論型鋼懸挑卸載組合腳手架的建筑設(shè)計(jì)與施工

摘 要：通過(guò)具體計(jì)算和實(shí)際施工情況深入探究了包括利用懸挑三角架的研究結(jié)論，將三角架作為傳統(tǒng)純型鋼懸挑架的卸載支座，從結(jié)構(gòu)受力角度分析驗(yàn)證了型鋼懸挑、三角架卸載的可行性；對(duì)型鋼懸挑三角架卸載模型的力學(xué)研究，得出了三角架卸載經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式；大幅提高了工程技術(shù)人員的工作效率，減輕了編制懸挑腳手架方案的工作量。為建筑施工企業(yè)的合理決策提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：型鋼懸挑腳手架；施工；設(shè)計(jì)；計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)：TV文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2008）09-0393-02

1 型鋼支座的力學(xué)模型及錨固件與鋼絲繩的研究與計(jì)算

1.1 型鋼支座模型的基本假定

（1）型鋼支座是以槽鋼或工字鋼為受力結(jié)構(gòu)；（2）在荷載影響下，僅考慮型鋼支座的抗彎、抗剪、抗傾覆作用，不考慮軸力的作用；（3）將型鋼支座上腳手板與彩條布或麻袋等安全防護(hù)設(shè)施引起的均布荷載轉(zhuǎn)化為立桿的集中荷載來(lái)處理；（4）鋼絲繩與墻用花藍(lán)螺絲連接，鋼絲繩的長(zhǎng)度隨著上部荷載的增加可調(diào)節(jié)；（5）型鋼支座的自重不計(jì)，簡(jiǎn)化為勻質(zhì)桿件計(jì)算；（6）型鋼支座的懸挑段不大于錨固段；（7）懸挑腳手架整體計(jì)算高度不超過(guò)50m。

1.2 型鋼支座模型的計(jì)算簡(jiǎn)圖

型鋼支座簡(jiǎn)化模型如下：（1）將傳遞上部荷載的立桿簡(jiǎn)化為兩個(gè)集中力Fl與F2，錨固點(diǎn)簡(jiǎn)化為F3（kN）；（2）型鋼支座的懸挑段長(zhǎng)度簡(jiǎn)化為L(zhǎng)1與L2，錨固段的抗拉鋼筋為L(zhǎng)3、鋼絲繩拉力為L(zhǎng)4（m）；（3）鋼絲繩的斜拉高度一般為搭設(shè)所在層的上一層的層高，可簡(jiǎn)化為h（m）。以下分別簡(jiǎn)化純型鋼懸挑與鋼絲繩斜拉式型鋼懸挑計(jì)算簡(jiǎn)圖，如下圖1所示：

圖1 純型鋼懸挑與鋼絲繩料拉式型鋼懸挑計(jì)算簡(jiǎn)圖

a：純型鋼懸挑 b：鋼絲繩抖拉式懸挑

1.3 型鋼支座模型的分析與計(jì)算公式

純懸挑型鋼支座是典型的懸挑結(jié)構(gòu)，鋼絲繩斜拉式懸挑型鋼支座并非嚴(yán)格的懸挑結(jié)構(gòu)。在上部加載初期，斜拉式懸挑型鋼支座的剛度遠(yuǎn)比鋼絲繩大，型鋼支座為懸挑梁結(jié)構(gòu)。當(dāng)加載到型鋼支座與錨固點(diǎn)抗拉鋼筋出現(xiàn)明顯的變形及鋼絲繩達(dá)到工作狀態(tài)時(shí)，型鋼支座與鋼絲繩變?yōu)楹?jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。根據(jù)靜力平衡條件可求出懸挑與簡(jiǎn)支狀態(tài)力學(xué)計(jì)算公式：

式中：Fl-腳手架內(nèi)立桿集中荷載（kN）；F2-腳手架外立桿集中荷載（kN）；F2-型鋼錨固端拉力（kN）；Ll-腳手架距墻邊距離（m）；L2-腳手架的計(jì)算寬度（m）；L3-型鋼錨固端長(zhǎng)度（m）；Mmax-腳手架豎向荷載對(duì)懸挑梁支點(diǎn)處最大彎矩；Vmax-計(jì)算型鋼截面最大剪力（kN）。

（2）簡(jiǎn)支力學(xué)計(jì)算公式

F4=（F1L1L1+L2+F2）/sinθ

式中：F4-鋼絲繩的最大拉力（kN）；Fl-腳手架內(nèi)立桿集中荷載（kN）；F2-腳手架外立桿集中荷載（kN）；Ll-腳手架距墻邊距離（m）；L2-腳手架的計(jì)算寬度（m）；θ-鋼絲繩與型鋼的夾角。

2 腳手架立桿穩(wěn)定

影響扣件式鋼管腳手架穩(wěn)定承載能力的因素很多，其中主要的有構(gòu)架結(jié)構(gòu)、尺寸、節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量以及連墻點(diǎn)的設(shè)置等。這些因素的可變性較大，計(jì)算中要把各種因素及變化都考慮到，有困難又不方便，通常采用以下方法計(jì)算。將按不同間距連墻點(diǎn)設(shè)置的腳手架看作軸心受壓桿件，通過(guò)1：1真架和模型架試驗(yàn)，得到整體失穩(wěn)時(shí)的臨界荷載Pcr，由Pcr得到穩(wěn)定系數(shù)φ0，視φ0為腳手架立桿（受壓桿件）穩(wěn)定系數(shù)，從《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（GB50018-2002）中反查出長(zhǎng)細(xì)比λ，由λ求出計(jì)算長(zhǎng)度L0＝λi（i為桿件截面的回轉(zhuǎn)半徑）。而計(jì)算長(zhǎng)度L0等于μL，由此得到計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)產(chǎn)。加以適當(dāng)調(diào)整后，定出μ的取值。這樣，就將復(fù)雜腳手架整體穩(wěn)定性計(jì)算轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的立桿穩(wěn)定性計(jì)算。整體穩(wěn)定性計(jì)算公式如下：

0.9NψA≤fcγm

式中：A-立桿的計(jì)算截面面積（mm2）；φ-軸心受壓桿件的穩(wěn)定系數(shù)；fc-鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（kN/mm2）；γm'-材料強(qiáng)度附加分項(xiàng)系數(shù)；N-立桿驗(yàn)算截面處的軸心力設(shè)計(jì)值，其值按公式計(jì)算：

N=1.2NGK+1.4ni=1NQtK

式中：Ncx-腳手架自重標(biāo)準(zhǔn)值在立桿中產(chǎn)生的軸心力（kN）；ni=1NQtK-n個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在立桿中產(chǎn)生的軸心力（kN），一般情況下，僅計(jì)算施工荷載一項(xiàng)。



3 腳手架扣件、連墻件、鋼筋吊環(huán)計(jì)算

3.1 扣件抗滑移承載力計(jì)算

扣件抗滑移承載力計(jì)算可按下面的公式計(jì)算：

RRc

式中：R-扣件節(jié)點(diǎn)處的支座反力的計(jì)算值1.0（計(jì)算時(shí)，取結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)Rc-扣件抗滑移承載力設(shè)計(jì)值，每個(gè)直角扣件和旋轉(zhuǎn)扣件取8kN）。

3.2 連墻件計(jì)算

（1）柔性拉結(jié)件：采用細(xì)鋼筋、繩索、雙股或多股鐵絲進(jìn)行拉結(jié)，只承受拉力和主要起防止腳手架外傾的作用，而對(duì)腳手架穩(wěn)定性能（即穩(wěn)定承載力）的幫助甚微。此種方式一般只用于10層以下建筑的外腳手架中，且必須相應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的剛性拉結(jié)件，以承受水平壓力的作用。

（2）剛性拉結(jié)：采用剛性拉桿或構(gòu)件（鋼管、鋼筋等），組成既可承受拉力、又可承受壓力的連構(gòu)造。其附墻端的連接固定方式可視工程條件確定，一般有：拉桿穿過(guò)墻體，并在墻體兩側(cè)固定；拉桿通過(guò)門(mén)洞口，在墻兩側(cè)用橫桿夾持和背楔固定；在墻體結(jié)構(gòu)中設(shè)預(yù)埋鐵件，與裝有花籃螺栓的拉桿固接，用花籃螺栓調(diào)節(jié)拉結(jié)間距和腳手架的垂直度；在墻體中設(shè)預(yù)埋鐵件，與定長(zhǎng)拉桿固結(jié)。

連墻件所受的軸力從按下式確定：

N1＝Nw＋Ns

式中：Nw-風(fēng)荷載引起的連墻件軸壓力設(shè)計(jì)值（kN），按下式計(jì)算：

NW=1.4SWψωk

Wk-風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；p-腳手架擋風(fēng)系數(shù)；Sw-每個(gè)連墻件作用（覆蓋）面積（m2）

SW=lWhW

式中：lm-連墻件水平間距（m）；hw-連墻件豎向間距（m）：Ns-由腳手架平面外變形在連墻件中引起的軸壓力，取不小于3kN。由于連墻件的構(gòu)造各異，其驗(yàn)算項(xiàng)目可根據(jù)設(shè)計(jì)情況確定，并按《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB50018-2002）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)采用扣件連接的桿件時(shí)，尚應(yīng)驗(yàn)算扣件抗滑移承載力。

4 鋼管三角架懸挑卸載的計(jì)算

卸載措施是指將搭設(shè)超過(guò)搭設(shè)限高的腳手架荷載，部分分?jǐn)偨o工程結(jié)構(gòu)承受的措施，即在立桿連續(xù)向上搭設(shè)的情況下，通過(guò)分段設(shè)置支頂和斜拉桿件以減小傳于立桿底部的荷載。當(dāng)將立桿斷開(kāi)，設(shè)置挑支構(gòu)造以支承其上部腳手架的辦法，實(shí)際上已成為挑腳手架，它不屬于卸載措施的范圍。

卸載設(shè)施的種類(lèi)有：無(wú)挑梁上拉式，即僅設(shè)斜拉（吊）桿；無(wú)挑梁下支式，即僅設(shè)斜支頂桿；無(wú)挑梁上拉、下支式，即同時(shí)設(shè)置拉桿和支桿。

腳手架在卸載措施處的構(gòu)造常需予以加強(qiáng)，支拉點(diǎn)必須工作可靠，支承結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的支承能力，并應(yīng)嚴(yán)格控制受壓桿件的長(zhǎng)細(xì)比。卸載措施實(shí)際承受的荷載難以準(zhǔn)確判斷，在設(shè)計(jì)時(shí)須按較小的分配值考慮。

當(dāng)所選型鋼支座在抗彎與抗剪驗(yàn)算（主要是抗彎）不符合要求時(shí)，同時(shí)也說(shuō)明所承載的上部腳手架搭設(shè)高度超出了型鋼材料的抗彎與抗剪能力。因此卸載支座可將上部腳手架荷載部分地分?jǐn)偨o工程結(jié)構(gòu)承受。

4.1 三角架卸載支座的改進(jìn)

三角架卸載措施實(shí)際承受的荷載難以準(zhǔn)確判斷。由于整體立桿沒(méi)有斷開(kāi)，三角架卸載點(diǎn)，既要承載所在點(diǎn)的立桿傳來(lái)上部荷載，又要承載所在點(diǎn)因整體立桿連接而傳來(lái)的下部荷載。所以在卸載設(shè)計(jì)時(shí)，三角架的極限承載力可考慮0.5倍的折減。卸載點(diǎn)數(shù)量的研究，在型鋼支座的基本假定基礎(chǔ)上，可按如下公式計(jì)算：

（1）型鋼支座的極限抗彎荷載：型鋼支座的極限抗彎荷載計(jì)算公式 （假定內(nèi)、外立桿計(jì)算荷載相等）：

fsLim=2Wxf2L1+L2

式中：fsLim-型鋼支座的極限抗彎荷載（kN）；Wx-型鋼截面x軸的凈截面抗彎模量；f-型鋼的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；L1-腳手架距墻邊距離（m）；L2-腳手架的計(jì)算寬度（m）

（2）三角架支座的卸荷計(jì)算：三角架支座的卸荷計(jì)算可按下公式計(jì)算（假定內(nèi)、外立桿計(jì)算荷載相等F1＝F2）：Fffixz=2F1-fsLim

式中：fjxz-三角架支座的需要卸荷值（kN）；Fl-懸挑腳手架單立桿計(jì)算荷載值（kN）。

4.2 鋼絲繩卸載支座的驗(yàn)算

鋼絲繩最大受力在型鋼支座處，此處鋼絲繩必須加以設(shè)計(jì)計(jì)算。同時(shí)為保證鋼絲繩卸載的安全性，其它三角架卸載支座的鋼絲繩同型鋼支座處。驗(yàn)算公式如下：

Tmax=PCKF4

式中：Tmax-鋼絲繩的拉力設(shè)計(jì)值（kN）；Pc-鋼絲繩的允許破斷拉力，根據(jù)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供（kN）；K-鋼絲繩安全系數(shù)（一般取8）；F4-鋼絲繩的最大拉力。

參考文獻(xiàn)

［1］余永貞.建筑施工手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

［2］杜榮軍.我國(guó)建筑施工腳手架發(fā)展的回顧與展望［J］.建筑技術(shù)，2007，（11）.