结合案例分析建筑工程悬挑脚手架力学验算及施工措施

蓝海龙

1 外部悬挑脚手架

1.1 悬挑脚手架搭设方法

一层顶至裙楼顶的外脚手架的搭设方法及力学性能同落地式双排扣件式钢管脚手架。悬挑脚手架立杆纵向间距为1.4m，内外立杆间距1m，内立杆距墙面0.18m，大横杆步距1.8m，中间设一道防护栏杆，高1.2m，小横杆端部距墙面0.1m，脚手架底部设在悬挑钢梁上，作业层满铺竹脚手板，立杆底部设纵横向扫地杆。剪刀撑间距8根立杆及转角处搭设，剪刀撑跨5个立杆，斜杆与地面成45～60°角。连墙件两步三跨设置，且各层外围框架柱处，均与柱子形成双道拉结。

1.2 脚手架力学验算

1.2.1 脚手架计算

脚手架高度最高处24m。外侧立面采用密目网全封闭。立杆纵距la=1.4m，立杆横距lb=1m，立杆步距h=1.8m，连墙件为二步三跨设置，脚手板为木脚板。立杆截面 A=4.89×102mm2，截面模量 W=5.08×103mm2，回转半径i=15.8mm，惯性矩 I=12.19×104mm4，档风系数 ψ=0.77，基本风压值 ω0=0.6kN/m2，钢材强度设计值fc=205N/mm2，连墙件横距lw=4.5m，连墙件纵距lh=1.8m，本脚手架只为装修施工使用，所以荷载只考虑装修荷载2kN/m2。脚手板荷载标准值为0.35kN/m2。

1.2.2 横向水平杆抗弯强度及变形验算

抗弯强度验算：

图1

所以，横向水平杆抗弯强度满足要求。

变形验算：

容许挠度[ν]=l/150=1000/150=6.7mm

按正常使用极限状态验算：

1.2.3 纵向水平杆抗弯强度及变形验算

由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力标准值：

验算抗弯强度：

图2

变形验算：

1.2.4 验算扣件抗滑承载力

图3

1.2.5 验算立杆稳定性及相应连墙件轴向力设计值

图4 永久荷载简图

图5 可变荷载简图

（1）施工荷载考虑三层的装修荷载∑Qk=2×3=6kN/m2

计算位置取底层立杆底座处：

作业层传给立杆的荷载：

①不组合风荷载

Na

确定立杆长细比及稳定系数：

验算长细比

满足要求

②组合风荷载时对A杆的验算

计算风载标准值

立杆长细比

（2）连墙件计算：取24m高处μz=1.6

所以要2个扣件才能满足抗滑承载力要求

Nl/A=11×103/489=22.5N/mm2<205N/mm2满足要求。

验算拉杆长细比及稳定：

1.3 悬挑工字钢力学验算

1.3.1 技术保证措施

该脚手架采用企业工法：《高层建筑沿高度分段搭设、拆除工字钢外悬挑工具式脚手架施工工法》中设置方式。

1.3.2 荷载统计

装修施工按三层操作面考虑：2×3=6kN/m2；

脚手板按三层满铺：0.35×3=0.1kN/m2；

钢管立杆承受自重：0.1248kN/m；

扣件自重：14.6N/个。

1.3.3 集中力

图6 悬挑脚手架计算图

F1（内立杆荷载）=Na=14.6kN；

F2（外立杆荷载）=Nb=10.5kN；

F3（工字钢自重）=205×10-3×1.8=0.37kN；

Mmax=F1×0.7+F2×1.7+F3×0.9=28.4kN·m。

1.3.4 选型

截面抵抗矩 WX=Mmax/f=28.4×106/215=132.1cm3；

选用热轧普通工字钢16号型钢WX=140.9cm3；

截面惯性矩IX=1127cm4；

半截面面积矩SX=80.8cm3；

腹板厚度t=6.0mm；

弹性模量 E=2.1×104kN/cm3。

1.3.5 剪应力计算

满足要求

1.3.6 挠度计算

荷载标准值：

2 外部悬挑脚手架搭设工艺

搭设施工：

（1）施工准备

①对钢管等各种材料进行验收，不合格产品严禁使用。②检验合格的构配件应按品种、规格分类堆放整齐。③清理、平整搭设场地。

（2）16号工字钢悬挑钢梁安放固定

首先采用双φ18＠200“U”形钢筋套箍割丝并用双螺母穿楼板固定，埋设双φ18＠200“U”形钢筋套箍，待验收合格后，先将钢梁安放就位，用木质楔块卡紧钢梁，并将钢梁与“U”形套箍之间用钢件焊接在一起，钢梁安装必须保证其平整度，同一道钢梁累计相对高度差不超过20mm，每根钢梁内外立杆落脚处的相对高差不超过5mm。在安装悬挑梁时，角度和标高的误差利用钢垫块调整。钢梁的悬挑长度根据架体离结构的距离确定，悬挑端距离头部100mm及1050mm处各焊接外径30mm钢管、直径25钢筋一根，高度150mm，作为架体立杆的固定套管。在钢梁与结构承重部位的结合处预埋200mm×150mm的钢板，防止钢梁对结构混凝土的破坏，预埋件采用δ10mm钢板。

（3）搭设

①进行定位放线。

②纵向扫地杆距离工字钢上皮不大于200mm处的立杆上，横向扫地杆固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。

③立杆搭设：架体立杆插在悬挑钢梁的焊接套管上，各层、各步接头必须采用对接扣件连接。a.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上错开的距离不宜小于500mm，各接头中心至节点的距离不宜大于步距的1/3。b.搭接长度不应小于1m，应采用不少于2个扣件固定。端部扣件盖板的边缘至杆端部距离不应小于100mm。

④纵向水平杆搭设：a.纵向水平杆设置在立杆内侧，其长度不宜小于3跨。b.纵向水平杆接长：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。

横向水平杆搭设：a.主节点处必须设置一根横向水平杆，主节点处两个直角扣件的中心距离不应大于150mm。b.横向水平杆两端固定在纵向水平杆上方。

⑤连墙件设置：a.采用刚性连墙件，两步三跨布置，遇到柱子每层两道。b.连墙件应靠近主节点，偏离主节点的距离不应大于300mm。

⑥剪刀撑搭设：外侧立面两端各设置一道剪刀撑，并由底部到顶连续设置，中间连续设置剪刀撑，剪刀撑之间的净距不大于15m，每道剪刀撑跨越五个立杆间距，斜杆与地面倾角为45～60°。a.剪刀撑斜杆的接长采用搭接，搭接应符合纵向水平杆的搭接要求。b.剪刀撑应随立杆、水平杆等同步搭设，各底层斜杆下端均必须支撑在垫块或垫板上。

3 脚手架拆除

3.1 拆除准备

①全面检查脚手架是否符合构造要求。②由工程技术负责人进行拆除安全技术交底。③清除杂物及障碍物。

3.2 拆除作业

①划出工作区标志，严禁非施工人员进入现场。②拆除顺序：自上而下逐层进行，严禁上下同时作业，后绑者先拆。③连墙件必须随脚手架逐层拆除，分段拆除高度不应大于2步。④材料、工具应集中用塔吊运送，严禁往地面抛扔。⑤拆卸后的各种构件应分类码放整齐。

4 材料质量要求

（1）工字钢与现浇板连接螺栓的材质应符合现行《普通碳素结构钢技术条件》中规定的Q235钢制作。

（2）钢管扣件式脚手架的钢管为焊缝钢管，外径48mm，壁厚3.5mm，它们的力学性能均应符合《冷弯薄壁型钢结构技术规范》，钢管应无裂缝，两端面应平整，严禁打孔。

（3）扣件应采用可锻铸造扣件，机械性能不低于KTH330-08的可煅铸铁，重量及容许荷载均应符合规范要求。扣件的形式有三种：旋转扣件、十字扣件、对接扣件。

5 脚手架搭设质量要求

（1）立杆垂直偏差：纵向偏差不大于H/200，且不大于100mm，横向偏差不大于H/400，且不大于50mm。

（2）单根大横杆水平偏差不大于20mm，小横杆水平偏差不大于10mm。

（3）脚手架的步距、立杆横距偏差不大于20mm，立杆纵距偏差不大于50mm。

（4）扣件连接时螺栓的松紧程度必须适度，紧固力矩宜为40～65N·m，螺栓根部要放正。

6 结束语

运用工程实例，对脚手架的设计及验算过程进行了全面的介绍，包括搭设方式、荷载计算、杆件验算、结构受力分析。脚手架是工人施工作业的重要场所，也是一个容易发生事故的区域，按规范对脚手架进行设计计算是十分必要的。