移动式悬挂脚手架在高层结构中的应用

张福养

（南平市延平区建设工程质量安全站）

1 工程概况

本工程为福建省南平市延平区某高层写字办公楼顶层圆形结构外墙改造工程。该办公楼为29 层，位于城区人员密集地段，一层为商铺，顶层为圆形结构的酒店餐厅，办公楼一层有两个侧面为商店，一个侧面为办公楼人员出入口，另一个侧面为广场，四周都是人员密集区域。办公楼顶层的圆形结构外边缘大部分都挑出主体结构，因楼层高无法搭设落地或悬挑式外脚手架，结合本工程的特殊性和各个因素，在首要考虑满足结构及施工安全的情况下，选择搭设两个只需满足一至两人施工要求的可移动式悬挂脚手架，这样既可以满足施工要求，又可以减少架体的过多搭设给圆形结构及架体本身带来的一系列安全隐患。外墙改造施工可由两个移动的悬挂外脚手架向两边绕圈转动即可，具体做法详见图1～图3。

图1

图2 架体固定端横面图

图3 施工总平图

2 施工材料及搭设要求

⑴钢管材质要求：脚手架材质宜采用现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700 中Q235 级钢规定要求的钢管，外径为48.3mm、壁厚为3.6mm。每根钢管的质量不大于25.8Kg。

⑵扣件材质及性能要求：扣件采用符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》（GB 15831）规定的铸钢制作扣件。施工中的每个扣件扭力矩均应达到40N·m 以上要求，且扭力矩到65N·m 时，未破坏。

⑶悬挑处脚手板采用竹制板，侧面1.8m 高，底部满铺0.8m 宽，采用不小于14 号铁丝绑牢。

⑷锚固钢丝绳采用6×37 直径不小于21.5mm 的钢丝绳，锚固于已有建筑物砼构件。

⑸平台内侧固定端每个杆件搭接或连接处均在外侧设置防滑扣件，悬挑部分架体均在杆件搭接下部增设防滑扣件。

⑹搭设架体时可利用下部主体结构突出部分的屋顶平台协助。

3 设计计算

3.1 信息参数

移动平台架体高度为5.5m，宽度为0.8m，跨度为2.5m，步距为1.8m，立杆间距1.2m，小横杆间距1.5m。

杆件采用Φ48.3×3.6，脚手板采用竹制脚手板，栏杆采用相同钢管杆件即可。

出于安全考虑，施工外墙时，均布荷载不应超过2kN/m2，施工中考虑多人交叉施工情况，按两层计算，竹制脚手板需铺设侧面防护1.8m 高和底面0.8m 宽，合计2.6m，自重按0.8×4 计算，长度为2.5m。

3.2 荷载分析

3.2.1 恒载标准值GK

⑴钢管长度

立杆：L=5.5×3×2=33m

大横杆(每根长度按3m 计）：L=3×3×2=18m

小横杆(每根长度按1.1 计）：L=3×2×1.1=6.6m

纵向支撑（剪刀撑）：L=4×2×5=40m

整个架体缀条数量：横缀条和斜缀条数量分别为7根和6 根，共有两面。

L=2×[6×(0.82+0.922)×0.5+7×0.8]=25.80m

∴钢管总长度为：33+18+6.6+40+25.80=123.4m

钢管的总重量为：G1=123.4×25.8÷6=530.62㎏

架体结构的边柱长5.5m，共四根，总重量为：

G2=4×5.5×25.8÷6=98.6㎏

边柱构造系数按10%考虑，那么架体自重为：

G=G1+G2×1.1=530.62+1.1×98.6=639.08㎏

⑵脚手板重量

G=30×2.5×0.8×4=240㎏

⑶栏杆重量

G=11×2.5×4=110㎏

⑷防护网重量

G=0.5×2.5×5.5=6.88㎏

⑸固定支座和支架（单个支座重量60㎏）

G=60×2=120㎏

恒定荷载标准值GK：

GK=639.08+240.00+110.00+6.88=995.95㎏

3.2.2 施工活荷载标准值Qk

Qk=2×2.5×0.8×2=8kN

上升和下降状态：Qk=0.5×2.5×0.8×2=2kN

3.2.3 计算风载

根据《建筑结构荷载规范》相关规范和《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130-2011），风载标准值计算公式：

其中：

W0——常规风压(kN/m2)，按W0=0.35；

Uz——风载强度系数变化，按Uz=1.00；

Us——风载系数：Us=0.60。

经计算，风载标准值Wk为：

Wk=0.7×0.35×1×0.6=0.15kN/m2

考虑到架体外侧设有防护网，会适当增加挡风系数，所以风载Wk取值需增加10%。经增加挡风系数后计算得出风载Wk数值为：

Wk=1.1×0.147=0.16kN/m2

3.3 纵向受力杆强度

纵向杆按三跨计算，柱距取b=1.2m。

计算纵向杆的最大弯矩和变形时，动荷载和纵向杆件上的竹制脚手板均考虑为均布荷载。3.3.1 设计计算均布荷载值

计算动荷载标准值：Q=2.00×0.40=0.80kN/m

计算静荷载值：q1=(0.12+0.0333)×1.2=0.18kN/m

计算动荷载值：q2=0.80×1.4=1.12kN/m

计算纵向杆件重量标准值：P1=0.0333kN/m

计算脚手板荷载标准值：P2=0.30×0.40=0.12kN/m

图4 计算大横杆荷载组合简图(跨中最大弯矩和最大挠度情况)

图5 计算大横杆荷载组合简图(支座弯矩最大情况)

3.3.2 抗弯强度计算

考虑三跨均布荷载作用下的弯矩为最大弯矩情况，计算最大弯矩（跨中）：

M1max=0.08q1l2+0.10q2l2

最大弯矩计算（跨中）：

M=(0.08×0.18+0.1×1.12)×1.22=0.18kN·m

按下列公式计算支座弯矩最大情况：

M2max=-0.10q1l2+0.117q2l2

最大弯矩为（支座）：

M=-(0.1×0.18+0.117×1.12)×1.22=-0.22kN·m

跨中弯矩和支座弯矩的强度验算：

σ=M/W=0.22×106/4492.97=47.90N/mm2

经验算，纵向杆的强度小于205.0N/mm2，满足要求。

3.3.3 计算挠度

在三跨均布荷载作用下，考虑为最大挠度情况。

最大挠度按下面公式计算：

静荷载标准值：q1=0.12+0.0333=0.15kN/m

动荷载标准值：q2=0.80kN/m

最大挠度为：

Vmax=(0.667×0.15+0.99×0.80)

×12004/(100×206000×107831.321)=0.83mm经计算得出纵向杆件上的最大挠度值为0.83，小于1200.00/150.00 比10.00mm，满足要求。

3.4 计算直角扣件抗滑力作用

纵横向水平杆连接立杆时，抗滑力计算公式为：

R≤Rc

其中：

Rc——按8.0kN 取扣件抗滑设计承载力值；

R——为纵横向水平杆连接立杆的竖向传导力设计值。

计算动荷载标准值：

Q=2.00×0.80×1.20/2=0.96kN

计算荷载值：

P=(0.03+0.14)×1.2+0.96×1.4=1.58kN

计算横杆作用力的标准值：

P1=0.03×(1.2+.8/2)=0.05kN

计算脚手板作用力的标准值：

P2=0.30×0.80×1.20/2=0.14kN

经计算，单扣件抗滑力满足要求。

试验表明：当12kN 的作用力下单个直角扣件会产生滑动（拧紧力矩达40～65N·m 前提下）,抗滑承载力为8.0kN；所以，当采用双扣件时，在20kN 的作用力下才会产生滑动,抗滑承载力为12.0kN。

3.5 架体荷载标准值计算

架体承受荷载主要有动荷载、风荷载、静荷载三种。

计算静荷载标准值：

⑴结构本身重量能承受的标准值(kN/m)（按每米立杆计），本例为0.1014：

NG1=0.1014×5.5=0.557kN

⑵脚手板的自重标准值(kN/m2)，按标准值0.30计：

NG2=0.30×4×1.2×0.8/2=0.576kN

⑶栏杆与挡板脚手板自重标准值(kN/m)；本例采用栏杆、竹片挡板，标准值为0.11：

NG3=0.110×4×1.2/2=0.264kN

⑷悬挂的安全设施荷载，包括防护网0.005kN/m2：

NG4=0.005×5.5×1.2=0.033kN

经NG=NG1+NG2+NG3+NG4=1.43kN 得出静荷载的标准值。

由施工荷载标准值产生的总轴向力为动荷载，内立杆和外立杆纵向距离内产生的施工荷载按总施工荷载的1/2 取值。

经计算，动荷载标准值NQ=2.00×2×1.2×0.8/2=1.920kN

考虑风载时，设计值计算公式（立杆的轴向压力）：N=0.85×1.4NQ+1.2NG

经过计算，最大轴向压力（底部立杆）N=1.2×1.430+0.85×1.4×1.920=4kN

在不考虑风载情况下, 轴向压力设计值计算公式（架体立杆）：N=1.4NQ+1.2NG。经过计算，最大轴向压力（底部立杆）：N=1.2×1.430+1.4×1.920=4.405kN。

弯矩MW（由立杆的风载设计值产生的）：

其中：

Wk——风载标准值(kN/m2)；

la——纵距(m)；

h——步距(m)。

经计算，风载产生的弯矩为：

MW=0.850×1.40×0.162×1.2×1.82/10=0.075kN·m

3.6 立杆稳定性

3.6.1 计算立杆稳定性（风载不计情况下）

其中：

N——设计轴心压力值，N=4.001kN；A——净截面面积（立杆），A=4.241cm2；

φ——轴心受压稳定系数，由λ 查表得到0.195；

λ——长细比由下列公式计算得出为：

3119.00/16.00=196.00；

其中：

i——回转半径（立杆断面），i 取16.00mm；

k——系数值，附加系数取1.155；

u——长度系数（由高度确定），u=1.50；

l0——长度计算(mm)，由公式l0=kuh 计算得出l0=1.155×1.50×1.80=3119.00mm；

σ——受压强度值,为：

σ=4001/(0.20×424)=48.382N/mm2；

[f]——[f]=205N/mm2，为立杆抗压强度标准值；

在不计风载情况下，经计算立杆稳定性满足要求。

3.6.2 计算钢管立杆稳定性（计风载情况）

其中：

N——轴心压力标准值，N=4.405kN；

W——立杆抵抗矩情况，净断面模量为，W=4.493㎝3；

MW——弯矩（由风载标准值产生），MW=0.075kN·m；

σ——经计算得出钢管受压强度值为：

σ=4001/(0.20×424)+74814.062/4492.972=69.909N/mm2；

[f]——[f]=205N/mm2，为立杆抗压强度设计值。

在计风载情况下，钢管立杆的稳定性能满足要求。

3.7 架体结构的主框架设计计算

架体边柱计算：回转半径15.9mm，其长细比必须不大于210mm。

λ=l0/i=1.155 ×1.500 ×1800/15.9=195.58mm ≤210mm，满足要求。

4 安全技术措施

基于施工活载和架体自身重量1848.08Kg，故固定端配载重量不得小于2000Kg，且固定端力臂为2.7m，悬端力臂为1.8m，大于1.25 倍。为确保架体安全稳定，施工现场架体搭载的配重应尽量加大，且必须有钢丝绳拉结在原建筑物砼构件上，加强架体的安全稳定性。

为降低风险，施工前应进行下荷载承压试用。

5 结束语

对于特殊的结构工程，脚手架的搭设方法虽然可以经过特殊改造，但必须严格按照相关的规范规定进行方案的设计和计算。搭设过程中还应对工人加强安全管理，确实做好工人的安全技术交底和防护措施，严格按照规范规定和方案要求执行。