论型钢悬挑卸载组合脚手架的建筑设计与施工

摘 要：通过具体计算和实际施工情况深入探究了包括利用悬挑三角架的研究结论，将三角架作为传统纯型钢悬挑架的卸载支座，从结构受力角度分析验证了型钢悬挑、三角架卸载的可行性；对型钢悬挑三角架卸载模型的力学研究，得出了三角架卸载经验计算公式；大幅提高了工程技术人员的工作效率，减轻了编制悬挑脚手架方案的工作量。为建筑施工企业的合理决策提供了依据。

关键词：型钢悬挑脚手架；施工；设计；计算

中图分类号：TV文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）09-0393-02

1 型钢支座的力学模型及锚固件与钢丝绳的研究与计算

1.1 型钢支座模型的基本假定

（1）型钢支座是以槽钢或工字钢为受力结构；（2）在荷载影响下，仅考虑型钢支座的抗弯、抗剪、抗倾覆作用，不考虑轴力的作用；（3）将型钢支座上脚手板与彩条布或麻袋等安全防护设施引起的均布荷载转化为立杆的集中荷载来处理；（4）钢丝绳与墙用花蓝螺丝连接，钢丝绳的长度随着上部荷载的增加可调节；（5）型钢支座的自重不计，简化为匀质杆件计算；（6）型钢支座的悬挑段不大于锚固段；（7）悬挑脚手架整体计算高度不超过50m。

1.2 型钢支座模型的计算简图

型钢支座简化模型如下：（1）将传递上部荷载的立杆简化为两个集中力Fl与F2，锚固点简化为F3（kN）；（2）型钢支座的悬挑段长度简化为L1与L2，锚固段的抗拉钢筋为L3、钢丝绳拉力为L4（m）；（3）钢丝绳的斜拉高度一般为搭设所在层的上一层的层高，可简化为h（m）。以下分别简化纯型钢悬挑与钢丝绳斜拉式型钢悬挑计算简图，如下图1所示：

图1 纯型钢悬挑与钢丝绳料拉式型钢悬挑计算简图

a：纯型钢悬挑 b：钢丝绳抖拉式悬挑

1.3 型钢支座模型的分析与计算公式

纯悬挑型钢支座是典型的悬挑结构，钢丝绳斜拉式悬挑型钢支座并非严格的悬挑结构。在上部加载初期，斜拉式悬挑型钢支座的刚度远比钢丝绳大，型钢支座为悬挑梁结构。当加载到型钢支座与锚固点抗拉钢筋出现明显的变形及钢丝绳达到工作状态时，型钢支座与钢丝绳变为简支梁结构。根据静力平衡条件可求出悬挑与简支状态力学计算公式：

式中：Fl-脚手架内立杆集中荷载（kN）；F2-脚手架外立杆集中荷载（kN）；F2-型钢锚固端拉力（kN）；Ll-脚手架距墙边距离（m）；L2-脚手架的计算宽度（m）；L3-型钢锚固端长度（m）；Mmax-脚手架竖向荷载对悬挑梁支点处最大弯矩；Vmax-计算型钢截面最大剪力（kN）。

（2）简支力学计算公式

F4=（F1L1L1+L2+F2）/sinθ

式中：F4-钢丝绳的最大拉力（kN）；Fl-脚手架内立杆集中荷载（kN）；F2-脚手架外立杆集中荷载（kN）；Ll-脚手架距墙边距离（m）；L2-脚手架的计算宽度（m）；θ-钢丝绳与型钢的夹角。

2 脚手架立杆稳定

影响扣件式钢管脚手架稳定承载能力的因素很多，其中主要的有构架结构、尺寸、节点连接质量以及连墙点的设置等。这些因素的可变性较大，计算中要把各种因素及变化都考虑到，有困难又不方便，通常采用以下方法计算。将按不同间距连墙点设置的脚手架看作轴心受压杆件，通过1：1真架和模型架试验，得到整体失稳时的临界荷载Pcr，由Pcr得到稳定系数φ0，视φ0为脚手架立杆（受压杆件）稳定系数，从《冷弯薄壁型钢结构技术规程》（GB50018-2002）中反查出长细比λ，由λ求出计算长度L0＝λi（i为杆件截面的回转半径）。而计算长度L0等于μL，由此得到计算长度系数产。加以适当调整后，定出μ的取值。这样，就将复杂脚手架整体稳定性计算转化为简单的立杆稳定性计算。整体稳定性计算公式如下：

0.9NψA≤fcγm

式中：A-立杆的计算截面面积（mm2）；φ-轴心受压杆件的稳定系数；fc-钢材的抗压强度设计值（kN/mm2）；γm'-材料强度附加分项系数；N-立杆验算截面处的轴心力设计值，其值按公式计算：

N=1.2NGK+1.4ni=1NQtK

式中：Ncx-脚手架自重标准值在立杆中产生的轴心力（kN）；ni=1NQtK-n个可变荷载标准值在立杆中产生的轴心力（kN），一般情况下，仅计算施工荷载一项。

3 脚手架扣件、连墙件、钢筋吊环计算

3.1 扣件抗滑移承载力计算

扣件抗滑移承载力计算可按下面的公式计算：

RRc

式中：R-扣件节点处的支座反力的计算值1.0（计算时，取结构的重要性系数Rc-扣件抗滑移承载力设计值，每个直角扣件和旋转扣件取8kN）。

3.2 连墙件计算

（1）柔性拉结件：采用细钢筋、绳索、双股或多股铁丝进行拉结，只承受拉力和主要起防止脚手架外倾的作用，而对脚手架稳定性能（即稳定承载力）的帮助甚微。此种方式一般只用于10层以下建筑的外脚手架中，且必须相应设置一定数量的刚性拉结件，以承受水平压力的作用。

（2）刚性拉结：采用刚性拉杆或构件（钢管、钢筋等），组成既可承受拉力、又可承受压力的连构造。其附墙端的连接固定方式可视工程条件确定，一般有：拉杆穿过墙体，并在墙体两侧固定；拉杆通过门洞口，在墙两侧用横杆夹持和背楔固定；在墙体结构中设预埋铁件，与装有花篮螺栓的拉杆固接，用花篮螺栓调节拉结间距和脚手架的垂直度；在墙体中设预埋铁件，与定长拉杆固结。

连墙件所受的轴力从按下式确定：

N1＝Nw＋Ns

式中：Nw-风荷载引起的连墙件轴压力设计值（kN），按下式计算：

NW=1.4SWψωk

Wk-风荷载标准值（kN/m2）；p-脚手架挡风系数；Sw-每个连墙件作用（覆盖）面积（m2）

SW=lWhW

式中：lm-连墙件水平间距（m）；hw-连墙件竖向间距（m）：Ns-由脚手架平面外变形在连墙件中引起的轴压力，取不小于3kN。由于连墙件的构造各异，其验算项目可根据设计情况确定，并按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）的有关规定进行验算。当采用扣件连接的杆件时，尚应验算扣件抗滑移承载力。

4 钢管三角架悬挑卸载的计算

卸载措施是指将搭设超过搭设限高的脚手架荷载，部分分摊给工程结构承受的措施，即在立杆连续向上搭设的情况下，通过分段设置支顶和斜拉杆件以减小传于立杆底部的荷载。当将立杆断开，设置挑支构造以支承其上部脚手架的办法，实际上已成为挑脚手架，它不属于卸载措施的范围。

卸载设施的种类有：无挑梁上拉式，即仅设斜拉（吊）杆；无挑梁下支式，即仅设斜支顶杆；无挑梁上拉、下支式，即同时设置拉杆和支杆。

脚手架在卸载措施处的构造常需予以加强，支拉点必须工作可靠，支承结构应具有足够的支承能力，并应严格控制受压杆件的长细比。卸载措施实际承受的荷载难以准确判断，在设计时须按较小的分配值考虑。

当所选型钢支座在抗弯与抗剪验算（主要是抗弯）不符合要求时，同时也说明所承载的上部脚手架搭设高度超出了型钢材料的抗弯与抗剪能力。因此卸载支座可将上部脚手架荷载部分地分摊给工程结构承受。

4.1 三角架卸载支座的改进

三角架卸载措施实际承受的荷载难以准确判断。由于整体立杆没有断开，三角架卸载点，既要承载所在点的立杆传来上部荷载，又要承载所在点因整体立杆连接而传来的下部荷载。所以在卸载设计时，三角架的极限承载力可考虑0.5倍的折减。卸载点数量的研究，在型钢支座的基本假定基础上，可按如下公式计算：

（1）型钢支座的极限抗弯荷载：型钢支座的极限抗弯荷载计算公式 （假定内、外立杆计算荷载相等）：

fsLim=2Wxf2L1+L2

式中：fsLim-型钢支座的极限抗弯荷载（kN）；Wx-型钢截面x轴的净截面抗弯模量；f-型钢的抗弯强度设计值（N/mm2）；L1-脚手架距墙边距离（m）；L2-脚手架的计算宽度（m）

（2）三角架支座的卸荷计算：三角架支座的卸荷计算可按下公式计算（假定内、外立杆计算荷载相等F1＝F2）：Fffixz=2F1-fsLim

式中：fjxz-三角架支座的需要卸荷值（kN）；Fl-悬挑脚手架单立杆计算荷载值（kN）。

4.2 钢丝绳卸载支座的验算

钢丝绳最大受力在型钢支座处，此处钢丝绳必须加以设计计算。同时为保证钢丝绳卸载的安全性，其它三角架卸载支座的钢丝绳同型钢支座处。验算公式如下：

Tmax=PCKF4

式中：Tmax-钢丝绳的拉力设计值（kN）；Pc-钢丝绳的允许破断拉力，根据生产厂家提供（kN）；K-钢丝绳安全系数（一般取8）；F4-钢丝绳的最大拉力。

参考文献

［1］余永贞.建筑施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2006.

［2］杜荣军.我国建筑施工脚手架发展的回顾与展望［J］.建筑技术，2007，（11）.