乔振斌
摘 要:以北京通州高层铁路住宅楼型钢悬挑脚手架为例,对工字钢悬挑梁抗弯强度、挠度、稳定性及锚固拉环计算过程进行阐述,运用现行规范,计算验证悬挑工字钢的选用是否符合要求。
关键词:悬挑脚手架;工字钢悬挑梁;抗弯强度;挠度;稳定性;锚固拉环
随着城市化进程明显加快,全国各地高层建筑拔地而起,施工中大量采用悬挑脚手架,一些脚手架垮塌事件也屡屡发生。在实际施工过程中,施工单位对脚手架的理论计算往往重视程度不够,凭经验做法的惯性思维缺乏科学依据,易埋下安全隐患。本文以北京通州区一处28层住宅施工中采用的型钢悬挑脚手架为例,对其中关键构件悬挑工字钢及锚固拉环按照规范标准进行计算,同时探索采用活荷载极限值对工字钢各项性能影响。
1 参数信息
1)脚手架参数。双排脚手架搭设高度为19.95m,采用单立杆,立杆的纵距为1.5m,立杆的横距为0.9m,步距为1.5m;内排架距结构0.4m;小横杆在上,搭接在大横杆上的小横杆为2根;脚手架采用φ48.3×3.6钢管,横杆与立杆连接方式为单扣件;连墙件布置采取两步三跨,竖向间距3m,水平间距4.5m,单扣件连接;采用木脚手板和木脚手板挡板,按铺设3层计算。
2)活荷载参数。采用结构脚手架施工活荷载3.0kN/m2,考虑2层同时使用。根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ1302011及北京市地方标准《钢管脚手架、模板支架安全选用技术规程》DB11/T 5832015的要求,总作业层活荷载标准值≤5kN/m2,本例取极限值5kN/m2计算。
3)风荷载参数。本工程地处北京市通州区,基本风压0.45kN/m2,高度变化系数μz,计算连墙件时取0.92,计算立杆稳定性时取0.74,风荷载体型系数μs为0.87。
4)静荷载参数。每米立杆承受结构自重荷载标准值0.1444 kN/m2,脚手板自重标准值0.35 kN/m2,安全设施与安全网自重标准值0.01kN/m2。
5)水平悬挑支撑梁。采用3.5m长18号工字钢,悬挑长度1.5m,锚固长度2m,锚固压环钢筋φ20,楼板为C30混凝土。
2 脚手架立杆荷载计算
每米立杆承受的结构自重标准值为0.1444 kN/m。NG1 = [0.1444+(0.9×2/2)×0.033/1.5]×19.95=3.276kN。
木脚手板自重标准值为0.35 kN/m2。NG2 = 0.35×3×15×(0.9+0.4)/2=1.024kN。
挡脚手板自重标准值:NG3 = 0.17×3×1.5=0.765kN。
吊挂的安全设施荷载,包括安全网(0.01 kN/m2):NG4 = 0.01×1.5×19.95=0.299kN。
静荷载标准值:NG= NG1+ NG2+ NG3+ NG4=5.364kN。
活荷载标准值:NQ=5×0.9×1.5/2=3.375kN。
立杆的轴向压力设计值为:N=1.2 NG+1.4NQ=6.437+4.725=11.162kN。
3 水平悬挑型工字钢抗弯强度及挠度计算
3.1 支座反力计算
RA=N(2+k2+k1)+ql[]2(1+k)2,
RB=-N(k2+k1)+ql[]2(1-k)2。
其中k=m[]l,k1=m1[]l,k2=m2[]l 。本工程m=1500mm,l=2000 mm,m1=400 mm, m2=1300 mm;工字钢截面惯性矩I=1660 cm4,截面模量W=185 cm3,自重荷载q=24143kg/m×9.8/1000=0.2366kN/m。计算得出RA=3254kN,RB= 9473 kN。
3.2 支座弯矩计算
MA=-N(m2+m1)-qm2[]2= 19.242kN·m
3.3 抗弯强度计算
强度应满足:最大应力σ =MA/W≤[σ],σ =19242000/185000=104.011N/mm2<205.0 N/mm2,满足要求。
3.4 最大挠度计算
C點最大挠度:
Vmax=Nm22l[]3EI(1+k2)+Nm21l[]3EI(1+k1)+ml3EI·ql2[]8(-1+4k2+3k3)+Nm1l[]6EI(2+3k1)(m-m1)+Nm2l[]6EI(2+3k2)(m-m2)
弹性模量E为2.06×105N/mm2,计算得Vmax8.935mm。按照JGJ1302011表5.1.8要求,悬挑型钢容许挠度[v]为l[]250,l为悬伸长度的2倍,[v]=1500×2[]250=12mm。Vmax[v],满足要求。
3.5 钢梁的整体稳定性计算
计算公式σ=M[]φbWx[f]。其中,φb为整体稳定性系数,按《钢结构设计规范》GB500172003选用。经计算得到最大应力:
σ=19242×106[]093×185000=11184N/mm2<[f]=215 N/mm2,满足要求。
3.6 将工字钢悬挑梁锚固在主体结构上的U形钢筋拉环强度计算
采用2道U形钢筋拉环,应力值σ=Nm[]Al=3254×1000[]31416×20[]22×2×2=25.89N/mm2,按JGJ1302011第56.7规定,当型钢悬挑梁锚固段压点处采用2个及以上U形钢筋拉环时,其钢筋拉环的承载力应乘以0.85的折减系数:
fl=0.85×50=42.5 N/mm2,σfl,满足要求。
由以上计算结果可以看出,使用中活荷载达到极限值时,对悬挑工字钢挠度变形影响较大,即将达到容许挠度值,因此,在悬挑脚手架使用过程中应严格控制违规堆载,及时清理架体上的杂物,确保脚手架安全。
参考文献:
[1]JGJ1302011,建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].
[2]DB11/T 5832015,钢管脚手架、模板支架安全选用技术规程[S].
[3]GB500092012,建筑结构荷载规范[S].
[4]GB500172003,钢结构设计规范[S].
[5]建筑施工手册(第五版)编委会,建筑施工手册(第五版)[Z].北京:中国建筑工业出版社,2012.