懸挑腳手架陽角部位懸挑鋼梁易忽視的受力問題

賈 楓，張 宇

(四川大安建筑工程有限責任公司，四川成都610063)

隨著城市化的發展，高層建筑越來越多，施工場地也變得越來越狹小，為能有效滿足施工工藝要求保證施工進度，懸挑腳手架被廣泛應用于高層建筑施工中。在實踐中，有的項目在轉角及特殊部位采用了型鋼挑梁上架設型鋼梁再放腳手架立桿的形式以滿足架體立桿設置要求，但忽略了懸挑鋼梁在特殊部位的受力是否滿足要求。

現依據《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規程》(JGJ130-2011),對實際應用中陽角部位的型鋼懸挑梁受力進行驗算，以某工程項目實際設置為例進行設計計算，探討其受力情況。

1 工程概況

某工程位于成都市××項目部，采用型鋼搭設懸挑腳手架，搭設高度20 m ，型鋼梁選用16號工字鋼，架體選用φ48.3×3.6鋼管扣件搭設(計算采用φ48×3.0，鋼管自重標準值取0.036 kN/m(已考慮剪刀撐及扣件自重))，立桿縱距1.5 m，立桿橫距0.8 m，立桿步距1.8 m。欄桿、橫向斜撐、連墻件等均按專項方案搭設。腳手板選用木腳手板，布置為底部1層腳手板與2層作業腳手板，每層腳手板自重標準值0.35 kN/m2，橫向水平桿固定在縱向水平桿上，每一操作層施工活荷載標準值取3 kN/m2，且同一跨距內各施工操作層標準值不超過5 kN/m2建筑陽角處的懸挑腳手架的內、外立桿荷載分別由內、外側橫鋼梁傳遞至懸挑鋼梁上(圖1)。

圖1 特殊部位懸挑梁的搭設

2 型鋼懸挑梁驗算

驗算懸挑鋼梁為圖1中的2號懸挑梁。

2.1 計算選型

根據《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規程》(JGJ130-2011)，鋼絲繩、鋼拉桿不參與懸挑鋼梁受力計算。計算模型如圖2所示(因在本例中鋼梁自重較小，故忽略對懸挑梁的受力影響)。

圖2 懸挑鋼梁計算(單位：mm)

2.2 荷載計算

結合工程實際，內、外立桿的構造組成，受力因素不相同，如果按內、外立桿受力相同進行設計計算將不符合懸挑鋼梁的實際受力情況。因此，內、外立桿根據立桿的實際情況分別計算自重，各荷載計算如下：

(1)腳手架結構自重標準值如下：

腳手架內立桿自重：gkn=0.216 kN+0.72 kN+0.432la=0.936kN+0.432la

腳手架外立桿自重：gkw=0.216 kN+0.72 kN+0.828la=0.936kN+0.828la

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

(3)活荷載：按施工均布荷載標準值不超過5 kN/m2取值。

NQK=0.8 m×5 kN/m2×la×1/2=2la

(4)欄桿、木擋腳板：gk3=la×3層×0.17 kN/m2=0.51la

(5)安全網自重：gk4=la×20 m×0.01 kN/m2=0.2la

(6)16號工字鋼自重：0.204 kN/m

2.3 立桿軸向壓力設計值

2.3.1 外立桿軸向壓力設計值計算

由外立桿設計值計算公式Nw=1.2(gkw+gk2+gk3+gk4)+1.4NQK分別計算得出外側橫鋼梁1、2、3、4號立桿軸向壓力設計值見圖3。

外立桿處橫鋼梁受力計算按簡支梁計算，其計算簡圖如圖3。

圖3 外側橫鋼梁荷載N1w、N2w計算(單位：mm)

經計算得：N1w=10.305 kN

N2w=13.204 kN

2.3.2 內立桿軸向壓力設計值計算

由內立桿設計值計算公式Nn=1.2(gkn+gk2)+1.4NQK分別計算內側橫鋼梁對應于外立桿編號的內立桿軸向壓力設計值見圖4。

內立桿處橫鋼梁受力計算按簡支梁計算，其計算簡圖如圖4所示。

圖4 內側橫鋼梁荷載N1n、N2n計算(單位：mm)

經計算得：N1n=3.185kN

N2n=21.346kN

2.4 工字型鋼懸挑梁的受力計算

根據《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規程》(JGJ130-2011)規定的模型將實際情況按靜定梁進行分析。鋼梁的自重較小，忽略不計。計算得出該懸挑梁支座反力、最大彎矩。

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 抗彎強度計算

求得σ=22.25×103/141=157.8 N/mm2<205 N/mm2，型鋼懸挑梁的抗彎強度滿足要求。

2.4.2 整體穩定性驗算

求得σ=22.25×103/(141×0.929)=169.85 N/mm2<205 N/mm2，型鋼懸挑梁的整體穩定滿足要求。

2.4.3 工字型鋼懸挑梁撓度驗算

采用圖乘法計算懸挑梁撓度

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]，不能滿足要求。

結論：經計算，圖1中所示2號懸挑鋼梁不滿足受力變形要求。

3 應對措施

當懸挑鋼梁不滿足受力變形要求時，常用的一種方法是加大型鋼規格型號，增大截面慣性矩，改變懸挑鋼梁本身特性來滿足受力變形要求，另外一種方法是優化懸挑鋼梁的布置間距來滿足受力變形要求。

3.1 將16號工字鋼換成18號工字鋼

3.1.1 撓度計算，采用圖乘法計算：

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]，滿足要求。

3.1.2 抗彎強度計算

σ=22.25×103/185=120.3 N/mm2<205 N/mm2，型鋼懸挑梁的抗彎強度滿足要求。

3.1.3 整體穩定性驗算

σ=22.25×103/185×0.929=129.5 N/mm2<205 N/mm2，型鋼懸挑梁的抗彎強度滿足要求。

結論：該方案能滿足設計要求，但增加了型鋼的種類。

3.2 縮小懸挑鋼梁間距

調整型鋼挑梁的布置,增加一根16號懸挑工字鋼梁，如圖5所示。

圖5 增加一根16號懸挑工字鋼梁平面布置(單位：mm)

經計算，型鋼最大撓度，屈服強度，整體穩定性均滿足要求。

結論：特殊部位懸挑鋼梁經優化布置控制間距，滿足設計及施工使用要求。

4 結束語

為避免施工中出現上述情況，在編制懸挑腳手架專項方 案時，可借助AutoCAD對懸挑鋼梁模擬放樣，根據放樣實際情況對懸挑腳手架鋼梁特殊部位節點進行設計驗算，從而選出最佳方案。通過上述計算可發現，在確定受力參數后，先進行懸挑鋼梁變形驗算，以便快速選擇合理的型鋼布置間距及工字鋼型號，來滿足《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規程》(JGJ130-2011)的要求，消除懸挑腳手架因局部變形過大引起架體整體失穩造成懸挑腳架垮塌的安全隱患，為懸挑腳手架安全施工、生產起到保駕護航的作用。