浅析悬挑脚手架在某小高层建筑中的应用

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(江苏鸿成工程项目管理有限公司，江苏 宜兴 214200)

引言

随着高层、小高层建筑的日益增多，悬挑脚手架的应用十分普遍。悬挑脚手架作为建设部推广的十大施工新技术之一，它是利用主体结构作为受力部位、预埋锚环作为固定端，将型钢梁一端固定于预埋环内，另一端向结构外悬挑以支承荷载的一种脚手架形式。悬挑脚手架的关键是悬挑支承结构，悬挑支座必须有足够的强度、刚度和稳定性。本文结合实际工程，探讨了悬挑脚手架的设计和施工方案。

1 工程概况

南京某小高层建筑由A塔、C塔和裙房组成，其中A塔为高16层的酒店、C塔为高13层的挑高公寓楼，两幢建筑周围为4层商用裙房，地上部分总建筑面积为40 270 m2，地下部分建筑面积为23 540 m2。工程设计了3层连体式地下室，由于地下结构工程量巨大，为加快施工进度，上部建筑采用了工字型钢悬挑脚手架，一次性悬挑高度为20 m，脚手架的立杆纵距la=1.5 m，立杆横距lb=0.9 m，立杆步距h=1.8 m，内立杆离墙间距为0.3 m。

该悬挑脚手架采用I18工字钢悬挑梁，其结构构造如图1所示。图中压环和吊环均为Φ18 mm圆钢，连墙件是两步两跨的双扣件。

2 型钢悬挑梁的设计计算

2.1 悬挑梁的荷载计算

根据江苏省工程建设标准DGJ 32/J121—2011《建筑施工悬挑式钢管脚手架安全技术规程》，进行悬挑脚手架的荷载计算。计算结果如下：

图1 悬挑脚手架构造示意图

(1)脚手架立杆自重标准值：

内立杆自重：gk内=0.131 9×20=2.64(kN)

外立杆自重：gk外=0.155 1×20=3.10(kN)

(2)脚手板自重：

该工程从上至下满铺4层脚手板，每层脚手板重约0.35 kN/m2，因此，脚手板自重为：

gk2=0.35×1.5×(0.9+0.1)×4/2=1.05(kN)

(3)活荷载：

活荷载按照施工荷载取值，施工荷载按每层3 kN/m2考虑，则：

NQk=2×3.0×1.5×0.9/2=4.05(kN)

(4)栏杆、竹片脚手架挡板：

gk3=0.2×1.5×4/2=0.60(kN)

(5)密目网自重：

2 000 目/100 cm2密目网自重约0.005 kN/m2，则：

gk4=0.005×1.5×20=0.15(kN)

(6)型钢自重：

q=1.2×25.796×0.000 1×78.5=0.243(kN/m)

(7)工字钢悬挑梁受力：

内排架：

N内=1.2×(gk内+gk2)+1.4NQk=1.2×(2.64+1.05)+1.4×4.05=10.1(kN)

外排架：

N外=1.2×(gk外+gk2+gk3+gk4)+1.4NQk=1.2×(3.10+1.05+0.60+0.15)+1.4×4.05=11.55(kN)

2.2 悬挑梁的内力计算

JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》取消了钢丝绳对型钢梁的吊拉作用，规定钢丝绳只作为型钢梁的辅助吊拉装置，在计算过程中不参与受力计算。因此，该工程脚手架型钢悬挑梁的计算模型如图2所示。

图2 悬挑脚手架的计算模型

图中，N1=10.1 kN，N2=11.55 kN，a=2.5 m，b=0.3 m，c=1.2 m。

基于图2的计算模型，经计算，得到该悬挑工字梁的最大弯矩设计值为17.08 kN·m，最大剪力设计值为21.95 kN。

2.3 悬挑梁的强度、刚度及稳定性验算

2.3.1 抗弯强度计算

根据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，型钢悬挑梁的抗弯强度计算公式为：

σ=MmaxWn

(1)

式中：Mmax——悬挑梁的最大弯矩设计值；Wn——悬挑梁的抗弯截面模量，I18工字钢的Wn=185 cm3。

经计算，得：σ=92.32 N·mm2。

因σ

2.3.2 挠度验算

钢结构的变形比较大，若工字型钢梁的梁端挠度过大，会直接导致脚手架失稳破环，因此，验算悬挑梁的端部挠度十分必要。

根据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，将N1=10.1 kN，N2=11.55 kN，a=2.5 m，b=0.3 m，c=1.2 m，q=0.243 kN/m代入公式，经计算，得到悬挑梁的挠度：V=7.33 mm。

因V<2L/250(2L/250=10 mm)，所以，型钢悬挑梁的挠度满足要求。

2.3.3 稳定性验算

型钢悬挑梁的整体稳定性验算是防止悬挑梁失稳的必要条件。根据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，悬挑梁的整体稳定性计算公式为：

σ=MmaxφbW

(2)

式中：φb——均匀弯曲受弯构件的整体稳定性系数。

按照GB 50017—2003《钢结构设计规范》，计算得：φb=3.5，因φb>0.6，修正后得到：φb'=0.99(φb'<1.0)，取φb'=0.99，则：σ=93.25 N·mm2。

因σ

3 悬挑工字型钢脚手架的施工工艺

3.1 施工流程

该工程悬挑脚手架的施工流程为：搭设准备→压环钢筋预埋→混凝土浇筑→悬挑工字钢安装→脚手架随楼层搭设→吊环钢筋预埋→混凝土浇筑→斜拉钢丝绳安装→继续搭设上层脚手架。

3.2 预埋压环钢筋

必须按照悬挑工字钢平面布置图预埋压环钢筋，如图3所示。将Φ18 mm钢筋固定在混凝土板的底筋上，在混凝土浇筑前做好隐蔽工程验收记录。

图3 压环钢筋布置图

3.3 安装悬挑工字型钢

混凝土浇筑完毕并达到设计强度后，进行悬挑工字钢的安装，工字钢间距须≯1.5 m。安装时要保证位置准确，悬挑的长度符合设计要求，并用木楔将悬挑工字钢的尾部与预埋压环楔紧固定。

3.4 搭设要求

悬挑脚手架的搭设顺序为：立杆→纵向水平杆→横向水平杆。搭设的具体要求为：

(1)相邻立杆的对接扣件不能设置在同一高度，相邻立杆接头在高度方向要错开500 mm以上，且各接头至主节点的距离不得大于步距的1/3，立杆顶端宜高出女儿墙上皮1 m或高出屋面檐口上皮1.5 m。

(2)纵向水平杆设置在立杆内侧，其长度不小于3跨，纵向水平杆的搭接长度≮1 m，采用等间距设置的3个旋转扣件进行固定，两根相邻的纵向水平杆的接头不宜设置在同一跨内，不同跨的接头在水平方向要错开500 mm以上，且各接头中心至最近主节点的距离不大于纵距的1/3。

(3)主节点处用直角扣件连接1根横向水平杆，非主节点处根据支承脚手板的需要等间距设置横向水平杆，其最大间距不大于纵距的1/2。

(4)作业层上的脚手板要离开墙面120～150 mm满铺，竹片脚手板的主竹筋垂直于纵向水平杆，四角Φ1.2 mm镀锌铁丝进行固定，转角、斜道平台处的脚手板要与横向水平杆有可靠连接，以防滑动。

(5)连墙件从悬挑底层第一步纵向水平杆处开始设置，偏离主节点的距离≯300 mm，采用矩形布置，连墙件一般呈水平设置，当不能水平设置时，与脚手架连接的一端应采用下斜连接。

(6)剪刀撑必须跨越5根以上的立杆，每道剪刀撑宽度不应小于4跨，且≮6 m，斜杆与地面的倾角在45°～60°之间，剪刀撑的搭接长度须>1 m，用3个以上旋转扣件进行固定，端部扣件盖板边缘至杆端的距离须>100 mm。

(7)横向斜撑设置在同一节间内，由底至顶层呈之字型连续布置，斜撑固定在与之相交的横向水平杆的伸出端上，旋转扣件中心至主节点的距离≯150 mm。

(8)栏杆和挡脚板均设在外立杆内侧，挡脚板高度≮180 mm，上栏杆上皮高度为1.2 m左右。

3.5 转角处的加固措施

该工程转角处的悬挑外脚手架采用斜拉钢丝绳进行卸载，如图4所示。在脚手架外侧主结点处用钢丝绳拉至上层拉结点，拉结点为梁或剪力墙内预埋的Φ18 mm圆钢吊环，单根钢丝绳直径Φ17 mm，绳头设3个以上绳夹，以确保所有钢丝绳受力均匀。

图4 悬挑脚手架转角加固措施

4 悬挑脚手架的防雷措施

悬挑型钢脚手架若在相邻建筑物的防雷保护范围之外，应安装防雷装置。避雷针选用Φ25 mm～Φ32 mm、壁厚>3 mm的镀锌钢管或Φ≮12 mm的镀锌钢筋制作。避雷针设置在房屋四角脚手架的立杆上，高度≮1 m，并将所有的最上层大横杆全部接通，形成避雷网络。水平接地板选用宽25～40 mm、厚度≮4 mm的角钢制作，按脚手架的长度每隔50 m设置1个，接地板埋入地下须>500 mm，埋设后用填土夯实，所有接地装置完成后测定电阻，防雷装置的冲击接地电阻值须≯30 Ω。

5 结语

该工程采用悬挑型钢脚手架，通过设计计算和制定专项施工方案，该脚手架在实际应用过程中达到了系统稳定、可靠性优良的预期效果。本文从工程实际出发，结合悬挑脚手架安全技术规范计算了该工程悬挑型钢梁的强度、刚度和稳定性，探讨了脚手架的施工技术及防雷设施。悬挑脚手架作为建设部推广使用的一项新技术，将会得到越来越广泛的应用，各施工单位应根据工程的具体情况做好方案设计和技术交底工作，确保悬挑脚手架安全有效地投入使用。