論型鋼懸挑卸載組合腳手架的建筑設計與施工
2008-12-31 00:00:00王一峰
現代商貿工業 2008年9期
摘 要：通過具體計算和實際施工情況深入探究了包括利用懸挑三角架的研究結論，將三角架作為傳統純型鋼懸挑架的卸載支座，從結構受力角度分析驗證了型鋼懸挑、三角架卸載的可行性；對型鋼懸挑三角架卸載模型的力學研究，得出了三角架卸載經驗計算公式；大幅提高了工程技術人員的工作效率，減輕了編制懸挑腳手架方案的工作量。為建筑施工企業的合理決策提供了依據。
關鍵詞：型鋼懸挑腳手架；施工；設計；計算
中圖分類號：TV文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）09-0393-02
1 型鋼支座的力學模型及錨固件與鋼絲繩的研究與計算
1.1 型鋼支座模型的基本假定
（1）型鋼支座是以槽鋼或工字鋼為受力結構；（2）在荷載影響下，僅考慮型鋼支座的抗彎、抗剪、抗傾覆作用，不考慮軸力的作用；（3）將型鋼支座上腳手板與彩條布或麻袋等安全防護設施引起的均布荷載轉化為立桿的集中荷載來處理；（4）鋼絲繩與墻用花藍螺絲連接，鋼絲繩的長度隨著上部荷載的增加可調節；（5）型鋼支座的自重不計，簡化為勻質桿件計算；（6）型鋼支座的懸挑段不大于錨固段；（7）懸挑腳手架整體計算高度不超過50m。
1.2 型鋼支座模型的計算簡圖
型鋼支座簡化模型如下：（1）將傳遞上部荷載的立桿簡化為兩個集中力Fl與F2，錨固點簡化為F3（kN）；（2）型鋼支座的懸挑段長度簡化為L1與L2，錨固段的抗拉鋼筋為L3、鋼絲繩拉力為L4（m）；（3）鋼絲繩的斜拉高度一般為搭設所在層的上一層的層高，可簡化為h（m）。以下分別簡化純型鋼懸挑與鋼絲繩斜拉式型鋼懸挑計算簡圖，如下圖1所示：
圖1 純型鋼懸挑與鋼絲繩料拉式型鋼懸挑計算簡圖
a：純型鋼懸挑 b：鋼絲繩抖拉式懸挑
1.3 型鋼支座模型的分析與計算公式
純懸挑型鋼支座是典型的懸挑結構，鋼絲繩斜拉式懸挑型鋼支座并非嚴格的懸挑結構。在上部加載初期，斜拉式懸挑型鋼支座的剛度遠比鋼絲繩大，型鋼支座為懸挑梁結構。當加載到型鋼支座與錨固點抗拉鋼筋出現明顯的變形及鋼絲繩達到工作狀態時，型鋼支座與鋼絲繩變為簡支梁結構。根據靜力平衡條件可求出懸挑與簡支狀態力學計算公式：
式中：Fl-腳手架內立桿集中荷載（kN）；F2-腳手架外立桿集中荷載（kN）；F2-型鋼錨固端拉力（kN）；Ll-腳手架距墻邊距離（m）；L2-腳手架的計算寬度（m）；L3-型鋼錨固端長度（m）；Mmax-腳手架豎向荷載對懸挑梁支點處最大彎矩；Vmax-計算型鋼截面最大剪力（kN）。
（2）簡支力學計算公式
F4=（F1L1L1+L2+F2）/sinθ
式中：F4-鋼絲繩的最大拉力（kN）；Fl-腳手架內立桿集中荷載（kN）；F2-腳手架外立桿集中荷載（kN）；Ll-腳手架距墻邊距離（m）；L2-腳手架的計算寬度（m）；θ-鋼絲繩與型鋼的夾角。
2 腳手架立桿穩定
影響扣件式鋼管腳手架穩定承載能力的因素很多，其中主要的有構架結構、尺寸、節點連接質量以及連墻點的設置等。這些因素的可變性較大，計算中要把各種因素及變化都考慮到，有困難又不方便，通常采用以下方法計算。將按不同間距連墻點設置的腳手架看作軸心受壓桿件，通過1：1真架和模型架試驗，得到整體失穩時的臨界荷載Pcr，由Pcr得到穩定系數φ0，視φ0為腳手架立桿（受壓桿件）穩定系數，從《冷彎薄壁型鋼結構技術規程》（GB50018-2002）中反查出長細比λ，由λ求出計算長度L0＝λi（i為桿件截面的回轉半徑）。而計算長度L0等于μL，由此得到計算長度系數產。加以適當調整后，定出μ的取值。這樣，就將復雜腳手架整體穩定性計算轉化為簡單的立桿穩定性計算。整體穩定性計算公式如下：
0.9NψA≤fcγm
式中：A-立桿的計算截面面積（mm2）；φ-軸心受壓桿件的穩定系數；fc-鋼材的抗壓強度設計值（kN/mm2）；γm'-材料強度附加分項系數；N-立桿驗算截面處的軸心力設計值，其值按公式計算：
N=1.2NGK+1.4ni=1NQtK
式中：Ncx-腳手架自重標準值在立桿中產生的軸心力（kN）；ni=1NQtK-n個可變荷載標準值在立桿中產生的軸心力（kN），一般情況下，僅計算施工荷載一項。
3 腳手架扣件、連墻件、鋼筋吊環計算
3.1 扣件抗滑移承載力計算
扣件抗滑移承載力計算可按下面的公式計算：
RRc
式中：R-扣件節點處的支座反力的計算值1.0（計算時，取結構的重要性系數Rc-扣件抗滑移承載力設計值，每個直角扣件和旋轉扣件取8kN）。
3.2 連墻件計算
（1）柔性拉結件：采用細鋼筋、繩索、雙股或多股鐵絲進行拉結，只承受拉力和主要起防止腳手架外傾的作用，而對腳手架穩定性能（即穩定承載力）的幫助甚微。此種方式一般只用于10層以下建筑的外腳手架中，且必須相應設置一定數量的剛性拉結件，以承受水平壓力的作用。
（2）剛性拉結：采用剛性拉桿或構件（鋼管、鋼筋等），組成既可承受拉力、又可承受壓力的連構造。其附墻端的連接固定方式可視工程條件確定，一般有：拉桿穿過墻體，并在墻體兩側固定；拉桿通過門洞口，在墻兩側用橫桿夾持和背楔固定；在墻體結構中設預埋鐵件，與裝有花籃螺栓的拉桿固接，用花籃螺栓調節拉結間距和腳手架的垂直度；在墻體中設預埋鐵件，與定長拉桿固結。
連墻件所受的軸力從按下式確定：
N1＝Nw＋Ns
式中：Nw-風荷載引起的連墻件軸壓力設計值（kN），按下式計算：
NW=1.4SWψωk
Wk-風荷載標準值（kN/m2）；p-腳手架擋風系數；Sw-每個連墻件作用（覆蓋）面積（m2）
SW=lWhW
式中：lm-連墻件水平間距（m）；hw-連墻件豎向間距（m）：Ns-由腳手架平面外變形在連墻件中引起的軸壓力，取不小于3kN。由于連墻件的構造各異，其驗算項目可根據設計情況確定，并按《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》（GB50018-2002）的有關規定進行驗算。當采用扣件連接的桿件時，尚應驗算扣件抗滑移承載力。
4 鋼管三角架懸挑卸載的計算
卸載措施是指將搭設超過搭設限高的腳手架荷載，部分分攤給工程結構承受的措施，即在立桿連續向上搭設的情況下，通過分段設置支頂和斜拉桿件以減小傳于立桿底部的荷載。當將立桿斷開，設置挑支構造以支承其上部腳手架的辦法，實際上已成為挑腳手架，它不屬于卸載措施的范圍。
卸載設施的種類有：無挑梁上拉式，即僅設斜拉（吊）桿；無挑梁下支式，即僅設斜支頂桿；無挑梁上拉、下支式，即同時設置拉桿和支桿。
腳手架在卸載措施處的構造常需予以加強，支拉點必須工作可靠，支承結構應具有足夠的支承能力，并應嚴格控制受壓桿件的長細比。卸載措施實際承受的荷載難以準確判斷，在設計時須按較小的分配值考慮。
當所選型鋼支座在抗彎與抗剪驗算（主要是抗彎）不符合要求時，同時也說明所承載的上部腳手架搭設高度超出了型鋼材料的抗彎與抗剪能力。因此卸載支座可將上部腳手架荷載部分地分攤給工程結構承受。
4.1 三角架卸載支座的改進
三角架卸載措施實際承受的荷載難以準確判斷。由于整體立桿沒有斷開，三角架卸載點，既要承載所在點的立桿傳來上部荷載，又要承載所在點因整體立桿連接而傳來的下部荷載。所以在卸載設計時，三角架的極限承載力可考慮0.5倍的折減。卸載點數量的研究，在型鋼支座的基本假定基礎上，可按如下公式計算：
（1）型鋼支座的極限抗彎荷載：型鋼支座的極限抗彎荷載計算公式 （假定內、外立桿計算荷載相等）：
fsLim=2Wxf2L1+L2
式中：fsLim-型鋼支座的極限抗彎荷載（kN）；Wx-型鋼截面x軸的凈截面抗彎模量；f-型鋼的抗彎強度設計值（N/mm2）；L1-腳手架距墻邊距離（m）；L2-腳手架的計算寬度（m）
（2）三角架支座的卸荷計算：三角架支座的卸荷計算可按下公式計算（假定內、外立桿計算荷載相等F1＝F2）：Fffixz=2F1-fsLim
式中：fjxz-三角架支座的需要卸荷值（kN）；Fl-懸挑腳手架單立桿計算荷載值（kN）。
4.2 鋼絲繩卸載支座的驗算
鋼絲繩最大受力在型鋼支座處，此處鋼絲繩必須加以設計計算。同時為保證鋼絲繩卸載的安全性，其它三角架卸載支座的鋼絲繩同型鋼支座處。驗算公式如下：
Tmax=PCKF4
式中：Tmax-鋼絲繩的拉力設計值（kN）；Pc-鋼絲繩的允許破斷拉力，根據生產廠家提供（kN）；K-鋼絲繩安全系數（一般取8）；F4-鋼絲繩的最大拉力。
參考文獻
［1］余永貞.建筑施工手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2006.
［2］杜榮軍.我國建筑施工腳手架發展的回顧與展望［J］.建筑技術，2007，（11）.
