悬挑脚手架阳角部位悬挑钢梁易忽视的受力问题

贾 枫，张 宇

(四川大安建筑工程有限责任公司，四川成都610063)

随着城市化的发展，高层建筑越来越多，施工场地也变得越来越狭小，为能有效满足施工工艺要求保证施工进度，悬挑脚手架被广泛应用于高层建筑施工中。在实践中，有的项目在转角及特殊部位采用了型钢挑梁上架设型钢梁再放脚手架立杆的形式以满足架体立杆设置要求，但忽略了悬挑钢梁在特殊部位的受力是否满足要求。

现依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》(JGJ130-2011),对实际应用中阳角部位的型钢悬挑梁受力进行验算，以某工程项目实际设置为例进行设计计算，探讨其受力情况。

1 工程概况

某工程位于成都市××项目部，采用型钢搭设悬挑脚手架，搭设高度20 m ，型钢梁选用16号工字钢，架体选用φ48.3×3.6钢管扣件搭设(计算采用φ48×3.0，钢管自重标准值取0.036 kN/m(已考虑剪刀撑及扣件自重))，立杆纵距1.5 m，立杆横距0.8 m，立杆步距1.8 m。栏杆、横向斜撑、连墙件等均按专项方案搭设。脚手板选用木脚手板，布置为底部1层脚手板与2层作业脚手板，每层脚手板自重标准值0.35 kN/m2，横向水平杆固定在纵向水平杆上，每一操作层施工活荷载标准值取3 kN/m2，且同一跨距内各施工操作层标准值不超过5 kN/m2建筑阳角处的悬挑脚手架的内、外立杆荷载分别由内、外侧横钢梁传递至悬挑钢梁上(图1)。

图1 特殊部位悬挑梁的搭设

2 型钢悬挑梁验算

验算悬挑钢梁为图1中的2号悬挑梁。

2.1 计算选型

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》(JGJ130-2011)，钢丝绳、钢拉杆不参与悬挑钢梁受力计算。计算模型如图2所示(因在本例中钢梁自重较小，故忽略对悬挑梁的受力影响)。

图2 悬挑钢梁计算(单位：mm)

2.2 荷载计算

结合工程实际，内、外立杆的构造组成，受力因素不相同，如果按内、外立杆受力相同进行设计计算将不符合悬挑钢梁的实际受力情况。因此，内、外立杆根据立杆的实际情况分别计算自重，各荷载计算如下：

(1)脚手架结构自重标准值如下：

脚手架内立杆自重：gkn=0.216 kN+0.72 kN+0.432la=0.936kN+0.432la

脚手架外立杆自重：gkw=0.216 kN+0.72 kN+0.828la=0.936kN+0.828la

(2)脚手板自重：gk2=la×3层×0.8 m×0.35 kN/m2×1/2=0.42la

(3)活荷载：按施工均布荷载标准值不超过5 kN/m2取值。

NQK=0.8 m×5 kN/m2×la×1/2=2la

(4)栏杆、木挡脚板：gk3=la×3层×0.17 kN/m2=0.51la

(5)安全网自重：gk4=la×20 m×0.01 kN/m2=0.2la

(6)16号工字钢自重：0.204 kN/m

2.3 立杆轴向压力设计值

2.3.1 外立杆轴向压力设计值计算

由外立杆设计值计算公式Nw=1.2(gkw+gk2+gk3+gk4)+1.4NQK分别计算得出外侧横钢梁1、2、3、4号立杆轴向压力设计值见图3。

外立杆处横钢梁受力计算按简支梁计算，其计算简图如图3。

图3 外侧横钢梁荷载N1w、N2w计算(单位：mm)

经计算得：N1w=10.305 kN

N2w=13.204 kN

2.3.2 内立杆轴向压力设计值计算

由内立杆设计值计算公式Nn=1.2(gkn+gk2)+1.4NQK分别计算内侧横钢梁对应于外立杆编号的内立杆轴向压力设计值见图4。

内立杆处横钢梁受力计算按简支梁计算，其计算简图如图4所示。

图4 内侧横钢梁荷载N1n、N2n计算(单位：mm)

经计算得：N1n=3.185kN

N2n=21.346kN

2.4 工字型钢悬挑梁的受力计算

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》(JGJ130-2011)规定的模型将实际情况按静定梁进行分析。钢梁的自重较小，忽略不计。计算得出该悬挑梁支座反力、最大弯矩。

求得：

RA=9.27 kN(↓)

RB=43.82 kN(↑)

Mmax=1.2 m×N2w+0.3 m×N2n=22.25 kN·m

2.4.1 抗弯强度计算

求得σ=22.25×103/141=157.8 N/mm2<205 N/mm2，型钢悬挑梁的抗弯强度满足要求。

2.4.2 整体稳定性验算

求得σ=22.25×103/(141×0.929)=169.85 N/mm2<205 N/mm2，型钢悬挑梁的整体稳定满足要求。

2.4.3 工字型钢悬挑梁挠度验算

采用图乘法计算悬挑梁挠度

Ymax=1/EI(0.5×2.4×6.404×1.3×2/3+0.5×2.4×15.845×1.3×2/3+0.5×15.845×1.2×0.9+0.5×6.404×0.3×1.2)=32.85/(2.06×1.13)=14.11 mm

[ν]=l/250=2×1300/250=10.4 mm

Ymax>[ν]，不能满足要求。

结论：经计算，图1中所示2号悬挑钢梁不满足受力变形要求。

3 应对措施

当悬挑钢梁不满足受力变形要求时，常用的一种方法是加大型钢规格型号，增大截面惯性矩，改变悬挑钢梁本身特性来满足受力变形要求，另外一种方法是优化悬挑钢梁的布置间距来满足受力变形要求。

3.1 将16号工字钢换成18号工字钢

3.1.1 挠度计算，采用图乘法计算：

Ymax=1/EI(0.5×2.4×6.404×1.3×2/3+0.5×2.4×15.845×1.3×2/3+0.5×15.845×1.2×0.9+0.5×6.404×0.3×1.2)=32.85/(2.06×1.66)=9.61 mm

Ymax<[ν]，满足要求。

3.1.2 抗弯强度计算

σ=22.25×103/185=120.3 N/mm2<205 N/mm2，型钢悬挑梁的抗弯强度满足要求。

3.1.3 整体稳定性验算

σ=22.25×103/185×0.929=129.5 N/mm2<205 N/mm2，型钢悬挑梁的抗弯强度满足要求。

结论：该方案能满足设计要求，但增加了型钢的种类。

3.2 缩小悬挑钢梁间距

调整型钢挑梁的布置,增加一根16号悬挑工字钢梁，如图5所示。

图5 增加一根16号悬挑工字钢梁平面布置(单位：mm)

经计算，型钢最大挠度，屈服强度，整体稳定性均满足要求。

结论：特殊部位悬挑钢梁经优化布置控制间距，满足设计及施工使用要求。

4 结束语

为避免施工中出现上述情况，在编制悬挑脚手架专项方 案时，可借助AutoCAD对悬挑钢梁模拟放样，根据放样实际情况对悬挑脚手架钢梁特殊部位节点进行设计验算，从而选出最佳方案。通过上述计算可发现，在确定受力参数后，先进行悬挑钢梁变形验算，以便快速选择合理的型钢布置间距及工字钢型号，来满足《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》(JGJ130-2011)的要求，消除悬挑脚手架因局部变形过大引起架体整体失稳造成悬挑脚架垮塌的安全隐患，为悬挑脚手架安全施工、生产起到保驾护航的作用。