懸挑腳手架陽(yáng)角部位懸挑鋼梁易忽視的受力問(wèn)題

賈 楓，張 宇

(四川大安建筑工程有限責(zé)任公司，四川成都610063)

隨著城市化的發(fā)展，高層建筑越來(lái)越多，施工場(chǎng)地也變得越來(lái)越狹小，為能有效滿足施工工藝要求保證施工進(jìn)度，懸挑腳手架被廣泛應(yīng)用于高層建筑施工中。在實(shí)踐中，有的項(xiàng)目在轉(zhuǎn)角及特殊部位采用了型鋼挑梁上架設(shè)型鋼梁再放腳手架立桿的形式以滿足架體立桿設(shè)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(xiàn)依據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程》(JGJ130-2011),對(duì)實(shí)際應(yīng)用中陽(yáng)角部位的型鋼懸挑梁受力進(jìn)行驗(yàn)算，以某工程項(xiàng)目實(shí)際設(shè)置為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，探討其受力情況。

1 工程概況

某工程位于成都市××項(xiàng)目部，采用型鋼搭設(shè)懸挑腳手架，搭設(shè)高度20 m ，型鋼梁選用16號(hào)工字鋼，架體選用φ48.3×3.6鋼管扣件搭設(shè)(計(jì)算采用φ48×3.0，鋼管自重標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)方案搭設(shè)。腳手板選用木腳手板，布置為底部1層腳手板與2層作業(yè)腳手板，每層腳手板自重標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值取3 kN/m2，且同一跨距內(nèi)各施工操作層標(biāo)準(zhǔn)值不超過(guò)5 kN/m2建筑陽(yáng)角處的懸挑腳手架的內(nèi)、外立桿荷載分別由內(nèi)、外側(cè)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(shè)

2 型鋼懸挑梁驗(yàn)算

驗(yàn)算懸挑鋼梁為圖1中的2號(hào)懸挑梁。

2.1 計(jì)算選型

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

圖2 懸挑鋼梁計(jì)算(單位：mm)

2.2 荷載計(jì)算

結(jié)合工程實(shí)際，內(nèi)、外立桿的構(gòu)造組成，受力因素不相同，如果按內(nèi)、外立桿受力相同進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算將不符合懸挑鋼梁的實(shí)際受力情況。因此，內(nèi)、外立桿根據(jù)立桿的實(shí)際情況分別計(jì)算自重，各荷載計(jì)算如下：

(1)腳手架結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值如下：

腳手架內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)值不超過(guò)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(wǎng)自重：gk4=la×20 m×0.01 kN/m2=0.2la

(6)16號(hào)工字鋼自重：0.204 kN/m

2.3 立桿軸向壓力設(shè)計(jì)值

2.3.1 外立桿軸向壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算

由外立桿設(shè)計(jì)值計(jì)算公式Nw=1.2(gkw+gk2+gk3+gk4)+1.4NQK分別計(jì)算得出外側(cè)橫鋼梁1、2、3、4號(hào)立桿軸向壓力設(shè)計(jì)值見(jiàn)圖3。

外立桿處橫鋼梁受力計(jì)算按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3。

圖3 外側(cè)橫鋼梁荷載N1w、N2w計(jì)算(單位：mm)

經(jīng)計(jì)算得：N1w=10.305 kN

N2w=13.204 kN

2.3.2 內(nèi)立桿軸向壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算

由內(nèi)立桿設(shè)計(jì)值計(jì)算公式Nn=1.2(gkn+gk2)+1.4NQK分別計(jì)算內(nèi)側(cè)橫鋼梁對(duì)應(yīng)于外立桿編號(hào)的內(nèi)立桿軸向壓力設(shè)計(jì)值見(jiàn)圖4。

內(nèi)立桿處橫鋼梁受力計(jì)算按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4所示。

圖4 內(nèi)側(cè)橫鋼梁荷載N1n、N2n計(jì)算(單位：mm)

經(jīng)計(jì)算得：N1n=3.185kN

N2n=21.346kN

2.4 工字型鋼懸挑梁的受力計(jì)算

根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程》(JGJ130-2011)規(guī)定的模型將實(shí)際情況按靜定梁進(jìn)行分析。鋼梁的自重較小，忽略不計(jì)。計(jì)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(qiáng)度計(jì)算

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

2.4.2 整體穩(wěn)定性驗(yàn)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(wěn)定滿足要求。

2.4.3 工字型鋼懸挑梁撓度驗(yàn)算

采用圖乘法計(jì)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(jié)論：經(jīng)計(jì)算，圖1中所示2號(hào)懸挑鋼梁不滿足受力變形要求。

3 應(yīng)對(duì)措施

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

3.1 將16號(hào)工字鋼換成18號(hào)工字鋼

3.1.1 撓度計(jì)算，采用圖乘法計(jì)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(qiáng)度計(jì)算

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

3.1.3 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

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

結(jié)論：該方案能滿足設(shè)計(jì)要求，但增加了型鋼的種類。

3.2 縮小懸挑鋼梁間距

調(diào)整型鋼挑梁的布置,增加一根16號(hào)懸挑工字鋼梁，如圖5所示。

圖5 增加一根16號(hào)懸挑工字鋼梁平面布置(單位：mm)

經(jīng)計(jì)算，型鋼最大撓度，屈服強(qiáng)度，整體穩(wěn)定性均滿足要求。

結(jié)論：特殊部位懸挑鋼梁經(jīng)優(yōu)化布置控制間距，滿足設(shè)計(jì)及施工使用要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

為避免施工中出現(xiàn)上述情況，在編制懸挑腳手架專項(xiàng)方 案時(shí)，可借助AutoCAD對(duì)懸挑鋼梁模擬放樣，根據(jù)放樣實(shí)際情況對(duì)懸挑腳手架鋼梁特殊部位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，從而選出最佳方案。通過(guò)上述計(jì)算可發(fā)現(xiàn)，在確定受力參數(shù)后，先進(jìn)行懸挑鋼梁變形驗(yàn)算，以便快速選擇合理的型鋼布置間距及工字鋼型號(hào)，來(lái)滿足《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程》(JGJ130-2011)的要求，消除懸挑腳手架因局部變形過(guò)大引起架體整體失穩(wěn)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(chǎn)起到保駕護(hù)航的作用。