悬挑钢管脚手架在工程中应用

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1、工程概况：
上海静安区55#地块旧房改造工程《国际丽都城》C1幢主体为剪力墙结构，地下二层，地上十九层，层高为3.0米，总高度约为64米，总建筑面积14826平方米。
2、施工方案的选择：
根据工程结构特点及现场的实际情况，比较多种外脚手架形式，进行论证，项目部认为：①采用落地脚手架，考虑到室外回填土与工期相矛盾，且材料投入量相当大，不可取；②采用整体提升脚手架，因外立面构造梁较多且不规则，洞口封堵较难，给安全带来隐患，且造价较高；③采用悬挑脚手架，运用钢挑粱分阶段卸载，形成交替循环使用，减少工程投入成本；并能满搭脚手架，解决外立面构造梁造成洞口难封堵的难题，确保施工安全。综合上述观点，项目部决定采用悬挑钢管脚手架。
3、施工方案：
地下室至四层采用落地钢管脚手架；四层以上结构施工为悬挑式脚手架，采用工字钢作为钢挑梁，分二次卸荷（每次7层）。
3.1脚手架材料：
钢管采用φ48×3.5、扣件、竹笆、外挂密目安全网、70MM厚木脚手板等必须符合JGJ130-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，外挑钢梁材质必须符合国家标准A3钢的技术标准，并应有质保书。
3.2悬挑钢梁的构造：
1、        在外墙预留宽×高为200×300的长方形孔，采用18号工字钢作为挑梁，外挑1.45M，在距外墙面1.3M处对应位置平台上放置固定螺栓4φ18加12#槽钢固定。

悬挑钢梁剖面图

2、        在阳台处考虑到悬臂结构不能受力过大，故采取钢梁悬挑加￠25钢筋作斜拉。

阳台处悬挑钢梁示意图

3.3脚手架搭设尺寸：
立杆纵向间距为1.8M，内立杆距外墙为0.3M，外立杆距外墙面的距离为1.3M，步距为1.8M，横向水平杆长度为1.4M。

3.4悬挑钢管脚手架构造图：

4、外挑脚手架的荷载、强度、挠度验算：
4.1 Ｉ18工字钢外挑1.3M，长度为3.0M荷载、强度、挠度验算
荷载计算
立杆荷载：12×1.8×3.84×9.8=813N
纵向水平杆荷载:2×1.8×3.84×9.8*12=1626N
横向水平杆荷载:1.4÷2×3.84×9.8×12=316N
脚手竹笆荷载:12×9.8×10/2=588N
栏杆荷载:2×12×3.84×9.8×1.8=1626N
木脚手板荷载:3×1.8×0.25×350=473N
安全网荷载: 3×3×9.8=88N
直角扣件荷载:2×12×13.2=317N
施工荷载:3000×1.8×1.3=7020N
Ｉ18工字钢自重荷载：24.13×9.8×1.4/2=166N
外立杆荷载:
P1=(813+1626+316+588+1626+88+317+166)×1.2+7020×1.4
  =16476N
内立杆荷载:
P2=(813+1626+316+588+473+317+166)×1.2+7020×1.4
  =14987N

验  算：
Ｉ18工字钢特性：Ix=1699×104mm4   Wx=185.4*103MM3   
S=106.5*103mm tw=6.5mm  f=215N/mm2 [fv]=125N/mm2    [v]=l/250
Mmax=P1×1.3+P2×0.3
     =16476×1.3+14987×0.3
     =25915N.M
Vmax=P1+P2=16476+14987=31463N
1、        抗弯验算：
  =Mmax/Yx.Wx=25915×103/1.05×185.4×103
  =133N/mm2<[f]=215N/mm2
强度符合要求。
2、        抗剪验算：
t=Vs/Itw=31463×106.5×103/1699×104×6.5
=30N/mm2<[fv]=125N/mm2
满足要求。
3、        挠度验算：
V=P1L3/3EI+P2b2(3L-b)/6EI
=16476×13003/3×2.06×105×1699×104+14987×3002(3×1300-300)/6×2.06×105×1699×104 =3.68mm<[V]=L/250=5.2mm
挠度符合要求。
4、        Ｉ18工字钢梁端部用4φ16螺栓固定的强度验算
4[fv].S=4×125×200.96=100480N
100480×1.2=120576N.M>Mmax=25915N.M
故端部用4φ16螺栓固定符合要求。
由以上计算，可以采用Ｉ18工字钢作为钢挑梁。

4.2 阳台处用Ｉ22工字钢外挑1.6M，长度为4.5M，φ25钢筋为斜拉脚手架的强度、挠度验算
荷载计算
立杆荷载：12×1.8×3.84×9.8=813N
纵向水平杆荷载:2×1.8×3.84×9.8*12=1626N
横向水平杆荷载:1.6÷2×3.84×9.8×12=361N
脚手竹笆荷载:12×9.8×10/2=588N
栏杆荷载: 2×12×3.84×9.8×1.8=1626N
木脚手板荷载:3×1.8×0.25×350=473N
安全网荷载: 3×3×9.8=88N
直角扣件荷载:2×12×13.2=317N
施工荷载:3000×1.8×1.6=8640N
Ｉ22工字钢自重荷载：33.05×9.8×=324N
外立杆荷载:
P1=(813+1626+361+588+1626+88+317+324)×1.2+8640×1.4
  =18988N
内立杆荷载:
P2=(813+1626+361+588+473+317+324)×1.2+8640×1.4
  =17498N
验  算：
Ｉ22工字钢特性：Ix=3406×104mm4   Wx=309.6×103MM3    I=89.9mm
S=177.7×103mm tw=7.5mm   f=215N/mm2 [fv]=125N/mm2    [v]=l/250   A=42.13cm2
                βmx=1   γx=1.05
Mmax=P1×1.6+P2×0.6
     =18988×1.6+17498×0.6
     =40880N.M
Vmax=P1+P2=18988+17498=36830N
λ=l/I=2300/89.9=25.58
查表得：φx=0.9312
Nx=36830×2.3÷2.68=31608N
1、整体稳定性验算：
? =N/φx A+βmx Mx/Yx.W1x（1-0.8×N/NEX）
=31608/（0.9312×4213）
+1×35771×103/｛1.05×309.6×103×（1-0.000002）｝
  =134 N/mm2<[ ?]=215N/mm2
符合要求。
2、抗剪验算：
t=Vs/Itw=36830×177.7×103/3406×104×7.5
=25N/mm2<[fv]=125N/mm2
满足要求。
1、        挠度验算：
V=P1L3/3EI+P2b2(3L-b)/6EI
=18988×16003/3×2.06×105×3406×104+17498×6002(3×1600-600)/6×2.06×105×3406×104
=4.32mm<[V]=L/250=7.6mm
挠度符合要求。
2、        Ｉ22工字钢梁端部用4φ16螺栓固定的强度验算
4[fv].S=4×125×200.96=100480N
100480×2.4=241152N.M>Mmax=35771N.M
故端部用4φ16螺栓固定符合要求。
3、        φ25钢筋斜拉验算
强度验算
Lo=/2.32+2.682   =3.532m
RB=36830*(3532/2680)=48538N
φ25钢筋抗拉σ=[fv].S=125×490.625=61328N>48538N

由以上计算，可以采用Ｉ22工字钢作为钢挑梁φ25钢筋斜拉。
4、预埋件计算
AS=K1N/fsvar=1.55*36830/1*215*1=267mm2
Φ16钢筋截面积201.1 mm2
4Φ16钢筋截面积=4*201.1=804.4 mm2>267mm2
4根为Φ16钢筋锚固深度验算
h=F/πd［τb］=31608/3.14*16*2=315mm
故用4φ16钢筋锚固长度为4*310MM的预埋件符合要求。
5、脚手架搭设：
5.1纵向水平杆：
1、        纵向水平杆设置在立杆内侧，其长度不宜小于3跨。
2、        纵向水平杆接长采用对接扣件连接：
纵向水平杆的对接扣件应交错布置：两根相邻纵向水平杆的接头不宜设置在同步或同跨内；不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不应小于500mm；各接头中心至最近主节点的距离不宜大于纵距的1/3。
3、        本工程使用1.8×1.0M竹笆板，故纵向水平杆应采用直角扣件固定在横向水平杆上，并应等间距设置4根。
5.2横向水平杆：
双排脚手架的横向水平杆两端用直角扣件固定在立杆上。
5.3脚手板：
1、        1.8×1.0M竹笆脚手板按其主竹筋垂直于纵向水平杆方向铺设，且采用对接平铺，四个角用直径1.2MM的镀锌钢丝固定在纵向水平杆上。
2、        作业层横向水平杆外挑0.3M处，上铺设70厚250MM宽木脚手板，并将脚手板两端与其可靠固定，铺设时采用对接平铺，接头处设两根横向水平杆，脚手板外伸长应取130-150MM，两块外伸长度的和应不大于300MM。
5.4立杆：
4、        每根立杆底部设置在挑梁上焊接ф25长为150MM钢筋处。
5、        立杆上的对接扣件应交错布置，两根相邻立杆的接头不应设置在同步内，同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不宜小于500MM，各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3。
5.5连墙件:
1、        连墙件采用ф12螺栓与钢管顶撑配合使用。
2、        水平方向每隔5.4M，垂直方向每高3.6M，设置一道连墙件。
3、        在脚手架的顶部和转角处，连墙件应加密设置，增加30%。
4、        连墙件必须水平设置。
5.6剪刀撑：
1、        在外侧立面整个长度和高度连续设置剪刀撑，每道剪刀撑宽度为7.2M。
2、        剪刀撑斜杆的接长采用搭接，搭接长度为1M，采用2只旋转扣件等间距固定。
3、        剪刀撑斜杆应用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上，旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于150MM。
5.7外立面围护：
1、        作业层栏杆、档脚板应搭设在外立杆内侧，上栏杆上皮高度为1.2M，挡脚板高度为200MM，中栏杆居中设置。
2、        脚手架外侧满挂密目式安全网，进行全封闭。
3、        做好脚手架的首排隔离和四排隔离，采用满铺隔离板或平网等防护措施，以防操作工具、杂物等下落。
5.8脚手架应有良好的接地保护和避雷装置.
6、架体拆除：
脚手架拆除前应由单位工程负责人召集有关人员进行全面检查，确认不需要脚手架时，方可进行拆除。拆除脚手架应设置警戒区，并有专人负责警戒。拆除脚手架前应将脚手架上的留存材料，杂物等清除干净。脚手架拆除时应做到后搭先拆，由上而下的原则，一步一清不准上下同时作业。拆下的杆件与零配件，应按类分堆，用吊车吊下，严禁高空抛掷，零配件运至地面时及时妥善保管。
7、结束语：
悬挑钢管脚手架采用上、下两挑脚手架交替向上搭设，节省大量周转材料；另外，在第一挑脚手架完成二排后，即可拆除落地脚手架，从而不影响基坑回填土，为加快工程进度创下条件。该方案在国际丽都城、利国广场、信业广场等工程中得到推广应用，实践证明，不但切实可行，而且取得良好经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]《简明施工计算手册》第二版
[2]《建筑工程手册》第三册
[3]《实用五金手册》第六版
[4]《钢结构设计手册》第二版
[5]《建筑机械使用安全技术规程》(JGJ33-2001)
[6]《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ46-2005