新型悬挑脚手架在高层建筑中的应用研究

田玉涛 （中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250000）

随着城镇化进程的加速和建筑技术的不断发展，城市中修建了大量的高层建筑，为高层建筑提供安全、高效、便捷的施工脚手架成为一个亟待解决的问题[1]。传统的脚手架类型，如扣件式钢管脚手架、门式脚手架等，虽然具有一定的稳定性和承载能力，但是无法适应不规则表面的高层建筑、超高层建筑的施工，且其安装和拆卸过程比较烦琐、稳定性差，需要大量的人力和时间，而且容易受到天气和环境的影响[2]。在众多脚手架类型中，悬挑脚手架是一种将脚手架支撑结构悬挂在建筑结构外部的脚手架类型，具有安装简单、拆卸方便、稳定性高等优点，不需要占用建筑内部空间，同时能提供宽阔的作业面，便于施工操作。花篮螺栓悬挑脚手架通过使用高强度钢材料制造的悬挑梁和支撑杆，以及独特的花篮螺栓连接方式，显著提高了脚手架的整体稳定性和承载能力[3]。此外，花篮螺栓的独特设计使得安装和拆卸过程更加简便、快捷，大大节省了施工时间。

本文以商河县许商综合片区（七期）棚改旧改A区项目为研究对象，提出花篮螺栓悬挑脚手架施工工艺，并对脚手架体系进行了结构内力、变形和稳定性分析，提出了相应的施工技术要点。

1 工程概况

商河县许商综合片区（七期）棚改旧改A区项目为改善商河县老城区棚户区和城中村的生活条件的重大民生工程，项目位于济南市商河县新庄街以北、青年路以南，如图1所示。工程所在地属大陆性暖温带半湿润季风气候，年降水量600mm 左右。安置房建设全部是按照商品房的标准，在黄金地段核心地块上，用最好的建筑材料，户型设计合理。其中A3地块建筑面积达到93251.01m2，均采用框架剪力墙结构，其余建筑基本参数见表1。项目建设单位为商河城镇开发置业有限公司，设计单位为山东华侨建筑设计有限公司，施工单位为中铁十四局集团有限公司，监理单位为济南中建建筑设计院有限公司。通过分析可知，建筑各单体工程阳台多，结构悬挑部位多，受力复杂，使得脚手架节点处理较难，同时建筑结构外形不规则，阴阳角较多，悬挑主梁布置难度大。

表1 建筑基本参数

图1 项目建设效果图

2 新型悬挑脚手架的计算

2.1 新型悬挑脚手架的基本设计条件

针对建筑物脚手架工程面对的难题，研究提出花篮螺栓悬挑架施工技术，如图2所示。

图2 花篮螺栓悬挑架节点构造

根据施工工况的不同，花篮螺栓悬挑架的工字钢悬挑长度分为3种，分别为1300mm、2000mm、3100mm，悬挑脚手架的设置参数见表2。

表2 悬挑脚手架的设置参数

悬挑脚手架的计算以最不利工况为例，即工字钢悬挑长度为3100mm，悬挑脚手架的平面图和立面图如图3所示。悬挑主梁离地面高度为42m，悬挑方式为普通主梁悬挑，主梁间距为850mm，悬挑主梁与建筑物采用锚固螺栓连接，主体建筑物楼板或梁混凝土的强度等级为C30，工字钢悬挑梁采用2 个支点进行上拉，支点1 和支点2 距离主梁外锚固点水平距离分别为1750mm、2650mm。

图3 悬挑长度为3100mm脚手架平面图和立面图

脚手架荷载设计参数见表3。悬挑工字钢主梁的材料特性见表4。

表3 脚手架荷载设计参数

表4 悬挑工字钢主梁的材料特性

2.2 悬挑工字钢梁内力和变形验算

根据脚手架荷载，由图3（a）中悬挑梁的作用点号，可以得到各排立杆传递至梁上的荷载，悬挑工字钢梁的受力平衡分析图如图4所示。

图4 悬挑工字钢梁的受力平衡分析图

由此可得悬挑工字钢梁的弯矩图、剪力图和挠度图[4-6]如图5所示。

图5 悬挑工字钢梁的内力和变形计算结果

计算结果表明，工字钢梁的最大弯矩为2.71kN·m，最大剪力为14.545kN，最大挠度为0.247mm，验算悬挑工字钢梁的正应力、剪应力和挠度，如式（1）～式（3）所示，验算结果符合要求[7]。

2.3 上拉杆强度验算

上拉杆采用直径为20mm 的HRB400钢筋，截面面积为3.14cm2，弹性模量为206000MPa，轴销采用45 号钢，轴销直径为20mm，抗剪强度容许值为125MPa。

上拉杆件角度计算如式（4）～式（5）所示。

上拉杆件支座力计算如式（6）～式（7）所示。

主梁轴向力设计值计算如式（8）～式（9）所示。

上拉杆件轴向力计算如式（10）～式（11）所示[8]。

由此可以得到上拉杆件的最大轴向拉力设计值为NS= max[NS1,NSi]= 25.127kN

轴心受拉稳定性计算为σ=NS/A= 25.127×103/314.2 = 79.97MPa ≤f= 205MPa，验算符合要求。

2.4 上悬挑主梁整体稳定性验算

主梁轴向力如式（12）所示。

压弯构件强度如式（13）所示。

式中γ为塑性发展系数。

受弯构件整体稳定性分析时，φb为均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，根据《钢结构设计标准》得φb=2，由于φb大于0.6，根据GB 50017-2017《钢结构设计标准》附表C，得到φb'=0.93，得到悬挑工字钢整体稳定性系数如式（14）所示[9]。

验算表明悬挑工字钢整体稳定性符合要求。

3 新型悬挑脚手架施工技术

花篮螺栓悬挑架搭设施工技术分为13 步，其技术流程如图6所示，控制要点如图7所示。

图6 花篮螺栓悬挑脚手架施工流程

图7 花篮螺栓悬挑脚手架施工控制关键点

4 结语

以商河县许商综合片区（七期）棚改旧改A区项目为研究对象，提出花篮螺栓悬挑脚手架施工工艺，并对脚手架体系进行了结构内力、变形和稳定性分析，提出了相应的施工技术要点，得到以下结论：

（1）悬挑脚手架最不利工况计算表明，悬挑工字钢梁的正应力σmax=26.06MPa、剪应力τmax=23.318MPa、挠度νmax=0.247mm；上拉杆件的最大轴向拉力设计值为NS=25.127kN，轴心受拉稳定性计算为σ=79.97MPa≤f=205MPa；悬挑工字钢整体稳定性系数0.13，均满足验算要求。

（2）花篮螺栓悬挑架搭设施工技术分为13步，并针对预埋件安装、悬挑主梁安装、纵横水平杆安装和上斜拉杆及连墙件安装4 个关键控制要点提出了相应的措施，有效保障了花篮螺栓悬挑架的施工质量。