移動(dòng)式懸掛腳手架在高層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

張福養(yǎng)

（南平市延平區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全站）

1 工程概況

本工程為福建省南平市延平區(qū)某高層寫字辦公樓頂層圓形結(jié)構(gòu)外墻改造工程。該辦公樓為29 層，位于城區(qū)人員密集地段，一層為商鋪，頂層為圓形結(jié)構(gòu)的酒店餐廳，辦公樓一層有兩個(gè)側(cè)面為商店，一個(gè)側(cè)面為辦公樓人員出入口，另一個(gè)側(cè)面為廣場，四周都是人員密集區(qū)域。辦公樓頂層的圓形結(jié)構(gòu)外邊緣大部分都挑出主體結(jié)構(gòu)，因樓層高無法搭設(shè)落地或懸挑式外腳手架，結(jié)合本工程的特殊性和各個(gè)因素，在首要考慮滿足結(jié)構(gòu)及施工安全的情況下，選擇搭設(shè)兩個(gè)只需滿足一至兩人施工要求的可移動(dòng)式懸掛腳手架，這樣既可以滿足施工要求，又可以減少架體的過多搭設(shè)給圓形結(jié)構(gòu)及架體本身帶來的一系列安全隱患。外墻改造施工可由兩個(gè)移動(dòng)的懸掛外腳手架向兩邊繞圈轉(zhuǎn)動(dòng)即可，具體做法詳見圖1～圖3。

圖1

圖2 架體固定端橫面圖

圖3 施工總平圖

2 施工材料及搭設(shè)要求

⑴鋼管材質(zhì)要求：腳手架材質(zhì)宜采用現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T 700 中Q235 級(jí)鋼規(guī)定要求的鋼管，外徑為48.3mm、壁厚為3.6mm。每根鋼管的質(zhì)量不大于25.8Kg。

⑵扣件材質(zhì)及性能要求：扣件采用符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼管腳手架扣件》（GB 15831）規(guī)定的鑄鋼制作扣件。施工中的每個(gè)扣件扭力矩均應(yīng)達(dá)到40N·m 以上要求，且扭力矩到65N·m 時(shí)，未破壞。

⑶懸挑處腳手板采用竹制板，側(cè)面1.8m 高，底部滿鋪0.8m 寬，采用不小于14 號(hào)鐵絲綁牢。

⑷錨固鋼絲繩采用6×37 直徑不小于21.5mm 的鋼絲繩，錨固于已有建筑物砼構(gòu)件。

⑸平臺(tái)內(nèi)側(cè)固定端每個(gè)桿件搭接或連接處均在外側(cè)設(shè)置防滑扣件，懸挑部分架體均在桿件搭接下部增設(shè)防滑扣件。

⑹搭設(shè)架體時(shí)可利用下部主體結(jié)構(gòu)突出部分的屋頂平臺(tái)協(xié)助。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 信息參數(shù)

移動(dòng)平臺(tái)架體高度為5.5m，寬度為0.8m，跨度為2.5m，步距為1.8m，立桿間距1.2m，小橫桿間距1.5m。

桿件采用Φ48.3×3.6，腳手板采用竹制腳手板，欄桿采用相同鋼管桿件即可。

出于安全考慮，施工外墻時(shí)，均布荷載不應(yīng)超過2kN/m2，施工中考慮多人交叉施工情況，按兩層計(jì)算，竹制腳手板需鋪設(shè)側(cè)面防護(hù)1.8m 高和底面0.8m 寬，合計(jì)2.6m，自重按0.8×4 計(jì)算，長度為2.5m。

3.2 荷載分析

3.2.1 恒載標(biāo)準(zhǔn)值GK

⑴鋼管長度

立桿：L=5.5×3×2=33m

大橫桿(每根長度按3m 計(jì)）：L=3×3×2=18m

小橫桿(每根長度按1.1 計(jì)）：L=3×2×1.1=6.6m

縱向支撐（剪刀撐）：L=4×2×5=40m

整個(gè)架體綴條數(shù)量：橫綴條和斜綴條數(shù)量分別為7根和6 根，共有兩面。

L=2×[6×(0.82+0.922)×0.5+7×0.8]=25.80m

∴鋼管總長度為：33+18+6.6+40+25.80=123.4m

鋼管的總重量為：G1=123.4×25.8÷6=530.62㎏

架體結(jié)構(gòu)的邊柱長5.5m，共四根，總重量為：

G2=4×5.5×25.8÷6=98.6㎏

邊柱構(gòu)造系數(shù)按10%考慮，那么架體自重為：

G=G1+G2×1.1=530.62+1.1×98.6=639.08㎏

⑵腳手板重量

G=30×2.5×0.8×4=240㎏

⑶欄桿重量

G=11×2.5×4=110㎏

⑷防護(hù)網(wǎng)重量

G=0.5×2.5×5.5=6.88㎏

⑸固定支座和支架（單個(gè)支座重量60㎏）

G=60×2=120㎏

恒定荷載標(biāo)準(zhǔn)值GK：

GK=639.08+240.00+110.00+6.88=995.95㎏

3.2.2 施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk

Qk=2×2.5×0.8×2=8kN

上升和下降狀態(tài)：Qk=0.5×2.5×0.8×2=2kN

3.2.3 計(jì)算風(fēng)載

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》相關(guān)規(guī)范和《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 130-2011），風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式：

其中：

W0——常規(guī)風(fēng)壓(kN/m2)，按W0=0.35；

Uz——風(fēng)載強(qiáng)度系數(shù)變化，按Uz=1.00；

Us——風(fēng)載系數(shù)：Us=0.60。

經(jīng)計(jì)算，風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值Wk為：

Wk=0.7×0.35×1×0.6=0.15kN/m2

考慮到架體外側(cè)設(shè)有防護(hù)網(wǎng)，會(huì)適當(dāng)增加擋風(fēng)系數(shù)，所以風(fēng)載Wk取值需增加10%。經(jīng)增加擋風(fēng)系數(shù)后計(jì)算得出風(fēng)載Wk數(shù)值為：

Wk=1.1×0.147=0.16kN/m2

3.3 縱向受力桿強(qiáng)度

縱向桿按三跨計(jì)算，柱距取b=1.2m。

計(jì)算縱向桿的最大彎矩和變形時(shí)，動(dòng)荷載和縱向桿件上的竹制腳手板均考慮為均布荷載。3.3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算均布荷載值

計(jì)算動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Q=2.00×0.40=0.80kN/m

計(jì)算靜荷載值：q1=(0.12+0.0333)×1.2=0.18kN/m

計(jì)算動(dòng)荷載值：q2=0.80×1.4=1.12kN/m

計(jì)算縱向桿件重量標(biāo)準(zhǔn)值：P1=0.0333kN/m

計(jì)算腳手板荷載標(biāo)準(zhǔn)值：P2=0.30×0.40=0.12kN/m

圖4 計(jì)算大橫桿荷載組合簡圖(跨中最大彎矩和最大撓度情況)

圖5 計(jì)算大橫桿荷載組合簡圖(支座彎矩最大情況)

3.3.2 抗彎強(qiáng)度計(jì)算

考慮三跨均布荷載作用下的彎矩為最大彎矩情況，計(jì)算最大彎矩（跨中）：

M1max=0.08q1l2+0.10q2l2

最大彎矩計(jì)算（跨中）：

M=(0.08×0.18+0.1×1.12)×1.22=0.18kN·m

按下列公式計(jì)算支座彎矩最大情況：

M2max=-0.10q1l2+0.117q2l2

最大彎矩為（支座）：

M=-(0.1×0.18+0.117×1.12)×1.22=-0.22kN·m

跨中彎矩和支座彎矩的強(qiáng)度驗(yàn)算：

σ=M/W=0.22×106/4492.97=47.90N/mm2

經(jīng)驗(yàn)算，縱向桿的強(qiáng)度小于205.0N/mm2，滿足要求。

3.3.3 計(jì)算撓度

在三跨均布荷載作用下，考慮為最大撓度情況。

最大撓度按下面公式計(jì)算：

靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值：q1=0.12+0.0333=0.15kN/m

動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：q2=0.80kN/m

最大撓度為：

Vmax=(0.667×0.15+0.99×0.80)

×12004/(100×206000×107831.321)=0.83mm經(jīng)計(jì)算得出縱向桿件上的最大撓度值為0.83，小于1200.00/150.00 比10.00mm，滿足要求。

3.4 計(jì)算直角扣件抗滑力作用

縱橫向水平桿連接立桿時(shí)，抗滑力計(jì)算公式為：

R≤Rc

其中：

Rc——按8.0kN 取扣件抗滑設(shè)計(jì)承載力值；

R——為縱橫向水平桿連接立桿的豎向傳導(dǎo)力設(shè)計(jì)值。

計(jì)算動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

Q=2.00×0.80×1.20/2=0.96kN

計(jì)算荷載值：

P=(0.03+0.14)×1.2+0.96×1.4=1.58kN

計(jì)算橫桿作用力的標(biāo)準(zhǔn)值：

P1=0.03×(1.2+.8/2)=0.05kN

計(jì)算腳手板作用力的標(biāo)準(zhǔn)值：

P2=0.30×0.80×1.20/2=0.14kN

經(jīng)計(jì)算，單扣件抗滑力滿足要求。

試驗(yàn)表明：當(dāng)12kN 的作用力下單個(gè)直角扣件會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)（擰緊力矩達(dá)40～65N·m 前提下）,抗滑承載力為8.0kN；所以，當(dāng)采用雙扣件時(shí)，在20kN 的作用力下才會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng),抗滑承載力為12.0kN。

3.5 架體荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

架體承受荷載主要有動(dòng)荷載、風(fēng)荷載、靜荷載三種。

計(jì)算靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

⑴結(jié)構(gòu)本身重量能承受的標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m)（按每米立桿計(jì)），本例為0.1014：

NG1=0.1014×5.5=0.557kN

⑵腳手板的自重標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)，按標(biāo)準(zhǔn)值0.30計(jì)：

NG2=0.30×4×1.2×0.8/2=0.576kN

⑶欄桿與擋板腳手板自重標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m)；本例采用欄桿、竹片擋板，標(biāo)準(zhǔn)值為0.11：

NG3=0.110×4×1.2/2=0.264kN

⑷懸掛的安全設(shè)施荷載，包括防護(hù)網(wǎng)0.005kN/m2：

NG4=0.005×5.5×1.2=0.033kN

經(jīng)NG=NG1+NG2+NG3+NG4=1.43kN 得出靜荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。

由施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的總軸向力為動(dòng)荷載，內(nèi)立桿和外立桿縱向距離內(nèi)產(chǎn)生的施工荷載按總施工荷載的1/2 取值。

經(jīng)計(jì)算，動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值NQ=2.00×2×1.2×0.8/2=1.920kN

考慮風(fēng)載時(shí)，設(shè)計(jì)值計(jì)算公式（立桿的軸向壓力）：N=0.85×1.4NQ+1.2NG

經(jīng)過計(jì)算，最大軸向壓力（底部立桿）N=1.2×1.430+0.85×1.4×1.920=4kN

在不考慮風(fēng)載情況下, 軸向壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算公式（架體立桿）：N=1.4NQ+1.2NG。經(jīng)過計(jì)算，最大軸向壓力（底部立桿）：N=1.2×1.430+1.4×1.920=4.405kN。

彎矩MW（由立桿的風(fēng)載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的）：

其中：

Wk——風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)；

la——縱距(m)；

h——步距(m)。

經(jīng)計(jì)算，風(fēng)載產(chǎn)生的彎矩為：

MW=0.850×1.40×0.162×1.2×1.82/10=0.075kN·m

3.6 立桿穩(wěn)定性

3.6.1 計(jì)算立桿穩(wěn)定性（風(fēng)載不計(jì)情況下）

其中：

N——設(shè)計(jì)軸心壓力值，N=4.001kN；A——凈截面面積（立桿），A=4.241cm2；

φ——軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)，由λ 查表得到0.195；

λ——長細(xì)比由下列公式計(jì)算得出為：

3119.00/16.00=196.00；

其中：

i——回轉(zhuǎn)半徑（立桿斷面），i 取16.00mm；

k——系數(shù)值，附加系數(shù)取1.155；

u——長度系數(shù)（由高度確定），u=1.50；

l0——長度計(jì)算(mm)，由公式l0=kuh 計(jì)算得出l0=1.155×1.50×1.80=3119.00mm；

σ——受壓強(qiáng)度值,為：

σ=4001/(0.20×424)=48.382N/mm2；

[f]——[f]=205N/mm2，為立桿抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；

在不計(jì)風(fēng)載情況下，經(jīng)計(jì)算立桿穩(wěn)定性滿足要求。

3.6.2 計(jì)算鋼管立桿穩(wěn)定性（計(jì)風(fēng)載情況）

其中：

N——軸心壓力標(biāo)準(zhǔn)值，N=4.405kN；

W——立桿抵抗矩情況，凈斷面模量為，W=4.493㎝3；

MW——彎矩（由風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生），MW=0.075kN·m；

σ——經(jīng)計(jì)算得出鋼管受壓強(qiáng)度值為：

σ=4001/(0.20×424)+74814.062/4492.972=69.909N/mm2；

[f]——[f]=205N/mm2，為立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

在計(jì)風(fēng)載情況下，鋼管立桿的穩(wěn)定性能滿足要求。

3.7 架體結(jié)構(gòu)的主框架設(shè)計(jì)計(jì)算

架體邊柱計(jì)算：回轉(zhuǎn)半徑15.9mm，其長細(xì)比必須不大于210mm。

λ=l0/i=1.155 ×1.500 ×1800/15.9=195.58mm ≤210mm，滿足要求。

4 安全技術(shù)措施

基于施工活載和架體自身重量1848.08Kg，故固定端配載重量不得小于2000Kg，且固定端力臂為2.7m，懸端力臂為1.8m，大于1.25 倍。為確保架體安全穩(wěn)定，施工現(xiàn)場架體搭載的配重應(yīng)盡量加大，且必須有鋼絲繩拉結(jié)在原建筑物砼構(gòu)件上，加強(qiáng)架體的安全穩(wěn)定性。

為降低風(fēng)險(xiǎn)，施工前應(yīng)進(jìn)行下荷載承壓試用。

5 結(jié)束語

對(duì)于特殊的結(jié)構(gòu)工程，腳手架的搭設(shè)方法雖然可以經(jīng)過特殊改造，但必須嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范規(guī)定進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)和計(jì)算。搭設(shè)過程中還應(yīng)對(duì)工人加強(qiáng)安全管理，確實(shí)做好工人的安全技術(shù)交底和防護(hù)措施，嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定和方案要求執(zhí)行。