脚外手架施工技术方案-学位论文.doc

%%%%%办公楼工程
外脚手架施工技术方案

一、工程概况
%%%%%办公楼工程位于%%%，本工程设计为C1、C2、C3楼三个单体组成一个连体结构，总建筑面积52946㎡，地下室面积11888㎡。。其中C1楼地下室二层，主楼地上20层，总高度82.00m；C2楼地下室一层，主楼地上18层，总高74.80m；C3楼地下室一层，地上3层，总高度15.3m。C1、C2两幢大楼由C3楼裙房连接，一层层高6.5m，二层层高4.2m，三层及裙房以上层高均为3.6m。
二、搭设形式
由于本工程平面形式比较复杂，且搭设高度较大，因此拟采用φ48×3.5扣件式双排落地脚手架与悬挑架相结合的形式搭设。裙房、C1楼十层及C2楼八层以下部分采用双排落地式脚手架，搭设在地下室顶板和裙房屋面上；C1楼十层及C2楼八层以上采用悬挑架，写字楼层高3.6m按六层一挑设置。
落地架及悬挑架立杆纵距均采用1.5m，立杆横距为0.8m，步距为1.8m，内立杆距外墙皮距离b1=0.45m。竹笆脚手板层层满铺，连墙件按二步三跨设置。采用2000目密目式安全网，安全网沿全高封闭。外架底部100-300设置纵横向扫地杆。
立杆平面及立面布置详见附图。
三、计算参数
1、管截面积A=489mm2，回转半径i=15.78mm，截面抵抗矩W=5080mm3
2、钢管自重g=37.67N/m
3、钢材抗压强度设计值[σ]=205N/mm2
4、竹笆板脚手板自重标准值为0.15KN/m2
5、扣件自重：直角12.95N/个，对接18.04N/个
6、装修施工均布活荷载标准值为2KN/m2，作业层数2层
7、宁波地区风荷载标准值w0=0.5KN/m2
8、2000目密目式安全网自重标准值为2N/m2（qk32）
9、安全网挡风系数为0.5
四、双排落地脚手架计算
立杆横距lb=0.8m，纵距la=1.5m，步距h=1.8m，连墙件二步三跨。裙房双排单立杆脚手架搭设高度16.5m，主楼双排单立杆脚手架从裙房屋面搭25m，主楼局部双排双立杆脚手架从地下室顶板搭39.3m，双立杆搭设高度18m。现以39.3m高落地架为例进行计算。
1、荷载计算
（1）恒载标准值NGK
查脚手架规范：双排单立杆结构单位自重gk=0.1248KN/m
（2）活载作用∑NQK
1）作业层施工荷载作用NQK1
装修时，作业层荷载2.0KN/m2，施工作业层数n1=2。
S内=la(0.5lb+b1)=1.5(0.5×0.8+0.45)=1.275m2
S外=0.5la.lb=0.5×1.5×0.8=0.6m2
NQK1内=2×2×1.275=5.1KN
NQK外=2×2×0.6=2.4KN
2）铺板层构造荷载作用NQK2
铺板层数取n2=22，铺板层构造包括竹笆脚手片和纵向水平杆及其连接扣件。材料自重qk2取0.15KN/m2
则：NQK2内=n2S内qk2=22×1.275×0.15=4.21KN
NQK2外=n2S外qk2=22×0.6×0.15=1.98KN
3）围挡防护材料作用NQK3
仅外立杆有此荷载作用，其中Hs=39.3m，
n3为每一步距中因固定围挡材料增加的横杆数，取n3=2
则：NQK3=la(Hs.qk32+Hsn3qk33/h)
=1.5(39.3×0.002+39.3×2×0.051/1.8)
=3.458KN
内立杆所受活载ΣNQK内=NQK1内+NQk2内
=5.1+4.21=9.31KN
外立杆所受活载ΣNQK外=NQK1外+NQK2外+NQK3
=2.4+1.98+3.458=7.838KN
（3）风载作用Nwk计算
1）风载标准值
按脚手架规范JGJ130-2001式4.2.3计算
wk=0.7μsμzwo
工程地处闹市区，地面粗糙度取C类
查荷载规范(GB50099-2001)：
μz=0.74(5m高处)
μz=0.84(20m高处)
μz=1.13(39.5m高处)
查《脚手架规范》表4.2.4得μs=1.3φ
则μs =1.3×0.5=0.65
不同高度处立杆风荷载标准值wk计算列入表1中
wk的取值（KN/㎡） 表1
杆件
计算高度（m）
5
20
39.5
立杆
0.168
0.191
0.257
2）计算风线荷载qwk
qwk为立杆所受到的均布风载
qwk=la.wk=1.6wk(KN/m)
3）计算风载弯矩Mwk
按受均布荷载qwk作用的三跨连续梁计算
Mwk=qwk.h2/10
=1.5wk×1.82/10=0.486wk(KN.m)=486wk(KN.mm)
2、计算可搭设高度
因外立杆风载值均大于内立杆，搭设高度由外立杆控制，查《脚手架规范》表5.3.3得立杆计算长度系数μ=1.5
立杆计算长度lo=Kμh=1.155×1.5×1.8=3.119m=3119mm
计算长细比：λ=lo/i=3119/15.78=197.66
查《脚手架规范》附表C，得：φ=0.185
可搭设高度Hs按《脚手架规范》式5.3.6.2计算
Hs=φAf-[1.2NG2k+0.85×1.4×(ΣNQK+MwkφA/W)]/1.2gk
其中：脚手架无其他构配件设置，NG2k=0
则Hs=[φAf-1.19×(ΣNQK+MwkφA/W)]/1.2gk
=[0.185×489×0.205-1.19×(7.838+486×0.168×0.185×489/5080)]/1.2gk
=41.61m＞39.5m
可搭设高度满足实际搭设要求。
3、立杆稳定性计算
外立杆受力较大，结构稳定由外立杆控制
轴向力：N=1.2NGk+0.85×1.4×ΣNQk
=1.2×0.1248×39.3/2 + 1.19×7.838=12.27KN
σ=N/ψ.A+Mw/W
=12.27×103/0.185×489 + 1.4×486×0.168×103/5080
=158.97N/mm2<[σ]=205N/mm2 满足要求
4、连墙件计算
以39.3m高处进行验算
（1）连墙件轴力设计值N1
wk=0.257KN/m2
N1w=1.4wk.Aw
=1.4×0.257×(2×1.8×3×1.5)
=5.829KN
N1=N1w+No=5.829+5=10.829KN > Rc=8KN
（2）连墙件稳定承载力验算
l=0.45m=450mm
λ=l/i=450/15.78=28.52
查《脚手架规范》附表C得：φ=0.924
则σ=N1/φA=10.829×103/0.924×489=23.975N/mm2<205N/mm2
满足要求
（3）连墙件与墙体连接处螺栓抗拨力计算
采用4枚M8膨胀螺栓与墙体连接
螺栓承载力Nc=4.315×4=17.26KN>N1 满足要求
（4）扣件抗滑移承载力计算
H=39.3m处，N1=10.829KN > Rc=8KN
H=20m处，wk=0.191KN/m2
N1w=1.4×0.191×(2×1.8×3×1.5)=4.33KN
N1=N1w+No=9.33KN
因此落地外架连墙件均采用两只直角扣件与脚手架立杆连接。
裙房一层局部高度及长度方向无法做到二步三跨设一连墙件时，考虑在外架内侧增加一根立杆，搭三排立杆外架，以增加架体局部整体稳定性。
5、板面承载力计算
由以上计算知，39.3m外架搭设于地下室顶板面，立杆轴力
N=1.2×39.3×0.1248/2+0.85×1.4×7.838=12.27kN
主楼自裙房屋面搭设最大高度为25m，立杆轴力
N=1.2×25×0.1248/2+0.85×1.4×[2.4+14×0.6×0.15+1.5×（25×0.002+25×2×0.051/1.8）=8.52kN
立杆布设在裙房屋面的外架，近似按等效荷载进行验算。建筑轴距7.8m，两轴线之间最多共搭设六排落地架，12根立杆总轴力：
F=12×8.52=102.24kN
化为相应的等效荷载为102.24/7.8×8.2=1.68kN/m2
屋顶设计活荷载标准值为2.0kN/m2，屋面铺装层荷载取1.0kN/m2，则屋面荷载设计值为：
1.2×1.0+1.4×2.0=4kN/m2 > 1.68kN/m2 满足要求
立杆布设在地下室顶板的外架，裙房部分搭设高度16.5m，主楼局部双排双立杆脚手架从地下室顶板搭39.3m，采用双立杆，且外脚手架立杆底部均垫设10#槽钢，地下室顶板结构能承受外架立杆传递荷载。
6、结论
由以上计算知双排单立杆外脚手架能满足承载力要求，但是考虑到该落地式外架搭设高度较大达39m，因此搭设高度大于24m的落地架拟采用双排双立杆措施，双立杆搭设高度取18m。
裙房部分立杆纵距为1.5m，其搭设高度最大仅为16.5m，采用双排单立杆落地架，经计算能满足承载力要求。
五、悬挑架计算
悬挑架立杆横距lb=0.8m，纵距la=1.5m，步距h=1.7～1.8m，采用16号工字钢底座，Φ16钢丝绳拉于上层。C1楼自十层、C2楼自八层开始向上搭设，高3.6m按六层一挑设置，共搭设两挑，连墙件两步三跨。各段挑架搭设高度列表如下：
编号
C1
C1
C2
C2
层数
10～15
16～20
8～13
14～18
高度(m)
21.6
19.9
21.6
19.9
现以C1楼最高一挑为例进行计算。
1、荷载计算
（1）恒载标准值NGK
查脚手架规范：双排单立杆结构单位自重gk=0.1248KN/m
NGK=Hgk=19.9×0.1248=2.48KN
（2）活载作用∑NQK
1）作业层施工荷载作用NQK1
装修时，作业层荷载2.0KN/m2，施工作业层数n1=2。
S内=la(0.5lb+b1)=1.5(0.5×0.8+0.45)=1.275m2
S外=0.5la.lb=0.5×1.5×0.8=0.6m2
NQK1内=2×2×1.275=5.1KN NQK外=2×2×0.6=2.4KN
2）铺板层构造荷载作用NQK2
铺板层数取n2=12，铺板层构造包括竹笆脚手片和纵向水平杆及其连接扣件。材料自重qk2取0.15KN/m2
则：NQK2内=n2S内qk2=12×1.275×0.15=3.395KN
NQK2外=n2S外qk2=12×0.6×0.15=1.08KN
3）围挡防护材料作用NQK3
仅外立杆有此荷载作用，其中Hs=19.9m
n3为每一步距中因固定围挡材料增加的横杆数，取n3=2
则：NQK3=la(Hs.qk32+Hsn3qk33/h)
=1.5(19.9×0.002+19.9×2×0.051/1.8)
=1.75KN
内立杆所受活载ΣNQK内=NQK1内+NQk2内
=5.1+2.295=7.395KN
外立杆所受活载ΣNQK外=NQK1外+NQK2外+NQK3
=2.4+1.08+1.75=5.237KN
（3）风载作用Nwk计算
立杆受风荷载作用产生Nwk=A/W·Mwk=489/5080Mwk=0.0963(mm-1)Mwk
将Nwk分步计算如下：
风载标准值按脚手架规范JGJ130-2001式4.2.3计算
wk=0.7μsμzwo
地面粗糙度取C类，查荷载规范（GB50099-2001）
μz=1.56(150m高处)
风荷载对立杆产生的弯矩计算如下：
ωk=0.7μsμzω0 qwk=la·ωk=1.5ωk
Mwk=qwkh2/10=0.7μsμzω0×1.5h2/10 其中：ω0=0.5KN/m2
查荷载规范：μs=1.3×0.5=0.65
则：Mwk=0.7μsμzω0×1.5h2/10
=0.7×1.5×0.65×1.56×0.5×1.82/10
=0.172KN·m
σ=N/φA+Mwk/W
=7.71×103/0.185×489+0.172×106/5080
=119.1N/mm2<[σ]=215N/mm2 满足要求
（4）计算荷载
N内=1.2×2.48/2+0.85×1.4×7.395=10.29KN
N外=1.2×2.48/2+0.85×1.4×5.23=7.71KN
2、构件设计计算
因型钢外伸距离较大，为了保证受力合理性及节约型钢，现采用①钢绞线上拉措施；②在悬挑支点及最后端设置两道套环，保证当钢绞线失效时，工字钢仍能正常工作，并提供外架安全。具体搭设简图如下（图中单位：米）。

其中：α= tg-1[（3.6-0.2-0.2）/（0.7+0.45）]=70.13°
根据上述工程情况，现需计算确定工字钢型号，钢丝绳及予埋套
环、吊环等型号。
（1）受力简图1

其中：N1=7.71KN，N2=10.29KN
（2）强度计算
采用16#热轧轻型工字钢：Ix=873cm4，Wx=109.2cm3
先求支座反力，再进行弯矩迭加，计算结果如下：

剪力图

弯矩图

挠度图
则Rc=12.41KN，RE=5.59KN
Mmax=2.52KN·m，fmax=0.2mm
σ=Mmax/W=2.52×106/109.2×103=22.89N/mm2
fmax=0.2mm<L/250=1150/250=4.6mm 满足要求
若采用12#热轧轻型工字钢，Ix=351cm4，Wx=58.4cm3
σ=Mmax/W=2.52×106/58.4×103=43.15N/mm2
挠度按CE跨简支的最不利情况进行计算，受力简图如下：

fmax=N2×a2×b2/3EIL
=10.29×0.72×0.452×1012/3×2.06×105×351×104×1.15
=0.41mm<L/250=1150/250=4.6mm 满足要求
（3）抗滑移计算
查相关设计规范知钢材与砼之间静摩擦系数为0.4～0.5。由于结构楼面平整度不一，摩擦力作为安全储备，不计算在内。将钢板与工字钢焊接，钢板上设双螺帽与Φ20钢套环连接牢固，滑移水平力由套环承受。
由以上计算得，钢丝绳上吊产生的最大水平力
F=12.41×ctg70.13°=4.49KN
Φ20预埋套环破断力为34.4KN，共四根，抗滑移满足要求。
（4）边梁承载力计算
根据主体标准层结构施工图，南北侧中部边梁为350×1100，总长约16m，内配上2Φ25（2Φ14），下4Φ25，N8Φ16，φ8@100/200。
钢丝绳竖向拉力F=12.2KN，外架拉结点水平间距1.5m，共10个。简化为均布荷载q=12.41×10/16=7.76kN/m
按简支梁计算，M=ql2/8=248.32kN·m
砼C30，fc=14.3N/mm2，fy=300N/mm2
As=M/fy（h0-as’）=248.32×106/（300×1050）=788.31mm2
实配4Φ25，As’=4×490.9=1963.6mm2
满足设计承载力要求。
3、构件型号选择
查简明结构设计手册，确定各型材规格。
（1）钢丝绳：
钢丝绳拉力F=Rc/sinα=12.41/sin70.13°=13.2KN
Φ14钢丝绳最大拉力103.5KN，103.5/13.2=7.84（安全）
（2）梁上吊环φ25（工字钢悬挑端吊环φ25）：φ25吊环所承受拉力设计值为49KN,则49/13.2=3.7（安全）
具体施工详图如下：

M=13.2×0.04=0.528KN·m
W=πd3/32=3.14×2.53/32=1.53cm4
σ=M/W=0.528×106/2×1.53×103=172.5N/mm2<[σ]=215N/mm2
满足要求
（3）工字钢:现场实际采用16#热轧轻型工字钢，满足要求。
工字钢长3.0m，外挑长度1.35m，内伸长度1.55m，水平向同外架纵距，每隔1.5m设置一道。
（4）预埋套环φ20：34.4/5.27=6.5（安全）
为方便施工，一个套环分两段预埋，待工字钢摆放就位后，再采用钢板、双螺帽连接牢固。具体施工详图如下：

注意事项:①吊环和套环均为冷加工；
②套环直接在结构楼板上预埋设置。
六、卸料平台计算
钢平台长度为5.8米，宽为2.7米，设计荷载1500kg。平台主梁采用20[，次梁采用16[，相互焊接成井状，其中16[要求焊接在20[的凹槽内（主梁侧加焊100×60×8垫板），上铺3mm厚花纹铁板。钢平台三边装置固定的防护栏杆，高度1.5米。钢平台的具体尺寸及构造详见附图。
1、荷载计算
（1）恒载
20[：25.77kg/m W=61.7cm3
16[:19.74kg/m
L50×5:3.77kg/m
3mm厚花纹铁板：25.38kg/m2
自重：[25.77×(5.2×2)+19.74×(2.7×4)+3.77×(3.9×3)+25.38×(3.9×2.7)]×9.8=7767N=7.77KN
平台面积2.7×5.2=14.04m2
化为均布荷载7.77/14.04=0.553KN/m2
（2）施工荷载
平台荷载1000kg，考虑栏杆以及作业人员荷载500kg，合计施工荷载为1500kg，化为均布荷载1500×9.8×10-3/14.04=1.05 KN/m2
（3）计算荷载
q=1.2×0.553+1.4×1.05=2.13KN/m2
化为线荷载q′=q×2.7=2.13×2.7=5.75KN/m
考虑到荷载的不均衡性，取不均匀系数1.3
则每侧qo=q′/2×1.3=3.74KN/m
2、受力计算

根据JGJ80-90规范要求，钢平台构造宜两边设置前后两道钢丝绳。两道钢丝绳每一道作单道受力计算，取受力最大值来确定构件型号。
（1）钢丝绳2失效

以B点为中心力矩平衡
（qo×5.2）×2.6=F1×4.7sinα1
=> F1=3.74×5.2×2.6/4.7sin33.6°=19.41KN
M=1/8×3.74×4.72=10.33KN.m
（2）钢丝绳1失效

以B点为中心力矩平衡
（qo×5.2）×2.6=F2×2.7sinα2
=> F2=3.74×5.2×2.6/2.7sin49.22°=24.74KN
M=1/2×3.74×2.5 2=11.69KN.m
综上两种情况取各力最大值
Fmax=24.74KN
Mmax=11.69KN.m
3、构件型号选择
查简明结构设计手册，确定各型材规格
（1）钢丝绳，选用φ16钢丝绳，破断力133KN， 133/24.74=5.4>[K]=5 安全
（2）吊环，选用φ25
49.1/24.74=1.98 安全
（3）主梁槽钢：20[
σ=M/W=11.69×103/61.7=189 N/mm2<f=210N/mm2 满足要求
3、安拆及使用要求
（1）安拆前对作业人员进行安全技术交底。
（2）设立警戒区，专人负责安全警戒和专人指挥。
（3）安装时用塔吊将钢平台提升到需要位置。
（4）钢平台的搁置在预定的位置上进行固定。
（5）两边吊索扣在上层预留吊环上，用紧固件固定。并用花蓝调整角度，收紧、均匀，使平台保持水平。
（6）平台三面作固定护栏，另一面设安全防护门。
（7）焊缝一律满缝E43焊条，hw=6mm，要求焊接牢固。
（8）平台堆载限制≤1.0吨。
（9）验收合格后挂牌使用。
（10）钢平台吊装，需待横梁支撑点安装固定，接好钢丝绳，调整完毕，经过检查验收，方可松卸起重吊钩。
（11）钢平台在使用时，由专人进行检查，发现钢丝绳有锈蚀损坏应及时调换，焊缝脱焊应及时修复。
（12）平台上人员和物料的总重量，严禁超过设计的容许荷载、配备专人加以监督，发现问题应立即停止使用，并报有关人员进行妥善加固补强。
（13）拆卸时用搭吊把平台吊好固定，松开紧固件，解开所有支座点，再用塔吊慢慢起升，待平台吊稳后再重新就位。
七、脚手架安装、拆卸规定
（一）一般规定
1、脚手架钢管必须采用现行国家标准《直缝电焊钢管》（GB/T13793）或《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T3092）中规定的3号普通钢，质量必须符合现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T700）中Q235-A级钢的规定。扣件必须采用可锻铸铁制作，其材质必须符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》（GB15831）规定。
2、钢管、扣件必须有产品合格证和法定检测单位的检测检验报告，生产厂家必须具有技术质量监督部门颁发的生产许可证。没有质量证明材料或质量证明材料不齐全的钢管、扣件不得进入施工现场。
3、施工现场的钢管、扣件每次使用前，项目应按宁波市建安监[2003]29号文件《宁波市区施工现场开展建筑施工用钢管、扣件专项整治工作的实施方案》对钢管、扣件质量进行抽样检测，合格后方可使用。
4、脚手架作业人员必须是经过考核合格的专业架子工。上岗人员应定期体检，合格者方可持证上岗。
5、项目技术负责人应按公司有关规定向脚手架搭设班组和使用人员进行书面安全技术交底。
6、架子工作业时，必须戴好安全帽，系安全带，穿好防滑鞋，服从指挥，集中思想，相互配合。
7、脚手架作业下方不准站人，架子工不准在脚手架上打闹、嬉笑。
8、施工人员应走安全爬梯，不得攀登架子上下。
9、凡遇六级以上大风或下雨时，不得进行作业，应待脚手架上雨水吹干后继续作业。
10、在靠近电源处搭拆脚手架时，必须将电源先切断或变更位置，不允许将电源线拉在脚手架上，以防漏电伤人。
11、脚手架在搭设和使用过程中，必须满足设计规定的构配件设置数量，不能随意增加。
12、脚手架使用前，必须经相关人员验收合格后方可使用。
（二）搭设规定
1、扣件式钢管脚手架搭设的构造要求详见《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）。
2、地基处理应牢固可靠，垫木应铺设平稳不能有悬空，底座、垫板均应准确地放在定位线上，垫板长度不应小于2跨，并通长设置。
3、搭设顺序：摆放扫地杆→逐根树立杆并与扫地杆扣紧→装扫地小横杆并与立杆和扫地杆扣紧→装第一步纵向水平杆并与立杆扣紧→安第一步横向水平杆→安第二步纵向水平杆→安第二步横向水平杆→加设临时斜撑杆，上端与第二步纵向水平杆扣紧（在装设连墙件后拆除）→安第三、四步纵横向水平杆→安连墙件→接立杆→加设剪刀撑→铺脚手板→绑扎防护栏杆及挡脚板并挂立网防护。
4、螺栓拧紧力矩不应小于40N.m，且不应大于65N.m。
5、剪刀撑、横向斜撑的搭设应随立杆、纵向水平杆、横向水平杆同步搭设，各底层斜杆下端均必须支承在垫块或垫板上。
6、在主节点处固定横向水平杆、纵向水平杆、剪刀撑，横向斜撑等用的直角扣件、旋转扣件的中心点的相互距离不应大于150mm。
7、对接扣件开口应朝上或朝内。
8、各杆件端头伸出扣件盖板边缘的长度不应小于100mm。
9、脚手架必须配合施工进度搭设，一次搭设高度不应超过相邻连墙件以上二步。
（三）拆除规定
1、脚手架拆除前应清除脚手架上杂物及地面障碍物，全面检查脚手架的扣件连接、连墙件、支撑体系等是否符合构造要求，并应根据检查结果补充完善施工技术方案中的拆除顺序和措施，经批准后方可实施。
2、项目技术负责人在脚手架拆除前，应对施工班组及项目相关人员进行拆除安全技术交底。
3、架子拆除时应划分作业区，周围设围栏或竖立警戒标志，地面设有专人指挥，严禁非作业人员入内。
4、拆除顺序应遵循由上而下，先搭后拆，后搭先拆的原则。
5、拆除作业必须由上而下逐层进行，严禁上下同时作业。
6、连墙件必须随脚手架逐层拆除，严禁先将连墙件整层或数层拆除后再拆脚手架，分段拆除高差不应大于2步，如高差大于2步，应增设连墙件加固。
7、钢管脚手架拆除作业时，应将钢管、扣件在同一操作层集中收集统一搬运。严禁将钢管、扣件由高处抛掷至地面。
8、当脚手架拆至下部最后一根长立杆的高度时，应先在适当位置搭设临时抛撑加固后，再拆除连墙件。
9、当脚手架采取分段、分立面拆除时，对不拆除的脚手架两端，应按规范要求设置连墙件和横向斜撑加固。
10、在拆架过程中不得中途换人。如必须换人，应将拆除情况交代清楚后方可离开。
11、拆架时，不应碰坏门窗、玻璃等外墙面装饰，做好成品保护工作。