大跨度框架結構新型外懸挑腳手架應用技術

湯亮，王業力，李建華，白玉晶，桓忠雄

（中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

珠海機場改擴建T2航站樓工程位于廣東省珠海市金灣區，位于現有T1航站樓與珠海航展中心之間，占地面積103 000 m2，總建筑面積187 000.2 m2，T2航站樓地上2~5層，地下1層，局部2層。航站樓主樓面寬288 m，進深148 m，建筑高度40.25 m；南指廊寬47 m，長161 m，建筑高度23.07 m；東指廊寬32.5 m，長275 m，建筑高度20.97 m；西指廊寬32.5 m，長151 m，建筑高度20.97 m，最大梁跨度為18 m。

2 外懸挑腳手架搭設難點

T2航站樓工程項目占地面積大、層高大、層數少、柱距大，施工進度緊張，且受T2航站樓地下室周邊回填進度慢影響，無法搭設落地腳手架。因航站樓建筑面積大，若采用工字鋼懸挑搭設外腳手架，將使用大量工字鋼，施工周期長，成本高。綜合考慮后，項目部決定借助模板支撐架外挑，以便為操作面提供外防護。本工程模板支撐架采用盤扣式鋼管腳手架搭設，將盤扣式模板支撐架最上一步立桿作為支撐，向外斜向懸挑出結構板邊緣600 mm搭設單排腳手架，可以滿足施工作業面外防護要求，同時，不影響地下室回填施工，懸挑腳手架與同一層模板支撐架拆除，減少腳手架使用時間，節省鋼管等構件使用量，它的應用可破解珠海機場改擴建工程和施工效率要求高的難題[1]。

3 外懸挑盤扣式腳手架簡介

本工程模板支撐架及外懸挑腳手架均為盤扣式腳手架，采用套管承插連接，水平桿和斜桿采用桿端扣接頭扣入盤扣構件連接盤，采用楔形插銷固定連接，形成結構穩定的幾何不變體系的鋼管支架。這種腳手架的連接插座為D133 mm、厚度為10 mm、有8個孔的鋼制圓盤，圓盤與立桿在一定長度模數的鋼管上每間隔0.5 m進行一次焊接，橫桿在鍍鋅鋼管兩端焊接帶有插銷的鋼制插頭，圓盤與橫桿兩端帶有插銷的鋼制插頭連接，該架體主要受力構件由尺寸為φ48 mm×3.2mm的Q345A或Q355A鋼管制成[2]；由于盤扣式腳手架構件之間連接可靠、牢固，構件強度高等特點，為搭設新型外懸挑腳手架提供堅實的基礎。

本工程外懸挑腳手架是將盤扣式模板支撐架最上一步立桿作為支撐，利用豎向斜桿懸挑出結構板，與懸挑腳手架底部支撐橫桿、立桿連接盤扣接，成為穩定的三角形結構，懸挑腳手架搭設高度不超過3 m，且搭設高度應超出該層梁板面1.5 m，腳手架立桿縱距與最外側支模架立桿間距一致，立桿橫向間距為0.6 m，步距為2 m，外懸挑腳手架設計三維圖如圖1所示。

圖1 外懸挑腳手架設計三維圖

4 外懸挑腳手架受力驗算

4.1 三角鋼管懸挑支撐計算

經計算得到，外懸挑腳手架底部立桿的最大軸向壓力為2.345 kN（該處最大軸向壓力為高3 m外懸挑單排腳手架部分處至立桿底部的壓力），即以下驗算P1取值，P1=2.345 kN。在豎向軸力作用下，腳手架受力計算簡圖如圖2所示。

1）圖2所示豎向力（P1和P2）由架體上部立桿所傳，其中，軸力P2為模板支撐架處立桿所傳，作用在三角形盤扣架體上各個支點和各個桿件內力的支座反力計算如下：

圖2 腳手架受力計算簡圖

三角形盤扣架的各桿件軸力：

式中，NAB、NBC、NAC分別為桿件AB、BC、AC的軸力。

三角形盤扣架的各支撐點的支座反力：

AB桿處受到的拉力RA=0.938 kN；AC桿受到的壓力RAC=2.526 kN；BC桿受到的壓力RBC=P1+P2=4.690 kN。

2）三角形盤扣架中AB水平桿中的力，除由P1、P2產生的軸力NAB外，還有P1、P2產生的壓屈剪力和風荷載NV引起的水平力NW。

由P1、P2產生的壓屈剪力NV為：

式中，φAB為立桿穩定系數，由桿件長細比λ=l0/iAB=209.87的計算結果按規范查表得到φAB為0.166[其中，iAB為計算橫桿的界面回轉半徑，取1.62 cm；l0為桿件的計算長度（m），由公式l0=kuh確定，k為計算長度附加系數，取1.155，u為計算長度系數，由腳手架的高度確定，u=1.700，h為腳手架最大步距，取值2 m，則l0=1.155×1.700×2.000=3.400 m]。經計算，壓屈剪力NV為0.332 kN。

風荷載引起的拉力NW：

首先，計算風荷載：qw=1.4μzμsω0La=1.4×1.280×1.2×0.300×3.000=1.935 kN/m。

式中，qw為風荷載；La為懸挑腳手架搭設高度，取3.00 m；ω0為基本風壓，取ω0=0.300 kN/m2；μz為風荷載高度變化系數，μz=1.280；μs為風荷載體型系數，μs=1.200。

風荷載作用下，以連墻桿件作為支點，按4跨連續梁計算，支座反力計算如下：

式中，L為連墻桿件豎向距離，取1 500 mm。經計算，支座反力R=1.141 kN。

風荷載給三角形盤扣架支撐水平桿的拉力NW=2R=2.282 kN。

4.2 盤扣三角架桿件及節點計算

1）AB桿

經計算，軸拉力N′AB為3.552 kN；

式中，AAB為鋼管凈截面面積，AAB=3.60 cm2。經計算，AB桿件拉應力σAB為47.55 N/mm2，小于205 N/mm2（AB桿鋼管強度設計值為205 N/mm2），滿足要求。

2）BC桿

BC的長度為1.5 m，BC桿壓彎穩定性計算公式為：

式中，σBC為鋼管立桿受壓強度計算值，N/mm2；ABC為立桿凈截面面積，ABC=4.530 cm2；φBC為軸心受壓立桿的穩定系數，由長細比λ=l0/iBC的計算結果查表得到φBC為0.161（其中，iBC為計算立桿的截面回轉半徑，取1.60 cm；l0為桿件的計算長度，m，由公式l0=kuh確定，k為計算長度附加系數，取1.155，u為計算長度系數，由腳手架的高度確定，u=1.700，h為腳手架最大步距，取值2 m，則l0=1.155×1.700×2.000=3.400 m，λ=3 400/16=212.5）。經計算，BC桿的壓應力69.35 N/mm2，小于鋼管立桿抗壓強度設計值[f]=300 N/mm2，滿足要求。

3）AC桿

NAC＝2.526 kN，桿件AC的長度：l＝1.615 m，計算立桿的截面回轉半徑iAC=1.62 cm，則長細比λAC＝l0/iAC＝209.87；根據λ值查表得φAC＝0.166。

風荷載標準值應按照式（6）計算：

式中，W0為基本風壓，W0=0.300 kN/m2；Uz為風荷載高度變化系數，Uz=1.280；Us為風荷載體型系數，Us=1.200。經計算得：ωk=0.461 kN/m2。

風荷載設計值產生的立桿段彎矩Mw為：

式中，La為立桿縱距，La=1.5m；h為立桿步距，h=2 m。經計算得Mw=0.35 kN·m。

AC桿壓彎穩定性按式（8）計算：

式中，W為鋼管凈截面模量抵抗矩，W=3.917 cm3；AAC為鋼管凈截面面積，AAC=3.60 cm2。代入數據得AC桿的壓應力σAC=131.62 N/mm2，小于175 N/mm2，滿足要求。

5 外懸挑腳手架施工技術

1）將底層2根橫向水平桿、2根豎向斜桿接頭套入最外側盤扣式支模架立桿連接盤小孔位置，再以斜楔貫穿小孔敲緊固定。

2）安裝腳手架立桿，將底層2根橫向水平桿、2根豎向斜桿接頭套入懸挑腳手架立桿連接盤小孔，再以斜楔貫穿小孔敲緊固定，使底層豎向斜桿、橫向水平桿與模板支撐架立桿形成三角形支撐。插銷連接應保證錘擊自鎖后不拔脫，抗拔力不得小于3 kN。

3）每隔2 m安裝懸挑腳手架橫向水平桿。每跨設置豎向斜桿，跨度同最外側支模架立桿同方向間距（間距不大于1 500 mm）。

4）每層外懸挑架的搭設高度應該超出該層梁板面1 200~1 500mm。

5）外架立桿距離作業層1.2~1.5 m處，每3跨采用斜鋼管與相鄰支撐架扣件連接，增加架體穩定性。

6 外懸挑腳手架作業層構造

1）腳手架底部采用夾板全封閉，頂層外腳手架滿鋪腳手板，架體與建筑物的空隙采用平網防護，作業層外側架設置擋腳板，擋腳板高度為200 mm。新型外挑架外立面采用盤扣式外架沖孔金屬網滿鋪，作業層水平方向隨著結構進度滿鋪掛扣式鋼腳手板[3]。

2）作業層的腳手板架體外側應設擋腳板、防護欄桿，防護上中下欄桿宜分別設置在離作業層1.5 m、1 m、0.5 m處。

3）采用240L（L為鋼腳手板長度，240為鋼腳手板寬度，mm，與立桿間距相等）鋼腳手板且需完全扣在該作業層水平桿上，作業層需滿鋪鋼腳手板。

4）當架體與建筑物的空隙采用雙層水平網防護，并應在水平網上部設置腳手板封閉防護。

5）盤扣式外架金屬網規格為1.2 m×2 m，采用橫向米字型布置，盤扣金屬網采用2個連接件進行連接，連接件與外架每步距間連接。

7 結語

通過對珠海機場改擴建工程（一標段）——航站樓土建工程項目新型外懸挑腳手架施工技術的應用，解決了落地式鋼管腳手架施工地下室土方無法回填、連墻件無法滿足設計要求的難題，減少了腳手架使用時間，節約了腳手架構配件使用量，提高了項目效益，可為國內同類結構施工提供有益借鑒。