懸挑腳手架工字鋼抗彎強度、撓度、穩定性及錨固拉環計算一例

喬振斌

摘 要：以北京通州高層鐵路住宅樓型鋼懸挑腳手架為例，對工字鋼懸挑梁抗彎強度、撓度、穩定性及錨固拉環計算過程進行闡述，運用現行規范，計算驗證懸挑工字鋼的選用是否符合要求。

關鍵詞：懸挑腳手架；工字鋼懸挑梁；抗彎強度；撓度；穩定性；錨固拉環

隨著城市化進程明顯加快，全國各地高層建筑拔地而起，施工中大量采用懸挑腳手架，一些腳手架垮塌事件也屢屢發生。在實際施工過程中，施工單位對腳手架的理論計算往往重視程度不夠，憑經驗做法的慣性思維缺乏科學依據，易埋下安全隱患。本文以北京通州區一處28層住宅施工中采用的型鋼懸挑腳手架為例，對其中關鍵構件懸挑工字鋼及錨固拉環按照規范標準進行計算，同時探索采用活荷載極限值對工字鋼各項性能影響。

1 參數信息

1）腳手架參數。雙排腳手架搭設高度為19.95m，采用單立桿，立桿的縱距為1.5m，立桿的橫距為0.9m，步距為1.5m；內排架距結構0.4m；小橫桿在上，搭接在大橫桿上的小橫桿為2根；腳手架采用φ48.3×3.6鋼管，橫桿與立桿連接方式為單扣件；連墻件布置采取兩步三跨，豎向間距3m，水平間距4.5m，單扣件連接；采用木腳手板和木腳手板擋板，按鋪設3層計算。

2）活荷載參數。采用結構腳手架施工活荷載3.0kN/m2，考慮2層同時使用。根據《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》JGJ1302011及北京市地方標準《鋼管腳手架、模板支架安全選用技術規程》DB11/T 5832015的要求，總作業層活荷載標準值≤5kN/m2，本例取極限值5kN/m2計算。

3）風荷載參數。本工程地處北京市通州區，基本風壓0.45kN/m2，高度變化系數μz，計算連墻件時取0.92，計算立桿穩定性時取0.74，風荷載體型系數μs為0.87。

4）靜荷載參數。每米立桿承受結構自重荷載標準值0.1444 kN/m2，腳手板自重標準值0.35 kN/m2，安全設施與安全網自重標準值0.01kN/m2。

5）水平懸挑支撐梁。采用3.5m長18號工字鋼，懸挑長度1.5m，錨固長度2m，錨固壓環鋼筋φ20，樓板為C30混凝土。

2 腳手架立桿荷載計算

每米立桿承受的結構自重標準值為0.1444 kN/m。NG1 = [0.1444+（0.9×2/2）×0.033/1.5]×19.95=3.276kN。

木腳手板自重標準值為0.35 kN/m2。NG2 = 0.35×3×15×（0.9+0.4）/2=1.024kN。

擋腳手板自重標準值：NG3 = 0.17×3×1.5=0.765kN。

吊掛的安全設施荷載，包括安全網（0.01 kN/m2）：NG4 = 0.01×1.5×19.95=0.299kN。

靜荷載標準值：NG= NG1+ NG2+ NG3+ NG4=5.364kN。

活荷載標準值：NQ=5×0.9×1.5/2=3.375kN。

立桿的軸向壓力設計值為：N=1.2 NG+1.4NQ=6.437+4.725=11.162kN。

3 水平懸挑型工字鋼抗彎強度及撓度計算

3.1 支座反力計算

RA=N（2+k2+k1）+ql[]2（1+k）2，

RB=-N（k2+k1）+ql[]2（1-k）2。

其中k=m[]l，k1=m1[]l，k2=m2[]l 。本工程m=1500mm，l=2000 mm，m1=400 mm， m2=1300 mm；工字鋼截面慣性矩I=1660 cm4，截面模量W=185 cm3，自重荷載q=24143kg/m×9.8/1000=0.2366kN/m。計算得出RA=3254kN，RB= 9473 kN。

3.2 支座彎矩計算

MA=-N（m2+m1）-qm2[]2= 19.242kN·m

3.3 抗彎強度計算

強度應滿足：最大應力σ =MA/W≤[σ]，σ =19242000/185000=104.011N/mm2<205.0 N/mm2，滿足要求。

3.4 最大撓度計算

C點最大撓度：

Vmax=Nm22l[]3EI（1+k2）+Nm21l[]3EI（1+k1）+ml3EI·ql2[]8（-1+4k2+3k3）+Nm1l[]6EI（2+3k1）（m-m1）+Nm2l[]6EI（2+3k2）（m-m2）

彈性模量E為2.06×105N/mm2，計算得Vmax8.935mm。按照JGJ1302011表5.1.8要求，懸挑型鋼容許撓度[v]為l[]250，l為懸伸長度的2倍，[v]=1500×2[]250=12mm。Vmax[v]，滿足要求。

3.5 鋼梁的整體穩定性計算

計算公式σ=M[]φbWx[f]。其中，φb為整體穩定性系數，按《鋼結構設計規范》GB500172003選用。經計算得到最大應力：

σ=19242×106[]093×185000=11184N/mm2<[f]=215 N/mm2，滿足要求。

3.6 將工字鋼懸挑梁錨固在主體結構上的U形鋼筋拉環強度計算

采用2道U形鋼筋拉環，應力值σ=Nm[]Al=3254×1000[]31416×20[]22×2×2=25.89N/mm2，按JGJ1302011第56.7規定，當型鋼懸挑梁錨固段壓點處采用2個及以上U形鋼筋拉環時，其鋼筋拉環的承載力應乘以0.85的折減系數：

fl=0.85×50=42.5 N/mm2，σfl，滿足要求。

由以上計算結果可以看出，使用中活荷載達到極限值時，對懸挑工字鋼撓度變形影響較大，即將達到容許撓度值，因此，在懸挑腳手架使用過程中應嚴格控制違規堆載，及時清理架體上的雜物，確保腳手架安全。

參考文獻：

[1]JGJ1302011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范[S].

[2]DB11/T 5832015，鋼管腳手架、模板支架安全選用技術規程[S].

[3]GB500092012，建筑結構荷載規范[S].

[4]GB500172003，鋼結構設計規范[S].

[5]建筑施工手冊（第五版）編委會，建筑施工手冊（第五版）[Z].北京：中國建筑工業出版社，2012.