一起实例中悬挑式外脚手架施工方案

摘要:悬挑外脚手架可根据不同的结构形式及搭设高度选择不同结构形式的悬挑承力结构,因此可适用于各种高层建筑结构的施工。这种承力方式还可与一些特殊的高空悬挑结构支模施工相结合起来发挥其重要作用。

关键词:悬挑式稳定性承力结构

1. 悬挑脚手架搭设的工艺流程为:

水平悬挑纵向扫地杆立杆横向扫地杆小横杆大横杆(搁栅)剪刀撑连墙件铺脚手板扎防护栏杆扎安全网。

1.1 悬挑式脚手架的结构形式

悬挑承力结构从结构承力形式上可分为挑梁式、挑拉式、挑撑式、撑拉结合式四类 (见图1)。

1)挑梁式。采用型钢挑梁作为向上搭设外脚手架的承力结构。其受力如同悬臂梁,在梁的根部承受较大的弯矩和剪力。为了确保承力安全,型钢的规格往往较大,以采用工字钢或双槽钢做挑梁较为合适。挑梁锚固于混凝土楼板时,应注意楼板的抗冲切能力,必要时增加配筋。为增加外脚手架的安全性,可在架体高度一半处的节点上设置钢丝绳,吊拉于混凝土结构的边缘构件进行卸载。

2) 挑撑式。采用型钢挑梁与斜撑杆构成的倒三角承力结构 (斜撑杆可采用普通钢管扣件搭设)来承担上部的外脚手架荷载,主要应用于剪力墙结构。当应用于框架结构时,三角架的布置可结合梁柱位置或采取三角架的高度为一个楼层层高的方法,设计时应确保斜撑杆的压杆稳定性。悬挑的钢梁可直接预埋入混凝土边缘构件或固定于楼板。为防止压杆失稳,斜撑杆应增加具有双向约束的支点,可用扣件钢管搭设形成支点。

3)挑拉式。采用型钢挑梁与斜拉杆构成的正三角承力结构承担上部的外脚手架荷载。由于斜拉杆对比斜压杆而言没有压杆稳定性的问题,所以挑拉结构作为悬挑外脚手架的承力结构具有较高的承载力,为推荐的悬挑脚手架主承力结构形式。型钢挑梁的设置间距同外脚手架立杆的柱距,挑梁与结构的连接一般设计成固接,也可设计成铰接。为保障斜拉杆与挑梁的共同工作,斜拉杆在构造上应设计成长度可调式。施工现场常用带麻芯的钢丝绳做拉杆,此时应注意三点:

①钢丝绳的弹性模量较低,在受力后有较大的伸长量,会影响外脚手架的垂直度,安装位于脚手架底部的主承力架时,应预紧并适当调短斜拉钢丝绳;

②调钢丝绳长短的花篮螺丝应选用正规厂家生产的有质保单的 “00”型。 “0C”型或 “CC”型花篮螺丝的脚手架,荷载大时C形钩易拉直失效,故不建议使用;

③注意吊拉处钢丝绳的弯曲半径不能过小,应避免钢丝绳散股、磨毛,避免钢丝绳直接与混凝土构件棱角磨擦。

4) 撑拉结合式。采用型钢挑梁与斜拉杆及斜撑杆构成的承力结构承担上部的外脚手架荷载。由于结构的超静定次数增加,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。

1.2 悬挑脚手架的主要技术指标和技术要求

1) 构成悬挑承力结构的各个构件安全可靠;

2) 悬挑承力结构与建筑结构连接安全可靠;

3) 建筑结构本身安全可靠;

4) 在悬挑承力结构之上搭设的外脚手架的结构安全,包括脚手架的局部稳定与整体稳定,与结构连墙件拉结的间距符合要求等;

5) 分段悬挑搭设的外脚手架不宜超过25m (一般控制在6个楼层高度以内),以减少悬挑承力结构向建筑结构的传力,保障建筑结构本身的安全;

6) 尽可能将传力进行分散,避免局部的受力破坏,以保证悬挑承力架与结构连接的节点安全;

7) 在选用撑拉结合的悬挑承力结构时,应采取措施确保斜拉杆与斜压杆共同工作。

2. 外脚手架工程搭设方案实例

2.1 工程概况

某综合办公楼工程,建筑面积 35408m2,地上十九层,地下两层,建筑高度78.10m。建筑平面呈矩形布置,平面尺寸63.30m×33.30m,地下两层层高均为3.6m,地上一层4.2m,二层5.7m,三~十九层为3.8m。针对本工程建筑结构形式特点,采用扣件式钢管外脚手架。外脚手架主要采用型钢悬挑梁式外脚手架,四层以下采用常规落地式双排钢管脚手架。

2.2 悬挑式外脚手架的搭设

1) 外架搭设工艺流程:吊环及工字钢加工预埋吊环架设工字钢加木楔加固工字钢钢管加钢丝绳搭设双排钢管架拉杆加固铺架板挂密目网安全检查验收施工。3m长的工字钢从结构的大洞口 (或墙体预留洞,避开暗柱),垂直于外墙面悬挑出外墙1.4m,工字钢间距1.5m,房内一端伸入预埋吊环25cm,吊环锚入现浇混凝土板中,用木楔加紧,每次工字钢安装好后共挑15.2m,加工两套工字钢梁,随施工层交替搭设。吊环的形状及尺寸见图2)为增强外架的整体刚度及稳定性,用Φ48的钢管及扣件在每一个工字钢的两侧,用钢丝绳与工字钢加固牢靠,在工字钢的上表面分别距墙0.4m、1.3m位置横卧两根通长扫地杆,在扫地杆上,按1.5m的间距搭设双排钢管架立杆,立杆底插到工字钢固定件上,立杆顶距搭设顶层板面底300mm。每层立杆用Φ48的钢管与墙体拉结,即搭好上一隔断层三层后再拆除下一隔断层的材料,循环搭上,退下时循环退下。外排架上竖向剪刀撑每隔五跨设一道,应联4～5根立杆,斜杆与地面夹角为45°～60°。拆设时先搭好安全防护栏杆 (距外墙位置 2m),再拆除隔断层。五、九、十三、十七层顶板预埋Φ16 钢筋拉环作为拉钢索用。钢索选用 14号钢丝绳,间距同外立杆工字钢纵距。14号钢丝绳一端固定于工字钢悬挑端100mm处,在工字钢底焊卡环;另一端固定于距该层结构框架梁顶,预埋Φ16钢筋吊环,吊环锚入混凝土边梁内≥40d,并钩住梁内钢筋,用铁丝扎好。待拆模2天后,或混凝土浇筑3天后,用Φ14钢丝绳向下一层工字钢底与立杆节点,用倒链收紧,每卡头处用Y4-12扎头三个卡实 (花篮螺丝)。钢丝绳在双排架搭设4步时再收紧,其收紧程度以立杆不脱离工字钢上表面为准。悬挑架生根及吊索示意见图3。

2.3 外脚手架的稳定与安全验算

1) 工字钢受载时的安全验算

①荷载计算:工字钢间距按1.5m,钢管架高度15.2m,Φ48钢管理论重量 38.5N/m,扣件按10N/个计算,竹架板 (长3m、宽25cm) 80N/个。根据《建筑安装工人安全技术操作规程》第50条,施工荷载2700N/m2,考虑动力系数1.2,超载系数2,则作用于工字钢上的竖向荷载W应为:

钢管重量: W1=3465N;附加荷载: W2=2700N;扣件重量: W3=250N

竹架板: W4=480N;W= (W1+W2+W3+W4)×1.2× 2=6895×1.2×2=16548N;工字钢自重 16.9kg/m。

②工字钢的受力分析:由于工字钢主要受自重、上部外架自重及施工荷载的作用,工字钢的受力情况可简化为悬挑构件,受力分析如图4所示。

弯矩: M =15109.6Nm,在支座处弯矩最大。荷载标准值:F=16548× 0.85÷ 1.35= 10419.11N。

③工字钢在荷载作用下的弯曲强度

f1 =Mx/rxWNX+My/ryWny

式中 Mx、 My―― ―同一截面处绕 x 轴和 y 轴的弯矩;WNx、 Wny―― ―对 x 轴和 y 轴的净截面模量;rx、 ry―― ―截面塑性发展系数。由于工字钢在 x 轴向上仅受弯矩作用,故Mx=15109.6Nm,rx取1.0,由查表可得: Wnx=102N/cm2,My=0则f1=Mx/rxWNx =15109/1.02 =148.14N/mm2而14号工字钢为3号钢,查表得抗弯设计强度为:f=215N/mm2由于f>f1,故工字钢在最大荷载作用下是安全的;吊环、拉索强度满足使用要求。

2) 钢丝绳强度验算

悬挑架的14号工字钢端部斜拉钢丝绳后按简支梁,钢丝绳斜度≥60°,钢丝绳的安全系数K取3.5,钢丝绳的破断拉力换算系数a,对于 14 号钢丝绳取0.85。

按公式 kN/a≤Pg 计算钢丝绳的设计强度

Nt=N/sin60°=16.55×2/1.732=19.11kN

kN/a=3.5×19.11/0.85=78.69kN

故选直径为Φ14的钢丝绳允许承受的最大拉力为125kN。

Pg=125kN≥78.69kN,满足要求。

3) 预埋吊环设计

现浇板预埋吊环验算:

Nt 吊 =215×π×142/4=33.08kN>F (10.42kN)

钢丝绳上端拉在钢筋吊环上,吊环采用I级钢筋制作,吊环埋入深度不应小于30d,并应焊接或绑扎钩住结构主筋。

Nt吊 =215×π×142/4=33.08kN>Nt=19.11kN

4) 外架架体稳定性验算

基本风压值W0=0.35kN/m2,架体总高度h=15.2m,立杆纵距 La=1.5m,横距 Lb=1.0m,步距 h1=1.8m。连墙杆二步三跨设置,采用竹架板脚手板。

其他计算参数为:立杆截面积A=489mm2,立杆截面抵抗矩 W=5.08×103mm3;立杆回转半径i=15.8mm。挡风面积An=1.1×1.5+ (1.8-1.1)×0.05=1.69m2;相应的迎风面积Aw=1.8×1.5=2.7m2;钢材抗压强度设计值fc=205kN/mm2连墙杆横距Lw=4.5m;连墙杆件竖距 hw=3.8m。

①荷载计算。具体计算过程从略。

②脚手架整体稳定性验算

验算公式

N/ΦA+Mw /W≤fc /0.9rm

由前面的计算已知:

N/ΦA+Mw /W=103N/mm2

fc /0.9rm =227N/mm2

计算结果满足N/ΦA+MW/W≤fc/0.9rm要求,安全。经工程施工实践证明,该脚手架是稳定、安全的。

3. 结语

悬挑脚手架通过悬挑承力结构将整个高层外脚手架多次分段并向建筑结构卸载传力,分段的外脚手架结构自成体系,因而悬挑脚手架不仅能够满足不同高度的外脚手架的搭设需要,还可根据施工的实际需要进行相对独立的拆除或翻搭。