
根据江苏省工程建设标准DGJ 32/J121—2011《建筑施工悬挑式钢管脚手架安全技术规程》,进行悬挑脚手架的荷载计算。计算结果如下:
图1 悬挑脚手架构造示意图
(1)脚手架立杆自重标准值:
内立杆自重:gk内=0.131 9×20=2.64(kN)
外立杆自重:gk外=0.155 1×20=3.10(kN)
(2)脚手板自重:
该工程从上至下满铺4层脚手板,每层脚手板重约0.35 kN/m2,因此,脚手板自重为:
gk2=0.35×1.5×(0.9+0.1)×4/2=1.05(kN)
(3)活荷载:
活荷载按照施工荷载取值,施工荷载按每层3 kN/m2考虑,则:
NQk=2×3.0×1.5×0.9/2=4.05(kN)
(4)栏杆、竹片脚手架挡板:
gk3=0.2×1.5×4/2=0.60(kN)
(5)密目网自重:
2 000 目/100 cm2密目网自重约0.005 kN/m2,则:
gk4=0.005×1.5×20=0.15(kN)
(6)型钢自重:
q=1.2×25.796×0.000 1×78.5=0.243(kN/m)
(7)工字钢悬挑梁受力:
内排架:
N内=1.2×(gk内+gk2)+1.4NQk=1.2×(2.64+1.05)+1.4×4.05=10.1(kN)
外排架:
N外=1.2×(gk外+gk2+gk3+gk4)+1.4NQk=1.2×(3.10+1.05+0.60+0.15)+1.4×4.05=11.55(kN)
2.2 悬挑梁的内力计算
JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》取消了钢丝绳对型钢梁的吊拉作用,规定钢丝绳只作为型钢梁的辅助吊拉装置,在计算过程中不参与受力计算。因此,该工程脚手架型钢悬挑梁的计算模型如图2所示。
图2 悬挑脚手架的计算模型
图中,N1=10.1 kN,N2=11.55 kN,a=2.5 m,b=0.3 m,c=1.2 m。
基于图2的计算模型,经计算,得到该悬挑工字梁的最大弯矩设计值为17.08 kN·m,最大剪力设计值为21.95 kN。
2.3 悬挑梁的强度、刚度及稳定性验算
2.3.1 抗弯强度计算
根据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》,型钢悬挑梁的抗弯强度计算公式为:
σ=MmaxWn
(1)
式中:Mmax——悬挑梁的最大弯矩设计值;Wn——悬挑梁的抗弯截面模量,I18工字钢的Wn=185 cm3。
经计算,得:σ=92.32 N·mm2。
因σ 2.3.2 挠度验算 钢结构的变形比较大,若工字型钢梁的梁端挠度过大,会直接导致脚手架失稳破环,因此,验算悬挑梁的端部挠度十分必要。 根据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》,将N1=10.1 kN,N2=11.55 kN,a=2.5 m,b=0.3 m,c=1.2 m,q=0.243 kN/m代入公式,经计算,得到悬挑梁的挠度:V=7.33 mm。 因V<2L/250(2L/250=10 mm),所以,型钢悬挑梁的挠度满足要求。 2.3.3 稳定性验算 型钢悬挑梁的整体稳定性验算是防止悬挑梁失稳的必要条件。根据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》,悬挑梁的整体稳定性计算公式为: σ=MmaxφbW (2) 式中:φb——均匀弯曲受弯构件的整体稳定性系数。 按照GB 50017—2003《钢结构设计规范》,计算得:φb=3.5,因φb>0.6,修正后得到:φb'=0.99(φb'<1.0),取φb'=0.99,则:σ=93.25 N·mm2。 因σ 该工程悬挑脚手架的施工流程为:搭设准备→压环钢筋预埋→混凝土浇筑→悬挑工字钢安装→脚手架随楼层搭设→吊环钢筋预埋→混凝土浇筑→斜拉钢丝绳安装→继续搭设上层脚手架。 必须按照悬挑工字钢平面布置图预埋压环钢筋,如图3所示。将Φ18 mm钢筋固定在混凝土板的底筋上,在混凝土浇筑前做好隐蔽工程验收记录。 图3 压环钢筋布置图 混凝土浇筑完毕并达到设计强度后,进行悬挑工字钢的安装,工字钢间距须≯1.5 m。安装时要保证位置准确,悬挑的长度符合设计要求,并用木楔将悬挑工字钢的尾部与预埋压环楔紧固定。 悬挑脚手架的搭设顺序为:立杆→纵向水平杆→横向水平杆。搭设的具体要求为: (1)相邻立杆的对接扣件不能设置在同一高度,相邻立杆接头在高度方向要错开500 mm以上,且各接头至主节点的距离不得大于步距的1/3,立杆顶端宜高出女儿墙上皮1 m或高出屋面檐口上皮1.5 m。 (2)纵向水平杆设置在立杆内侧,其长度不小于3跨,纵向水平杆的搭接长度≮1 m,采用等间距设置的3个旋转扣件进行固定,两根相邻的纵向水平杆的接头不宜设置在同一跨内,不同跨的接头在水平方向要错开500 mm以上,且各接头中心至最近主节点的距离不大于纵距的1/3。 (3)主节点处用直角扣件连接1根横向水平杆,非主节点处根据支承脚手板的需要等间距设置横向水平杆,其最大间距不大于纵距的1/2。 (4)作业层上的脚手板要离开墙面120~150 mm满铺,竹片脚手板的主竹筋垂直于纵向水平杆,四角Φ1.2 mm镀锌铁丝进行固定,转角、斜道平台处的脚手板要与横向水平杆有可靠连接,以防滑动。 (5)连墙件从悬挑底层第一步纵向水平杆处开始设置,偏离主节点的距离≯300 mm,采用矩形布置,连墙件一般呈水平设置,当不能水平设置时,与脚手架连接的一端应采用下斜连接。 (6)剪刀撑必须跨越5根以上的立杆,每道剪刀撑宽度不应小于4跨,且≮6 m,斜杆与地面的倾角在45°~60°之间,剪刀撑的搭接长度须>1 m,用3个以上旋转扣件进行固定,端部扣件盖板边缘至杆端的距离须>100 mm。 (7)横向斜撑设置在同一节间内,由底至顶层呈之字型连续布置,斜撑固定在与之相交的横向水平杆的伸出端上,旋转扣件中心至主节点的距离≯150 mm。 (8)栏杆和挡脚板均设在外立杆内侧,挡脚板高度≮180 mm,上栏杆上皮高度为1.2 m左右。 该工程转角处的悬挑外脚手架采用斜拉钢丝绳进行卸载,如图4所示。在脚手架外侧主结点处用钢丝绳拉至上层拉结点,拉结点为梁或剪力墙内预埋的Φ18 mm圆钢吊环,单根钢丝绳直径Φ17 mm,绳头设3个以上绳夹,以确保所有钢丝绳受力均匀。 图4 悬挑脚手架转角加固措施 悬挑型钢脚手架若在相邻建筑物的防雷保护范围之外,应安装防雷装置。避雷针选用Φ25 mm~Φ32 mm、壁厚>3 mm的镀锌钢管或Φ≮12 mm的镀锌钢筋制作。避雷针设置在房屋四角脚手架的立杆上,高度≮1 m,并将所有的最上层大横杆全部接通,形成避雷网络。水平接地板选用宽25~40 mm、厚度≮4 mm的角钢制作,按脚手架的长度每隔50 m设置1个,接地板埋入地下须>500 mm,埋设后用填土夯实,所有接地装置完成后测定电阻,防雷装置的冲击接地电阻值须≯30 Ω。 该工程采用悬挑型钢脚手架,通过设计计算和制定专项施工方案,该脚手架在实际应用过程中达到了系统稳定、可靠性优良的预期效果。本文从工程实际出发,结合悬挑脚手架安全技术规范计算了该工程悬挑型钢梁的强度、刚度和稳定性,探讨了脚手架的施工技术及防雷设施。悬挑脚手架作为建设部推广使用的一项新技术,将会得到越来越广泛的应用,各施工单位应根据工程的具体情况做好方案设计和技术交底工作,确保悬挑脚手架安全有效地投入使用。3 悬挑工字型钢脚手架的施工工艺
3.1 施工流程
3.2 预埋压环钢筋
3.3 安装悬挑工字型钢
3.4 搭设要求
3.5 转角处的加固措施
4 悬挑脚手架的防雷措施
5 结语