螺栓连接型悬挑脚手架的设计与施工

螺栓连接型悬挑脚手架的设计与施工

DesignandConstructionofBoltConnectedOver-HangingScaffold

童万和,汪吉明,陈宝弟

TONGWan-he,WANGJi-ming,CHENBao-di

(标力建设集团有限公司,浙江台州318020)

摘 要:高层建筑的外脚手架技术是建设部十项新技术之一。在此结合工程实例,介绍了螺栓连接型悬挑脚手架的施工工艺特点、设计计算和堆载实验等。

关键词:螺栓连接型悬挑脚手架;工艺特点;设计计算;堆载实验;工程实例

中图分类号:TU731.2 文献标识码:B 文章编号:1008-3707(2010)04-0058-04

随着高层建筑的发展,外脚手架施工技术对工程质量、进度和施工安全起到了越来越重要的作用,施工工艺也日趋完善,先后应用的有外挂架、外爬架和外挑架,相比而言外挑架安全可靠,它是利用型钢固定在楼板上,型钢外挑部分承担脚手架架体的荷载,由于楼板面上固定型钢,势必对楼地面的施工进度及外墙修补防渗存在着一定程度的影响,为此,我们在原方案的基础上,对其工艺和材料进行了改进和探索,逐渐完善了螺栓连接型钢外挑架的施工工艺。

(2)脚手架的连墙件采用了专利技术,在连墙件设置部位,于梁外侧预埋配套的螺母套管成品。连墙钢管一侧以扣件与脚手架连接,另一侧以配套的螺栓与焊接在连墙钢管上的钢板连接,见图2。

1 施工工艺特点

(1)为保证脚手架各个部位不影响室内工程的施工,承载架体荷载的型钢通过腿板(10@200@

300)与结构框架梁中的预埋螺栓相连接,见图1。

图2 脚手架连墙件示意图

(3)螺栓连接型钢悬挑脚手架,能节约一半型钢材料、装拆方便,所有材料均可重复使用,从而节

约大量成本。

(4)本脚手架搭拆灵活、尺寸不受,适应性强,当地下室结构完成后,而回填土又不能及时回填,则可在二层面开始搭设悬挑脚手架。

2 安全验算

图1 型钢与结构框架梁连接示意图

以常用脚手架搭设规格(见图3)为例进行计

收稿日期:2009-11-19

作者简介:童万和(1946)),男,吉林通化人,高级工程师,从事建筑施工管理工作。第4期

算,其主要参数如下:

搭设高度:15.0m;

童万和等:螺栓连接型悬挑脚手架的设计与施工

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自重标准值、脚手片、栏杆、挡脚板、安全网和两层施工荷载(为简化计算,不考虑工字钢自重,16号工字钢自重为0.2kN/m)。

2.2.1 荷载计算 (1)脚手架自重标准值产生的

对每根立杆压力:NG1K=0.1248@6=0.75kN

(2)脚手片、栏杆、挡脚板、安全网产生的压力(按

2

立杆纵距:1.50m,立杆横距:0.85m,立杆步距:1.80m,内立杆距墙面:200mm;

连墙件:采用2步3跨,竖向间距3.60m,水平间距4.50m。

施工均布荷载:3.0kN/m,同时施工2层,脚手板共铺设8层。

悬挑水平钢梁:采用16号工字钢,外悬挑长度1.20m。

悬挑水平钢梁采用钢丝绳与建筑物拉结,最外面钢丝绳距离建筑物1.10m。2.1 脚手架荷载2.1.1 恒荷(标准值)

(1)钢管脚手架每米立杆承受的结构自重=0.1248kN/m。

(2)竹笆脚手片=

2

0.05kN/m;栏杆、踢脚杆自重标准值=0.14kN/m。

(3)密目安全网自重标准值取0.002kN/m。2.1.2 活荷载(标准值)

(1)施工活荷载(按结构脚手架取值,并考虑2层

2

同时作业)取3kN/m(查JGJ130-2001表4.2.2)则3

2

@2=6kN/m

(2)作用于脚手架上的水平风荷载:Xk=0.7LGJ130-20014.2.3式)z#Ls#Xo(见J

(1)

式中:Xk)风荷载标准值(kN/m);

Xo)基本风压,台州市椒江洪家取0.55kN/m;

L建z)风压高度变化系数,按现行国家标准5

筑结构荷载规范(GB50009-2001)6规定,按脚手架顶部高度采用;L.35=1.3@s)风荷载体型系数,Ls=1

0.0=0.1157(5的取值按步距1.8m,

立杆纵距1.5m,查JGJ130-2001表A-3,取5=0.0),则:Xk=0.0445Lz

2.2 钢丝绳未安装时

挑梁在此时为纯悬挑梁。其脚手架高度可按一整根立杆长度6m计,挑梁承受6m高的脚手架结构2

2

2

4个步距近似计算):NG2K=(0.85@1.5@0.05@0.5+

0.14@1.5+1.5@1.8@0.002)@4=0.99kN

(3)两层施工荷载产生的对立杆压力:NQK=2@3@1.5@0.85@0.5=3.83kN

立杆轴向力设计值为: N=1.2(NG1K+NG2K)+1.4NQK=7.45kN(2)2.2.2 构件受力计算 此状态下,挑梁受力简图见图4。

图4 钢丝绳安装前受力简图

2.2.3 焊缝抗剪强度计算 以I16工字钢做悬挑梁,按悬挑梁计算,对内侧锚板产生的弯矩为M=

图3 常用脚手架搭设示意图

7.45@(0.2+1.05)=9.31kN#m,剪力Q=7.45@2=14.90kN。

上翼缘焊缝高度按6mm计,焊缝长度按80@2=160mm计(以16号工字钢为例,其上翼缘宽度是88mm,实际制作时,要求工字钢与锚板间周边围焊,焊缝高度Y6mm),角焊缝抗剪强度设计值取160N/mm。则上翼缘焊缝可承受的剪力为:

160@0.7@6@160=107520N=107.52kN>14.90kN,完全满足要求。2.2.4 螺栓计算 悬梁内侧弯矩转化成力偶:9.31/0.16=58.19kN,由螺栓承受拉力。

(1)螺栓抗拉强度验算。对两根预埋螺栓产生的拉力为58.19kN,预埋螺栓采用Q235钢、公称直径22mm的普通粗制螺栓,其单根螺栓的抗拉承载能力为:

2

PdebP@19.655ft=@170=51578NN=

44b

t

22

(3)

两根穿梁螺栓可以抵抗103.2kN的拉力,远大于58.19kN,安全。60 浙 江 建 筑2010年 第27卷

(2)螺栓与混凝土之间粘结强度的抗拔验算。螺栓粘结力锚固力计算公式:N=Pdh[fb]其中:N)锚固力;

d)螺栓的直径,d=22mm;

[fb])楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度,计

算中取1.5N/mm;

h)螺栓在混凝土梁内的锚固深度300mm(直

段200,弯钩段100,施工时螺栓采用附加筋与梁筋焊接固定,确保位置准确并增加螺栓的锚固力)。

得单个螺栓抗拔力:N=3.14@22@300@1.5=31086N=31.09kN

两个螺栓抗拔力:31.09@2=62.18kN,大于拉力58.19kN,安全。

(3)螺栓抗剪承载力计算:

单个螺栓的抗剪承载力设计值:

22

bPdbP@22Nv=nvfv=1@@140

44

=53191.6N=53.19kN

b

b

22

º抗剪强度计算。

Smax=

VS[fvItw

(7)

式中:V)计算截面沿腹板平面作用的剪力;

S)中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩;I)毛截面惯性矩;tw)腹板厚度;

fv)钢材的抗剪强度设计值;fv=125N/mm;经计算得出S.90@10@81.9@10/max=14(1130@10@6)=18.0N/mm

4

2

2

3

32

钢梁的剪应力计算值S.0N/mm,小于max=18钢梁抗剪强度设计值fv=125N/mm,满足要求。

»折算应力计算。R+3S=

22

62.88+3@18.0

2

22=71.18N/mm[B1f=1.1@205=225.5N/mm

(4)(5)

的正应力、剪应力;

B1)计算折算应力的强度设计值增大系数。(2)16号工字钢悬挑梁的刚度计算如下:因脚手架内立杆距结构边梁外侧的距离为200mm,内外立杆间距850mm,则外立杆距结构边梁外侧的距离为1050mm,悬挑梁总长度为1200mm。查结构静力计算用表之悬挑梁,可知:内立杆荷载产生的挠度为:

X1=(F@200@1200/6EI)@(3-200/1200)

(9)

外立杆荷载产生的挠度为:X2=(F@1050@1200/6EI)

@(3-1050/1200)16号工字钢的惯性矩

I=1130cm=11.3@10mm弹性模量

E=2.06@10

立杆轴向力

F=7.45kN=7450N

分别代入式(9)和式(10)可以求得:

2

5

4

6

4

2

2

2

(8)

式中:R、S)腹板计算高度边缘同一点上同时产生

Nc=dEtfc=22@10@305=67100N=67.1kN

取最小值为53.19kN

两个螺栓可以承受:53.19@2=106.38kN,远大于14.9kN,安全。

2.2.5 工字钢计算 由于钢管脚手架立杆底部纵向水平杆具有阻止工字钢悬挑梁侧向位移的作用(有构造措施焊接),可以视作侧向支承点。侧向支承点间的距离为850mm,与16号工字钢上翼缘宽度88mm之比为9.66<16,根据钢结构设计规范规定,不需计算悬挑梁的侧向(平面外)稳定性,但应计算悬挑梁的强度和刚度。

(1)16号工字钢悬挑梁的强度计算:

¹抗弯强度计算。

Mmax

Rmax=[f(6)

CW式中:Mmax)截面承受最大弯矩值,Mmax=9.31kN#m;

W)构件静截面模量,W=141cm;

C)截面塑性发展系数,C=1.05;

f)钢材的抗弯强度设计值,f=205N/mm;

6

经计算得出Rmax=9.31@10/(1.05@141000)=62.88N/mm

2

钢梁的正应力计算值Rmax=62.88N/mm小于钢梁抗弯强度设计值f=205N/mm,满足要求。2

2

3

(10)

X1=0.07mm;X2=1.50mm总挠度X=X1+X2=1.57mm<[X]=2400/400=6mm,符合要求。

2.3 安装钢丝绳后,考虑悬挑架全部荷载下安全计算

脚手架高度按15m计,挑梁承受15m高的脚手第4期

童万和等:螺栓连接型悬挑脚手架的设计与施工

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架结构自重标准值、脚手片、栏杆、挡脚板、安全网和两层施工荷载。经计算,立杆轴向力设计值为:N=10.58kN

钢丝绳拉结状态下,钢梁受力简图见图5。

在平台上逐级堆砂包。由于三组钢管按计算共承载约6t。所以三组钢管架上均匀加载4t。其中,

中间二根钢管(即一根工字钢上的二根钢管)承载2t达到设计荷载100%。堆载持续了30h,期间经现场检测,外侧最大挠度仅为1.2mm,架体完好,悬挑梁与螺栓连接件无任何异常。

4 应用实例

图5 钢梁受力简图

钢丝绳拉结后,增加的荷载仅为三层的架体自重,受力状态则是螺栓连接端变为铰支,钢丝绳拉结端为简支。内侧锚板和连接螺栓主要承受剪力及很小的压力。经计算水平悬挑钢梁最大剪力为Vmax=8.56kN,小于6m高时的最大剪力,故能满足要求,不需详细计算。

钢丝绳、连墙件等计算均同普通外挑脚手架,故不详细叙述。

位于黄岩的巨鼎#港湾名府工程。群体高层建

筑,地下1层,地上11~27层。层高3m。建筑最大高度90.1m,均采用了螺栓连接型钢悬挑脚手架,脚手架自裙房开始悬挑,每5层悬挑一次。架体高度为15m,立杆横距0.85m,立杆纵距为1.5m,步距1.8m,连墙件距离为二步三跨。目前各个主体结构均已封顶,施工过程中,未发生一起安全事故,同时也给建筑的内外粉刷、楼层地面的施工带来了方便。今后在不断的推广实践中,更能凸现出其施工工艺的优越性。

参考文献

[1] 中华人民共和国建设部,中华人民共和国国家质量监督检验

疫总局.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

[2] 中国建筑科学研究院等.JGJ130-2001建筑施工扣件式钢管脚

手架安全技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.[3] 建筑施工手册(第四版)编写组.建筑施工手册[M].北京:中

国建筑工业出版社,2003:195-217.

3 堆载试验

为保证螺栓连接型悬挑脚手架正常投入使用,

除计算外还进行了针对螺栓受力最不利时的堆载试验,按方案安装悬挑工字钢三根,搭设三组钢管,高度二步,形成平台,不设钢丝绳,此时全部由工字钢和底座螺栓受力。(上接第页)

手架承力架固定好,装好拉杆、临时拉结后,才允许进入正常施工。电动升、降整体脚手架在使用过程中,每15d检查一次扣件紧固情况,检查电动葫芦是否有漏油现象等。

(2)每次升、降作业后,应对架体内部的建筑垃圾进行一次清除,清除时不得将垃圾直接抛落地面。(3)发现脚手架有异常现象或有其他安全隐患应及时排除,确实无法排除的,应及时报告,待隐患排除后方可继续作业,严禁/带病0运行和强行升、降等野蛮施工行为。

(4)如遇台风警报,必须及时增加临时拉结点,进行架体加固,夜间和六级风以上情况下禁止升、降作业。

(5)每次升、降作业前,班长应召集全体人员召开班前会议,明确分工,强调注意事项,提出具体的作业要求,进一步熟悉联络信号,确保每一次升、降

作业的安全顺利进行。

4.4 技术交底

脚手架上的施工荷载必须符合设计规定,严禁超载,严禁放置影响局部杆件安全的集中荷载,建筑垃圾应及时清理。脚手架只能作为操作架,不得作为施工外模板的支模架。

5 结 语

附着式电动整体升降脚手架使用范围较广,能满足不同结构类型的施工(剪力墙、框架),且建筑越高越显示其优点,不占用场地,不影响垂直运输,所用的材料约为挑架、落地架的1\\5~1\\3,该技术减少了高空危险作业的工作量,节省人工,大大减少了塔吊的吊运次数,经济效益十分显著。