阳角处悬挑梁的布置形式研究.doc

阳角处悬挑梁的布置形式研究
谭拥民
中铁二十四局集团上海铁建公司
摘要：近年来，随着国内城市的扩张和经济的发展，高层建筑如雨后春笋般开始大批兴建。大量高层建筑的出现，对建筑施工技术方面也有了新的要求，悬挑式脚手架也因此运用而生，做为建设部推广的建筑业十项新技术之一，虽然已经推广了近十年的时间，但是至今还未推行出与之相应的行业规范，造成了悬挑式脚手架在实际搭设时不规范合理，尤其是在阳角处两侧立杆的交汇点，其承受的荷载是最大的，且不易固定，给施工现场带来了一定的安全隐患。下面本文结合昆山正仪林场S1地块定销房项目对悬挑脚手架阳角处悬挑梁的布置形式进行探讨和比选。
关键词：高层建筑、悬挑脚手架、阳角处、悬挑梁布置形式
1 工程概况
昆山正仪林场S1地块定销房项目总建筑面积为164132m2，由7幢高层住宅楼、1幢商业楼和1个地下车库组成。1#～7#高层住宅楼为剪力墙结构，地下一层，地上26～27层，建筑高度为80.7m～83.6m；8#商业楼为地上4层的框架结构，建筑高度18.75m；地下车库为地下一层框架结构，结构层高3.6m。
2 施工部署及架体构造
2.1 施工部署
外墙脚手架1#～2#楼的地下室～3层、3#～7#楼的地下室～4层、8#商业楼、地下车库搭设扣件式钢管落地式双排脚手架，以上采用型钢悬挑脚手架，每六层一挑，每一挑为一个悬挑单元，悬挑脚手架。
2.2架体构造
1#～7#高层住宅楼落地架体和悬挑架体立杆的纵距1.50米，立杆的横距0.85米，内排架距离结构0.35米，立杆的步距1.80米。钢管类型为Φ48×3.0（建筑市场钢管采购到的钢管壁厚多为3.2mm～3.0mm，且材料经多次周转使用后，钢管锈蚀使壁厚减薄，钢管惯性矩还要减少。因此厚度3.0mm），连墙件采用2步3跨，竖向间距3.60米，水平间距4.50米（局部3.6米），脚手板采用竹笆片，踢脚板采用木脚手挡板。悬挑架的悬挑梁采用16#工字钢，斜撑采用12.6#槽钢，联梁采用14#工字钢。悬挑梁与楼板锚固连接采用16U型螺栓+1cm厚钢压板。
2.3 施工工艺流程
施工准备→放线定位→预埋圆钢锚环→悬挑架的支承结构安装→竖立杆→将纵向扫地杆与立杆扣接→安装横向扫地杆→安装纵向水平杆→安装横向水平杆→安装连墙件→安装剪刀撑→扎色带及张挂安全网→作业层铺脚手板和挡脚板。
3 阳角处悬挑梁布置形式的比选
3.1阳角处悬挑梁布置形式的比选
目前在建筑施工现场实际的阳角处悬挑梁的布置形式有如下三种:

布置形式一这种散射状的布置方式存在着以下几个缺点：
第一：型钢挑梁的这种布置方法使得钢梁根部的受力点全部集中在一个比较小的单元区域内，导致这些悬挑钢梁预埋U型螺栓的拉力也集中在这个区域内。在这些拉力作用下，就可能会引起这个单元区域内的现浇板产生结构变形和楼板被拉出细微裂纹。
第二：由于这些散射状布置的型钢挑梁没有准确的角度，所以在实际搭设中预埋的U型螺栓和剪力墙预留洞很难保证在一条直线上，给型钢挑梁的放置带来一些困难。
第三：这种散射状况的布置型钢材料用量大，材料利用率不高。在剪力墙转角处预留洞势必割断转角处的主筋，对结构的损伤较大。
优点：
由于转角处悬挑梁数量较多，平均到没根悬挑梁上的荷载较小，悬挑脚手架的架体更稳定更安全。

布置形式二：是阳角处的悬挑梁与预埋在结构内的钢板焊接连接，该种布置方式存在着以下几个缺点：
第一：由于阳角处的悬挑梁是两侧立杆的交汇点，受力较大，对悬挑钢梁与预埋钢板的焊接质量要求较高，而在实际施工中，预埋钢板易偏位、与型钢结合不密贴，导致焊接质量不高，且焊接质量不便于检测。
优点：
第一：由于阳角处的悬挑梁无须在剪力墙上预留洞，无须割断钢筋对结构基本无损伤。
第二：由于阳角处的悬挑梁后锚点较分散，不易产生应力集中。

布置形式三：是结合前两种形式的布置方式，将阳角处的悬挑梁沿墙下移300mm，以达到错开转角处钢筋的目的（阳角处构件配筋图），从而减少对主体结构的损失，转角处主悬挑梁以45°布置，可以便于定位安装施工，悬挑段与锚固段以1:1.25比例布置，可以避免楼板的应力集中，该种布置形式的电焊焊接工作量明显比第一二种的少，施工质量便于控制，型钢用量也相对较少。综合考虑本工工程阳角处悬挑梁布置形式采用第三种。
4阳角处悬挑梁的受力验算
4.1联梁验算:
第三种阳角处悬挑梁布置形式共三根联梁，其中3#联梁荷载和跨度相对1#、2#联梁最大、最不安全，故在此只验算3#联梁。
4.1.1 联梁强度验算。
联梁采用14#工字钢，截面抵抗矩W=102.00cm3，截面积A=21.50cm2，水平联梁与悬挑工字钢的作用点为A、B点，受脚手架立杆集中荷载 F=10.535kN，联梁自重q=1.2×21.50×0.0001×7.85×10=0.20kN/m,计算简图如下:

连梁计算简图

悬挑脚手架支撑梁弯矩图(kN.m)
支座对联梁的支撑反力为：RA=6.05kN, RB=15.59kN，联梁最大弯矩为：Mmax=8.82kN.m
抗弯计算强度 f=M/1.05W+N/A=8.82×106/(1.05×102000.0)=82.35N/mm2<[f]= 215.0N/mm2,满足要求!
4.1.2 联梁整体稳定性验算
连梁计算公式如下：

其中 φb —— 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，查表《钢结构设计规范》(GB50017-2011)附录得到：φb=1.55，由于φb大于0.6，按照《钢结构设计规范》(GB50017-2011)附录B其值φb'=1.07-0.282/φb=0.888
计算得到强度 σ=8.82×106/(0.888×102000.00)=97.38N/mm2< [f]=215 N/mm2，满足要求!
4.2悬挑梁验算:
第三种阳角处悬挑梁布置形式，转角处悬挑梁采用16#工字钢，为两侧立杆的交汇点处，受力最大，悬挑长度最长，故在此验收转角处悬挑梁。
4.2.1 悬挑梁强度验算
转角处悬挑梁里端A为与楼板的锚固点，B为墙支点,C为斜撑支点，脚手架排距为850mm，支拉斜杆的支点距离墙体 = 2.121m，截面抵抗矩W = 141.00cm3，截面积A = 26.10cm2，受1#、2#、3#联梁集中荷载分别F1=8.979kN、F2=8.190kN、F3=15.591kN，水平钢梁自重荷载 q=1.2×26.10×0.0001×7.85×10=0.25kN/m。计算简图如下：

悬挑脚手架计算简图

悬挑脚手架支撑梁弯矩图(kN.m)
悬挑梁的支撑反力为R1=-0.434kN,R2=11.944kN,R3=24.533kN，最大弯矩 Mmax=5.79kN.m
抗弯计算强度：f=M/1.05W+N/A=5.79×106/(1.05×141000.0)+17.62×1000/2610.0=46.00N/mm2< 215.0N/mm2,满足要求!
4.2.2 悬挑梁稳定性验算
水平钢梁采用16号工字钢,计算公式如下

其中 φb —— 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，查表《钢结构设计规范》(GB50017-2011)附录得到：φb=2.00，由于φb大于0.6，按照《钢结构设计规范》(GB50017-2011)附录B其值φb'=1.07-0.282/φb=0.929
计算得到强度 σ=5.79×106/(0.929×141000.00)=44.20N/mm2<215N/mm2
满足要求
4.3支杆的受力计算
4.3.1 支杆强度计算
斜支杆采用[12.6号槽钢，受悬挑梁的竖向压力R3=24.533KN,受到悬挑梁的拉力F= R3tanθ,斜支杆的轴力N= R3/cosθ=30.37kN， 计算简图如下：

下面压杆以[12.6号槽钢计算，斜压杆的容许压力按照下式计算：

其中 N —— 受压斜杆的轴心压力设计值，N = 30.37kN；
φ —— 轴心受压斜杆的稳定系数,由长细比l/i查表得到φ= 0.15；
i —— 计算受压斜杆的截面回转半径，i = 1.57cm；
l —— 受最大压力斜杆计算长度，l = 3.59m；
A —— 受压斜杆净截面面积，A =15.69cm2；
σ =(30.37×1000)/(0.15×15.69×100)=128.77 N/ mm2<215N/ mm2；满足要求!
4.3.2 斜撑杆的焊缝验算：
斜撑杆采用焊接方式与墙体预埋件连接，对接焊缝强度计算公式如下

其中 N为斜撑杆的轴向力，N=30.37kN；
lwt为焊接面积，取1569.00 mm2；
ft或fc为对接焊缝的抗拉或抗压强度，取185.0N/ mm2；
计算焊缝抗拉强度σ=（30.37×1000）/1569.00 = 18.36N/ mm2<185.0N/ mm2满足要求!
综合上所述悬挑梁受力验算符合要求
5 结束语
随着高层建筑日趋增多，悬挑脚手架在高层建筑施工中被广泛应用。悬挑脚手架作为高层建筑施工中主要危险源之一，阳角处悬挑梁的布置显得尤为重要，本文结合正仪林场S1地块定销房项目，从安全、经济、施工质量控制的角度对阳角处悬挑梁的布置形式做比选探讨，得出第三种布置形式有着明显的优越性，可以为以后的高层建筑悬挑脚手架的设计施工提供参考和借鉴。第三种布置形式在昆山正仪林场S1地块定销房项目的大面积采用为以后优质结构评选做好铺垫。
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