大跨度框架結(jié)構(gòu)新型外懸挑腳手架應(yīng)用技術(shù)

湯亮，王業(yè)力，李建華，白玉晶，桓忠雄

（中國(guó)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(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建T2航站樓工程位于廣東省珠海市金灣區(qū)，位于現(xiàn)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(jìn)深148 m，建筑高度40.25 m；南指廊寬47 m，長(zhǎng)161 m，建筑高度23.07 m；東指廊寬32.5 m，長(zhǎng)275 m，建筑高度20.97 m；西指廊寬32.5 m，長(zhǎng)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(shè)難點(diǎn)

T2航站樓工程項(xiàng)目占地面積大、層高大、層數(shù)少、柱距大，施工進(jìn)度緊張，且受T2航站樓地下室周邊回填進(jìn)度慢影響，無(wú)法搭設(shè)落地腳手架。因航站樓建筑面積大，若采用工字鋼懸挑搭設(shè)外腳手架，將使用大量工字鋼，施工周期長(zhǎng)，成本高。綜合考慮后，項(xiàng)目部決定借助模板支撐架外挑，以便為操作面提供外防護(hù)。本工程模板支撐架采用盤(pán)扣式鋼管腳手架搭設(shè)，將盤(pán)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(jié)構(gòu)板邊緣600 mm搭設(shè)單排腳手架，可以滿足施工作業(yè)面外防護(hù)要求，同時(shí)，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(shí)間，節(jié)省鋼管等構(gòu)件使用量，它的應(yīng)用可破解珠海機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程和施工效率要求高的難題[1]。

3 外懸挑盤(pán)扣式腳手架簡(jiǎn)介

本工程模板支撐架及外懸挑腳手架均為盤(pán)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(pán)扣構(gòu)件連接盤(pán)，采用楔形插銷固定連接，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(gè)孔的鋼制圓盤(pán)，圓盤(pán)與立桿在一定長(zhǎng)度模數(shù)的鋼管上每間隔0.5 m進(jìn)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(pán)與橫桿兩端帶有插銷的鋼制插頭連接，該架體主要受力構(gòu)件由尺寸為φ48 mm×3.2mm的Q345A或Q355A鋼管制成[2]；由于盤(pán)扣式腳手架構(gòu)件之間連接可靠、牢固，構(gòu)件強(qiáng)度高等特點(diǎn)，為搭設(shè)新型外懸挑腳手架提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本工程外懸挑腳手架是將盤(pán)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(jié)構(gòu)板，與懸挑腳手架底部支撐橫桿、立桿連接盤(pán)扣接，成為穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，懸挑腳手架搭設(shè)高度不超過(guò)3 m，且搭設(shè)高度應(yīng)超出該層梁板面1.5 m，腳手架立桿縱距與最外側(cè)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(shè)計(jì)三維圖如圖1所示。

圖1 外懸挑腳手架設(shè)計(jì)三維圖

4 外懸挑腳手架受力驗(yàn)算

4.1 三角鋼管懸挑支撐計(jì)算

經(jīng)計(jì)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(yàn)算P1取值，P1=2.345 kN。在豎向軸力作用下，腳手架受力計(jì)算簡(jiǎn)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(pán)扣架體上各個(gè)支點(diǎn)和各個(gè)桿件內(nèi)力的支座反力計(jì)算如下：

圖2 腳手架受力計(jì)算簡(jiǎn)圖

三角形盤(pán)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(pán)扣架的各支撐點(diǎn)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(pán)扣架中AB水平桿中的力，除由P1、P2產(chǎn)生的軸力NAB外，還有P1、P2產(chǎn)生的壓屈剪力和風(fēng)荷載NV引起的水平力NW。

由P1、P2產(chǎn)生的壓屈剪力NV為：

式中，φAB為立桿穩(wěn)定系數(shù)，由桿件長(zhǎng)細(xì)比λ=l0/iAB=209.87的計(jì)算結(jié)果按規(guī)范查表得到φAB為0.166[其中，iAB為計(jì)算橫桿的界面回轉(zhuǎn)半徑，取1.62 cm；l0為桿件的計(jì)算長(zhǎng)度（m），由公式l0=kuh確定，k為計(jì)算長(zhǎng)度附加系數(shù)，取1.155，u為計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，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(jīng)計(jì)算，壓屈剪力NV為0.332 kN。

風(fēng)荷載引起的拉力NW：

首先，計(jì)算風(fēng)荷載：qw=1.4μzμsω0La=1.4×1.280×1.2×0.300×3.000=1.935 kN/m。

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

風(fēng)荷載作用下，以連墻桿件作為支點(diǎn)，按4跨連續(xù)梁計(jì)算，支座反力計(jì)算如下：

式中，L為連墻桿件豎向距離，取1 500 mm。經(jīng)計(jì)算，支座反力R=1.141 kN。

風(fēng)荷載給三角形盤(pán)扣架支撐水平桿的拉力NW=2R=2.282 kN。

4.2 盤(pán)扣三角架桿件及節(jié)點(diǎn)計(jì)算

1）AB桿

經(jīng)計(jì)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(jīng)計(jì)算，AB桿件拉應(yīng)力σAB為47.55 N/mm2，小于205 N/mm2（AB桿鋼管強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為205 N/mm2），滿足要求。

2）BC桿

BC的長(zhǎng)度為1.5 m，BC桿壓彎穩(wěn)定性計(jì)算公式為：

式中，σBC為鋼管立桿受壓強(qiáng)度計(jì)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(wěn)定系數(shù)，由長(zhǎng)細(xì)比λ=l0/iBC的計(jì)算結(jié)果查表得到φBC為0.161（其中，iBC為計(jì)算立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑，取1.60 cm；l0為桿件的計(jì)算長(zhǎng)度，m，由公式l0=kuh確定，k為計(jì)算長(zhǎng)度附加系數(shù)，取1.155，u為計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，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(jīng)計(jì)算，BC桿的壓應(yīng)力69.35 N/mm2，小于鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]=300 N/mm2，滿足要求。

3）AC桿

NAC＝2.526 kN，桿件AC的長(zhǎng)度：l＝1.615 m，計(jì)算立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑iAC=1.62 cm，則長(zhǎng)細(xì)比λAC＝l0/iAC＝209.87；根據(jù)λ值查表得φAC＝0.166。

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按照式（6）計(jì)算：

式中，W0為基本風(fēng)壓，W0=0.300 kN/m2；Uz為風(fēng)荷載高度變化系數(shù)，Uz=1.280；Us為風(fēng)荷載體型系數(shù)，Us=1.200。經(jīng)計(jì)算得：ωk=0.461 kN/m2。

風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)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(jīng)計(jì)算得Mw=0.35 kN·m。

AC桿壓彎穩(wěn)定性按式（8）計(jì)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(shù)據(jù)得AC桿的壓應(yīng)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(shù)

1）將底層2根橫向水平桿、2根豎向斜桿接頭套入最外側(cè)盤(pán)扣式支模架立桿連接盤(pán)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(pán)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(yīng)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(shè)置豎向斜桿，跨度同最外側(cè)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(shè)高度應(yīng)該超出該層梁板面1 200~1 500mm。

5）外架立桿距離作業(yè)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(wěn)定性。

6 外懸挑腳手架作業(yè)層構(gòu)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(wǎng)防護(hù)，作業(yè)層外側(cè)架設(shè)置擋腳板，擋腳板高度為200 mm。新型外挑架外立面采用盤(pán)扣式外架沖孔金屬網(wǎng)滿鋪，作業(yè)層水平方向隨著結(jié)構(gòu)進(jìn)度滿鋪掛扣式鋼腳手板[3]。

2）作業(yè)層的腳手板架體外側(cè)應(yīng)設(shè)擋腳板、防護(hù)欄桿，防護(hù)上中下欄桿宜分別設(shè)置在離作業(yè)層1.5 m、1 m、0.5 m處。

3）采用240L（L為鋼腳手板長(zhǎng)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(yè)層水平桿上，作業(yè)層需滿鋪鋼腳手板。

4）當(dāng)架體與建筑物的空隙采用雙層水平網(wǎng)防護(hù)，并應(yīng)在水平網(wǎng)上部設(shè)置腳手板封閉防護(hù)。

5）盤(pán)扣式外架金屬網(wǎng)規(guī)格為1.2 m×2 m，采用橫向米字型布置，盤(pán)扣金屬網(wǎng)采用2個(gè)連接件進(jìn)行連接，連接件與外架每步距間連接。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)珠海機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程（一標(biāo)段）——航站樓土建工程項(xiàng)目新型外懸挑腳手架施工技術(shù)的應(yīng)用，解決了落地式鋼管腳手架施工地下室土方無(wú)法回填、連墻件無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求的難題，減少了腳手架使用時(shí)間，節(jié)約了腳手架構(gòu)配件使用量，提高了項(xiàng)目效益，可為國(guó)內(nèi)同類結(jié)構(gòu)施工提供有益借鑒。