对悬挑脚手架一次悬挑高度的探讨.doc

对悬挑脚手架一次悬挑高度的探讨
陈培润1，杨晓华2
（1．湖南中天建设集团有限公司，湖南，株洲，412000）
(2．湖南工业大学土木工程学院，湖南，株洲，412008)
摘要：建筑外悬挑脚手架一次悬挑高度不但要计算自身的刚度，强度和稳定性要求，还要计算考虑悬挑型钢梁的支承结构强度和刚度条件。通过一个具体的工程实例，依据正常使用条件下的安全计算方法，表明悬挑脚手架一次悬挑高度主要受支承结构——外框架梁刚度和强度的限制。
关键词:脚手架;悬挑高度;安全计算
中图分类号：TU731.2 文献标志码：A
The Study for a High Degree of Cantilever Scaffold
CHEN Pei-run1, YANG Xiao-hua2
(1. HUNAN ZHONGTIAN Construction Group Co., Ltd., Zhuzhou 412000, China)
(2. School of Civil Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412008, China)
Abstract: For a high degree of cantilever scaffold outside the building, the stiffness, strength and stability of scaffold should not only be calculated, but the stiffness and strength of supporting structure for cantilevered steel beam also be considered. According to safety calculation for a example of a project in the normal use conditions, it is showed that the stiffness and strength of supporting structure, a framework beam, are limited the high degree of cantilever scaffold.
Key words: scaffold; a high degree of cantilever scaffold; safety calculation
引言
扣件式钢管脚手架是目前我国使用最为广泛一种外墙脚手架、模板支架搭设方式，在今后的较长一段时间内，仍将大量采用。JGJ130-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》[1]，针对外墙脚手架和模板支架，要求对大、小横杆的强度，刚度，扣件的抗滑移力，立杆的稳定性以及连墙件的强度、刚度、地基承载力等进行验算。除此之外，当采用分段卸荷的悬挑式脚手架时尚应进行悬挑梁的强度，整体稳定性和支杆、拉绳的强度、刚度验算；当进行墙、梁、柱的模板支撑架计算时，尚应进行模板面板及内外楞、拉结螺栓的强度刚度验算。当模板支架的高度、跨度超过一定限值采用门架、型钢等其他类型脚手架时，也应按其传力途径，进行完整的分析计算。
施工高层建筑的外脚手架一般采用悬挑脚手架，每个地区对高层建筑悬挑脚手架每一次悬挑的最高层数要求不尽相同，有四层、六层、八层的，也有十层、十二层的，甚至有些作者认为脚手架一次可以悬挑50米高[2]。对超高外脚手架本身的研究较多[3－5]，计算方法也比较完善，但对悬挑脚手架的支承构件——建筑框架梁的关注较少，因而有必要对承担悬挑外脚手架的建筑外框架梁进行研究，如果外脚手架悬挑太高，承担的荷载超过外框架梁的正常使用条件下的承载能力，将会引起外框架梁损伤或破坏，外框架梁的损伤或破坏会导致外脚手架的失稳和垮塌，后果将是十分严重的。
1悬挑外脚手架荷载计算
1.1 外脚手架搭设参数
脚手架高度50m，步距1.8m，纵距1.5m，横距0.85m，立杆距墙面0.4m，脚手板按4层楼设置一道，共4层，操作层施工荷载取2×2kN/m2，悬挑梁选用Ⅰ16工字钢，外挂密目安全网全封闭。
1.2 荷载计算
1.2.1 外立杆荷载：
结构自重
脚手板重：
栏杆扶手重：
安全网：
施工荷载：
合计：
1.2.2 内立杆荷载：
结构自重
脚手板重：
施工荷载：
合计：
通过计算Ⅰ16工字钢作悬挑，其强度、变形、稳定性均满足要求。
2 外框架梁受力分析
一建筑物层高3.0m，开间尺寸5.0×7.2m，楼板厚度120mm，其5m跨外墙框架梁，混凝土强度等级为C30，梁断面尺寸为200×500mm，纵筋配筋上下各2B14，箍筋为A8@150，外墙采用190×190×240粘土空心砖填充，其容重为12kN/m3，其墙体内外粉刷各20mm厚，水泥砂浆容重为20kN/m3。
2.1 设计外框架梁承受外墙最大内力
设计的外框架梁为多跨连续梁，如果单考虑本跨，可以看成一根两端固支梁，此段梁除承受本层楼面荷载外，还承受墙体的附加荷载，其数值为：
砖墙荷载：0.2×2.5×12=6kN/m
粉刷荷载：0.02×2×2.5×20=2kN/m
梁上承受荷载约为q=8KN/m，其计算简图如图1

图1 附加荷载计算简图
当框架梁上砌墙时：附加墙体荷载产生的跨中和支座弯距为：

2.2 外框架梁承受外脚手架的最大内力
现在梁上搁置三根Ⅰ16工字钢悬挑脚手架，实际上悬挑工字钢在梁上的受力点在梁边，悬挑工字钢受力简图如图2。

图2 悬挑工字钢荷载计算简图

根据悬挑梁的静力平衡条件可计算出边框架梁上所受集中力N0为：

建筑外框架梁上每跨支承三根悬挑工字钢，其受力计算简图如图3

图3 建筑外框架梁受悬挑工字钢荷载计算简图
悬挑工字钢，建筑外框架梁跨中及支座产生的最大附加弯距分别为：

3 计算结果分析
通过上面的分析可以看出，建筑外框架梁除承受本层的楼面荷载外，承受外墙的附加荷载产生的跨中和支座弯距分别为10kN.m和20kN.m，而承受50m高外挑脚手架荷载产生的跨中和支座弯距分别为50.84kN.m和76.26kN.m。外挑脚手架产生的梁跨中和支座弯距是建筑正常使用条件下外墙荷载产生弯距的5.08倍和3.81倍。在任一位置搁置悬挑工字钢其产生的弯矩均比附加墙体荷载产生的弯矩大得多，所以对悬挑外脚手架的高度必须加以限制，外脚手架的搭设高度不但要通过理论核算外脚手架本身的力学性能，还要核算支承结构外框架梁的刚度和强度。如果悬挑工字钢搁置在挑阳台的位置，更要核算阳台边梁的承载能力，阳台边梁的刚度和强度通常情况下小于外框架梁，悬挑过高的脚手架更加危险。
下面分析此框架梁所能承担的外悬挑脚手架的高度应为多少。此梁混凝土强度等级为C30，截面尺寸为200×500，考虑到现浇楼面对边框梁刚度的增大和梁具体配筋情况，在正常使用条件下，此梁跨中和支座所能承受的最大弯距约为62.60kN.m，扣除施工阶段楼板荷载和梁自重产生的弯距，此外框架梁所承受外荷载产生的附加跨中和支座最大弯距分别为53.61 kN.m和44.62 kN.m。表1给出悬挑外脚手架不同高度时框架梁产生的内力，由表1中可以看出，对此框架梁来说，受梁支座最大弯距控制，悬挑外脚手架的高度应控制在12m以下。
表1 悬挑不同高度时受力情况分析表（以层高3.0m为例）
高度
（m）
外立杆荷载
（kN）
内立杆荷载
（kN）
梁受集中力
（kN）
梁跨中弯距
（kN.m）
梁支座弯距
（kN.m）
12（六层）
18（六层）
24（八层）
30（十层）
36（十二层）
42（十四层）
48（十六层）
6.622
8.149
9.155
10.162
11.168
12.175
13.700
9.767
10.666
12.084
12.983
13.881
14.780
16.197
29.448
30.378
34.262
37.462
40.659
43.896
48.780
29.82
30.76
34.69
37.93
41.17
44.45
49.39
44.72
46.14
52.04
56.60
61.76
66.67
74.09
4 结论
建筑外墙外挑脚手架的高度除应通过理论核算本身的刚度、强度和稳定性等力学性能外，还应重点核算其支承结构——外框架梁的刚度和强度。外框架梁在正常使用条件下的承载能力限制了外挑脚手架的搭设高度。
参考文献
[1] 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.
[2] 王一峰. 论型钢悬挑卸载组合脚手架的建筑设计与施工[J]. 现代商贸工业, 2008(9): 393-394.
[3] 陈斌, 金志高, 李继刚. 脚手架与模板支架安全计算中若干问题的探讨[J]. 四川建筑科学研究, 2008, 30(5): 189-191.
[4] 陈阁琳, 张艾, 杜泽飞. 扣件式钢管模板高支撑架的设计与施工[J]. 施工技术, 2007, 47(9):21-23.
[5] 杜荣军. 脚手架结构的设计规定和计算方法[J]. 建筑技术, 1999, 30(8): 532-535.

作者简介：陈培润（1963－），男，汉族，湖南攸县人，高级工程师，现任湖南中天建设集团有限公司总工程师，研究方向建筑施工理论和建筑安全。
通讯地址：湖南省株洲市红旗南路30号湖南中天建设集团有限公司
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