悬挑脚手架对建筑结构的影响分析

骆骏，余政兵

（1重庆建工集团第十一建设有限责任公司 重庆 400050 2重庆建工集团第四建设有限责任公司 重庆 400020）

1 问题的提出

高层建筑发展日新月异，高层建筑除满足功能需要外，还被视作城市风景的重要组成部分，甚至成为城市的地标。高层建筑体型越来越复杂，不可避免地出现高空大跨度悬挑构件，且悬挑跨度越来越大，而悬挑脚手架体系是高空大跨度悬挑结构施工质量和施工安全得以保证的关键。国内某些省市都相应制定、颁布了指导脚手架设计和施工的文件或技术规程，如福建省颁发了 《建筑施工悬挑式脚手架安全技术若干规定》，用于对悬挑脚手架的审查；上海市颁布的《悬挑式脚手架安全技术规程》，对悬挑脚手架的设计和施工起到指导性的作用[1]。但悬挑脚手架的搭设对建筑结构的影响问题还没有得到足够的重视。悬挑结构脚手架体系是以建筑主体结构为支承的，悬挑结构施工时，施工荷载、悬挑脚手架体系的自重以及悬挑构件的自重都传递给了主体结构。主体结构是否出现承载力不足、出现裂缝、产生过大变形等问题在悬挑脚手架设计和施工过程中都应给予重视。

2 工程概况及悬挑脚手架

挑平面尺寸为3.65mX8.55m。为满足施工要求，需搭设跨度为4.6～5.0m的悬挑施工外架。该悬挑施工外架悬挑跨度大、位置高、承载力要求高，施工难度大。

根据该工程的特点，选择采用悬挑脚手架体系完成屋面局部悬挑钢构架的施工。对比常用的几种悬挑承力架后，决定采用吊拉式悬挑型钢承力架作为脚手架的支承架，支承架下部设置钢管支架作为安全储备。为保证钢结构施工人员和钢结构下方行人的安全，悬挑承力架从31层高度处开始搭设。悬挑承力架悬挑横梁采用[16槽钢，间距1000mm，采用Φ21.5的钢丝绳将悬挑横梁拉结于上层边梁上。悬挑承力架下部的钢管支架斜撑采用Φ48X3.5双排钢管。在型钢支承架上搭设的扣件式脚手架，架管采用Φ48X3.5钢管，立杆纵距1000mm，立杆横距1000mm，步距1500mm。脚手架的搭设高度为10m。悬挑型钢脚手架体系见图1。

图1 悬挑脚手架体系

某高层住宅结构形式为剪力墙结构，共33层，结构高度为99.6m。因建筑造型需要，在屋面设置了局部悬挑钢构架，其外

3 悬挑脚手架对结构的影响分析

悬挑脚手架的搭设改变了荷载传递路径，使得结构某些部位的构件在施工时和施工完成时内力发生显著变化。为此，建立ETABS模型，分析结构构件在悬挑脚手架搭设前，屋面悬挑钢构架施工时及施工完成后内力的变化。

将悬挑脚手架视为荷载作用，施加到结构对应位置模拟悬挑脚手架对结构的作用。荷载计算如下[1][2]：

根据 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2001)的相关规定，计算得到单根立杆内力为NGk=3.37kN，NQk=3.0kN。将吊拉式悬挑型钢承力架中悬挑横梁按带悬臂端的连续梁计算，由于钢丝绳弹性模量较小，荷载作用下变形较大[3][4]，将其视为弹性支座，k=5624.7kN/m。悬挑承力架的计算简图如图2、图3所示。

图3 活载作用时悬挑承力架计算简图

恒荷载作用下，悬挑承力架支座反力：

活荷载作用下，悬挑承力架支座反力：

水平力向右为正，竖向力向上为正。

因悬挑脚手架的搭设对相邻构件内力影响较大，对其他构件影响较小。为简化建模过程，同时尽可能让结构构件处于真实的受力环境，建立28层～屋面（34层）部分结构的ETABS模型，如图4所示。

图4 屋面悬挑钢构架施工前及施工完成时的ETABS模型

考虑两种荷载效应组合：(1)永久荷载效应起控制作用的组合1.35DL+0.7x1.4LL；(2)可变荷载效应起控制作用的组合1.2DL+1.4LL。离悬挑脚手架较远的构件在施工过程中内力变化很小。现列出与悬挑脚手架相邻的结构构件内力计算结果，见表1、表2，构件在悬挑脚手架施工过程中的内力变化见表3、表4。梁、剪力墙编号如图1所示。

对比屋面悬挑脚钢构架施工前、施工时及完成施工后悬挑脚手架附近梁内力可知：直接支承悬挑承力架的B1、B2梁，施工时弯矩、剪力、轴力比施工前和完成施工后的大，施工时的内力是施工完成后内力的1.3倍左右，悬挑脚手架的搭设对其影响较大；而B3梁在施工前、施工时及施工后内力变化不大，悬挑脚手架的搭设对其影响较小。

对比屋面悬挑脚钢构架施工前、施工时及施工后悬挑脚手架附近剪力墙内力可知：剪力墙W1、W3在施工过程中弯矩和剪力变化较大，轴力变化较小。而剪力墙W2施工时的轴力比完成施工后的大，弯矩和剪力变化较小。剪力墙W4、W5的内力在施工过程中变化不大。

综上所述，悬挑脚手架的搭设对直接支承悬挑型钢的梁和墙的内力影响较大，对周围构件的内力影响较小。

另外，钢丝绳将悬挑承力架拉结与32层B1、B2梁上，如图5所示。钢丝绳对其施加了水平荷载作用，每根钢丝绳施加给边梁的水平荷载为NGk=11.32kN，NQk=9.85kN。但由于梁与楼板共同工作，楼板平面外刚度很大，水平荷载对结构的影响较

小。若钢丝绳拉结处没有楼板，钢丝绳施加给边梁的水平荷载会在梁平面外产生弯矩和剪力作用，这种情况下应验算梁平面外的承载力是否满足要求。

表1 梁内力（力：kN弯矩kN m）

表2 施工前、施工时梁内力与施工后的比值

表3 剪力墙内力（力：kN弯矩kN m）

表4 施工前、施工时剪力墙的内力与施工后的比值

图5 钢丝绳与32层边梁连接

通过以上分析，为保证悬挑脚手架搭设施工过程中建筑结构的安全，减小悬挑脚手架对建筑结构的影响，悬挑脚手架设计施工时应做到以下两点：

（1）悬挑脚手架搭设方案确定后，需对悬挑脚手架周围的结构构件进行复核，并对可能出现承载力不足、产生裂缝、较大变形的构件需采取适当的现场临时加固措施，如在梁下架设钢管顶撑（如图1所示）等，以保证结构在施工过程中的安全；（2）对于需承受荷载较大的悬挑脚手架，可采用分层卸荷的方式，尽可能将荷载分散到尽可能多的结构构件上去，避免少数构件集中受力的情况。

4 结语

本文分析了某高层住宅屋面局部悬挑钢构架悬挑脚手架施工过程中悬挑脚手架对建筑结构的影响。分析结果表明，悬挑脚手架的搭设改变了原荷载传递路径，使得某些结构构件在悬挑钢构架施工过程中发生了变化。悬挑脚手架对建筑结构的影响应给予足够的重视。在保证悬挑脚手架本身安全的同时，更应保证建筑结构的安全。

[1]DG/TJ08-2002-2006，悬挑式脚手架安全技术规程[S].

[2]JGJ130—2001，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[3]张建，忠徐义军.建筑施工悬挑式脚手架有关问题探讨[J].建筑安全，2010，（02）.

[4]张根凤.高层建筑悬挑式外脚手架搭设技术[J].工程质量，2008，(15).