大跨度框架结构新型外悬挑脚手架应用技术

汤亮，王业力，李建华，白玉晶，桓忠雄

（中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

珠海机场改扩建T2航站楼工程位于广东省珠海市金湾区，位于现有T1航站楼与珠海航展中心之间，占地面积103 000 m2，总建筑面积187 000.2 m2，T2航站楼地上2~5层，地下1层，局部2层。航站楼主楼面宽288 m，进深148 m，建筑高度40.25 m；南指廊宽47 m，长161 m，建筑高度23.07 m；东指廊宽32.5 m，长275 m，建筑高度20.97 m；西指廊宽32.5 m，长151 m，建筑高度20.97 m，最大梁跨度为18 m。

2 外悬挑脚手架搭设难点

T2航站楼工程项目占地面积大、层高大、层数少、柱距大，施工进度紧张，且受T2航站楼地下室周边回填进度慢影响，无法搭设落地脚手架。因航站楼建筑面积大，若采用工字钢悬挑搭设外脚手架，将使用大量工字钢，施工周期长，成本高。综合考虑后，项目部决定借助模板支撑架外挑，以便为操作面提供外防护。本工程模板支撑架采用盘扣式钢管脚手架搭设，将盘扣式模板支撑架最上一步立杆作为支撑，向外斜向悬挑出结构板边缘600 mm搭设单排脚手架，可以满足施工作业面外防护要求，同时，不影响地下室回填施工，悬挑脚手架与同一层模板支撑架拆除，减少脚手架使用时间，节省钢管等构件使用量，它的应用可破解珠海机场改扩建工程和施工效率要求高的难题[1]。

3 外悬挑盘扣式脚手架简介

本工程模板支撑架及外悬挑脚手架均为盘扣式脚手架，采用套管承插连接，水平杆和斜杆采用杆端扣接头扣入盘扣构件连接盘，采用楔形插销固定连接，形成结构稳定的几何不变体系的钢管支架。这种脚手架的连接插座为D133 mm、厚度为10 mm、有8个孔的钢制圆盘，圆盘与立杆在一定长度模数的钢管上每间隔0.5 m进行一次焊接，横杆在镀锌钢管两端焊接带有插销的钢制插头，圆盘与横杆两端带有插销的钢制插头连接，该架体主要受力构件由尺寸为φ48 mm×3.2mm的Q345A或Q355A钢管制成[2]；由于盘扣式脚手架构件之间连接可靠、牢固，构件强度高等特点，为搭设新型外悬挑脚手架提供坚实的基础。

本工程外悬挑脚手架是将盘扣式模板支撑架最上一步立杆作为支撑，利用竖向斜杆悬挑出结构板，与悬挑脚手架底部支撑横杆、立杆连接盘扣接，成为稳定的三角形结构，悬挑脚手架搭设高度不超过3 m，且搭设高度应超出该层梁板面1.5 m，脚手架立杆纵距与最外侧支模架立杆间距一致，立杆横向间距为0.6 m，步距为2 m，外悬挑脚手架设计三维图如图1所示。

图1 外悬挑脚手架设计三维图

4 外悬挑脚手架受力验算

4.1 三角钢管悬挑支撑计算

经计算得到，外悬挑脚手架底部立杆的最大轴向压力为2.345 kN（该处最大轴向压力为高3 m外悬挑单排脚手架部分处至立杆底部的压力），即以下验算P1取值，P1=2.345 kN。在竖向轴力作用下，脚手架受力计算简图如图2所示。

1）图2所示竖向力（P1和P2）由架体上部立杆所传，其中，轴力P2为模板支撑架处立杆所传，作用在三角形盘扣架体上各个支点和各个杆件内力的支座反力计算如下：

图2 脚手架受力计算简图

三角形盘扣架的各杆件轴力：

式中，NAB、NBC、NAC分别为杆件AB、BC、AC的轴力。

三角形盘扣架的各支撑点的支座反力：

AB杆处受到的拉力RA=0.938 kN；AC杆受到的压力RAC=2.526 kN；BC杆受到的压力RBC=P1+P2=4.690 kN。

2）三角形盘扣架中AB水平杆中的力，除由P1、P2产生的轴力NAB外，还有P1、P2产生的压屈剪力和风荷载NV引起的水平力NW。

由P1、P2产生的压屈剪力NV为：

式中，φAB为立杆稳定系数，由杆件长细比λ=l0/iAB=209.87的计算结果按规范查表得到φAB为0.166[其中，iAB为计算横杆的界面回转半径，取1.62 cm；l0为杆件的计算长度（m），由公式l0=kuh确定，k为计算长度附加系数，取1.155，u为计算长度系数，由脚手架的高度确定，u=1.700，h为脚手架最大步距，取值2 m，则l0=1.155×1.700×2.000=3.400 m]。经计算，压屈剪力NV为0.332 kN。

风荷载引起的拉力NW：

首先，计算风荷载：qw=1.4μzμsω0La=1.4×1.280×1.2×0.300×3.000=1.935 kN/m。

式中，qw为风荷载；La为悬挑脚手架搭设高度，取3.00 m；ω0为基本风压，取ω0=0.300 kN/m2；μz为风荷载高度变化系数，μz=1.280；μs为风荷载体型系数，μs=1.200。

风荷载作用下，以连墙杆件作为支点，按4跨连续梁计算，支座反力计算如下：

式中，L为连墙杆件竖向距离，取1 500 mm。经计算，支座反力R=1.141 kN。

风荷载给三角形盘扣架支撑水平杆的拉力NW=2R=2.282 kN。

4.2 盘扣三角架杆件及节点计算

1）AB杆

经计算，轴拉力N′AB为3.552 kN；

式中，AAB为钢管净截面面积，AAB=3.60 cm2。经计算，AB杆件拉应力σAB为47.55 N/mm2，小于205 N/mm2（AB杆钢管强度设计值为205 N/mm2），满足要求。

2）BC杆

BC的长度为1.5 m，BC杆压弯稳定性计算公式为：

式中，σBC为钢管立杆受压强度计算值，N/mm2；ABC为立杆净截面面积，ABC=4.530 cm2；φBC为轴心受压立杆的稳定系数，由长细比λ=l0/iBC的计算结果查表得到φBC为0.161（其中，iBC为计算立杆的截面回转半径，取1.60 cm；l0为杆件的计算长度，m，由公式l0=kuh确定，k为计算长度附加系数，取1.155，u为计算长度系数，由脚手架的高度确定，u=1.700，h为脚手架最大步距，取值2 m，则l0=1.155×1.700×2.000=3.400 m，λ=3 400/16=212.5）。经计算，BC杆的压应力69.35 N/mm2，小于钢管立杆抗压强度设计值[f]=300 N/mm2，满足要求。

3）AC杆

NAC＝2.526 kN，杆件AC的长度：l＝1.615 m，计算立杆的截面回转半径iAC=1.62 cm，则长细比λAC＝l0/iAC＝209.87；根据λ值查表得φAC＝0.166。

风荷载标准值应按照式（6）计算：

式中，W0为基本风压，W0=0.300 kN/m2；Uz为风荷载高度变化系数，Uz=1.280；Us为风荷载体型系数，Us=1.200。经计算得：ωk=0.461 kN/m2。

风荷载设计值产生的立杆段弯矩Mw为：

式中，La为立杆纵距，La=1.5m；h为立杆步距，h=2 m。经计算得Mw=0.35 kN·m。

AC杆压弯稳定性按式（8）计算：

式中，W为钢管净截面模量抵抗矩，W=3.917 cm3；AAC为钢管净截面面积，AAC=3.60 cm2。代入数据得AC杆的压应力σAC=131.62 N/mm2，小于175 N/mm2，满足要求。

5 外悬挑脚手架施工技术

1）将底层2根横向水平杆、2根竖向斜杆接头套入最外侧盘扣式支模架立杆连接盘小孔位置，再以斜楔贯穿小孔敲紧固定。

2）安装脚手架立杆，将底层2根横向水平杆、2根竖向斜杆接头套入悬挑脚手架立杆连接盘小孔，再以斜楔贯穿小孔敲紧固定，使底层竖向斜杆、横向水平杆与模板支撑架立杆形成三角形支撑。插销连接应保证锤击自锁后不拔脱，抗拔力不得小于3 kN。

3）每隔2 m安装悬挑脚手架横向水平杆。每跨设置竖向斜杆，跨度同最外侧支模架立杆同方向间距（间距不大于1 500 mm）。

4）每层外悬挑架的搭设高度应该超出该层梁板面1 200~1 500mm。

5）外架立杆距离作业层1.2~1.5 m处，每3跨采用斜钢管与相邻支撑架扣件连接，增加架体稳定性。

6 外悬挑脚手架作业层构造

1）脚手架底部采用夹板全封闭，顶层外脚手架满铺脚手板，架体与建筑物的空隙采用平网防护，作业层外侧架设置挡脚板，挡脚板高度为200 mm。新型外挑架外立面采用盘扣式外架冲孔金属网满铺，作业层水平方向随着结构进度满铺挂扣式钢脚手板[3]。

2）作业层的脚手板架体外侧应设挡脚板、防护栏杆，防护上中下栏杆宜分别设置在离作业层1.5 m、1 m、0.5 m处。

3）采用240L（L为钢脚手板长度，240为钢脚手板宽度，mm，与立杆间距相等）钢脚手板且需完全扣在该作业层水平杆上，作业层需满铺钢脚手板。

4）当架体与建筑物的空隙采用双层水平网防护，并应在水平网上部设置脚手板封闭防护。

5）盘扣式外架金属网规格为1.2 m×2 m，采用横向米字型布置，盘扣金属网采用2个连接件进行连接，连接件与外架每步距间连接。

7 结语

通过对珠海机场改扩建工程（一标段）——航站楼土建工程项目新型外悬挑脚手架施工技术的应用，解决了落地式钢管脚手架施工地下室土方无法回填、连墙件无法满足设计要求的难题，减少了脚手架使用时间，节约了脚手架构配件使用量，提高了项目效益，可为国内同类结构施工提供有益借鉴。