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附着式升降脚手架设计

摘要：近十多年来，落地式外脚手架、吊篮和外挂脚手架因其耗时、耗工、耗材和安全保障及经济性等多方面原因逐步在建筑工程施工中淘汰，尤其是高层、超高层建筑施工中，取而代之是悬挑脚手架和附着升降脚手架。不过悬挑脚手架存在反复搭拆缺点，而附着升降脚手架却很好克服了这一缺点。所以，整体提升脚手架、附壁悬空轨道式自升降脚手架、架段间互提升脚手架研制和使用现在在中国正蓬勃发展。

关键词：升降脚手架；防坠；智能控制；安全防护；荷载

一、施工工艺技术
1 “附着式”外架介绍
该外架附着支撑结构、防坠、防倾融为一体，原理简单、结构合理、安全可靠；同时智能控制系统含有超载、欠载自动报警和停机功效，能确保外架同时升降；其结果符合JGJ202-《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》要求，能够从根本上确保施工安全，降低工人劳动强度，而且提升工作效率。
2 附着升降脚手架搭设、运行、拆除工艺步骤
2.1 附着升降脚手架搭设步骤图
脚手架安装工艺步骤图

2.2附着升降脚手架上运行步骤图

2.3 附着升降脚手架下运行步骤图

2.4 附着升降脚手架拆除步骤图

二、附着升降脚手架设计
1荷载计算
架体高度12.7米上）,宽度0.9m，最大跨度6米主框架悬臂高度6m，主跳板4层，立杆间距为1.5m，步距1.8m13×7.5=97.5㎡＜110㎡。
1.1 永久荷载
架体结构自重 G1k=5KN
脚手架体自重 G2k=g2kHn=0.1248×13×10=16.224KN
构配件自重 G3K=0.35×6.75×4=9.45KN
Gk=G1k+G2k+G3k =5+16.244+9.45=30.694KN
1.2 施工荷载
主体施工时3KN/m2和两层作业，装修施工时2KN/m2和三层作业，单层作业面积：7.5×0.9=6.75m2
Qk=3×6.75×2=40.5KN
1.3风荷载
Wk=0.7μzμsW0
基础风压值，取W0=0.550KN/m2
μs=1.3ψ=1.3×0.089=0.1157
μz按B类地域100m高层建筑施工考虑，取μz=2.1
Wk=0.7μzμsW0
=0.7×2.1×0.1157×0.55=0.0935 KN/m2

2底部桁架计算
2.1各杆件内力计算
脚手杆自重G1k=g1kH=0.1248×13=1.622KN
脚手板自重G2k=0.35×1.5×0.45=0.236KN
恒载Gk=G1k+G2k=1.622+0.236=1.858KN
活载Qk=3×1.5×0.45×2=4.05KN
桁架上弦节点作用力F=1.2Gk+1.4Qk
= 1.2×1.858+1.4×4.05=7.9KN
各杆件内力（见附图）
2.2 最不利杆件验算
依据计算结果分析，最不利杆件为：
拉杆N1-3=N9-10=20.625KN
压杆NA-1=NB-10=23.7KN(此杆为竖向主框架竖肢)
N4-6=N6-8=19.885KN
N8-9=15.8KN
除压杆NA-1、NB-10外，其它杆件均采取Φ48×3.5钢管制作

（1）拉杆N1-3,N9-10
λ=l0/i=234/1.58=148<300
σ=N/A=20625/489=42N/mm20,ф=0.626
σ=N/фA=19885/(0.626×489)=65 N/mm20.9×(1.2×30.694+1.4×40.5)=84.18KN
风荷载产生弯矩
qw=0.85×1.4×0.068×6=0.486KN/m
M=qwl2/2=0.486×62/2=8.748KN.m
(2)升降工况时，考虑施工荷载0.5KN/m2，因大风天气不能升降施工，故不考虑风荷载
N’=0.9×(1.2×30.694+1.4×0.5×6.75×2)=41.65KN
Nk’=0.9×(30.694+0.5×6.75×2)=33.7KN
考虑使用工况和升降工况最不利计算
Mmax=8.748KN.m，Nmax=84.18KN

3.2 截面尺寸几何特征
A1=2×8.4=16.8cm2, A2=4.89cm2
A=A1+A2=16.8+4.89=21.69cm2
a1=A2×90/A=4.89×90/21.69=20cm
a2=90-a1=90-20=70cm
I1=2×51=102cm4
I1y=2×[11.9+8.4×(2.5+1.36)2]=274.1cm4
I2=I2y=12.19cm4
i1=2.45cm, i1y=√I1y/A1=√274.1/16.8=4.04cm
i2=i2y=1.58cm
Ix=I1+A1a12+I2+A2a22
=102+16.8×202+12.19+4.89×702=30795cm4
ix=√Ix/A=√30795/21.69=37.68cm
W1x=Ix/(20+3.15)=30795/23.15=1330cm3
W2x=30795/(70+2.4)=425cm3
3.3 整体稳定计算
σ=N/（ΦA）+βmM/[(1-ΦN/NE)W1x]
λx=l0x/ix=2×600/37.68=31.8
斜缀条面积 A1=4.89cm2
λ0x=√λx2+27A/A1=√31.82+27×21.69/4.89=33.6
查表，得 Φ=0.907 取βm=1.0
NE=π2EA/λox2=3.142×2.06×105×21.69×102/33.62=1242.7KN
σ=N/（ΦA）+βmM/[(1-ΦN/NE)W1x]
=84.18×103/(0.907×21.69×102)+1.0×8.748×106/[(1-0.907×84.18×103/1242.7×103)×1330×103]=50N/mm2
查表，得 φ=0.758
σ=N1/ΦA1=75.19×103/(0.758×16.8×102)=59N/mm2N
4.1三角形支座计算
三角形支座斜撑杆为2[6.3]，水平杆为2[8]
（1）斜撑杆N= P，/sinα=67.4/sin450=95.318KN
λ=l0/i=56/2.45=23, Φ=0.938
σ=N/ΦA=95.318/(0.938×1680)=60N/mm20。
（1） 钢梁N= P’/tgα=67.4/tg680=27.23KN
λ=l0/i=90/3. 15=28 ，Φ=0.906
σ=N/ΦA=27230/(0.906×2049.6)=15 N/mm2N=36.35KN
故满足要求
5 关键连接件计算
5.1 穿墙螺栓计算（M30）
Nv=Tsinα=37.016×sin720=35.204KN
Nt=Tcosα=37.016×cos720=11.439KN
Nc=T=37.016KN
Nvb=nvπd2/4fvb=1×3.14×302/4×130=91.845KN>Nv=35.204KN
Ntb=πde2/4ftb=3.14×27.52/4×170=100.921KN>Nt=11.439KN
Ncb=dΣtfcb=30×10×305=91.5KN>Nc=37.016KN
√(Nt/Ntb)2+(Nv/Nvb)2=√(11.439/100.921)2+(35.204/91.845)2=0.40<1
故满足要求。
5.2导向轮计算
附着支座承受最大水平拉力(考虑最不利反风向荷载)
R=(qwl2/2Na1)/3=(0.486×92/2+84.18×0.2)/3=36.519KN
每个支座4个导向轮，每个导向轮轴(Ф25)承受剪力
V=36.519/4=9.13KN
τ=V/A=9130/(3.14×252/4)=19N/mm2 N88.51KN
故满足要求。
6 阳台验算
6.1计算依据
依据该类架体搭设标准及具体施工工程层高要求，选择跨度最大架体单元做为验算对象。但计算跨度Lmax和架体高度H乘积（Lmax×H）应≤110m2。假如本段架体满足强度及刚度要求，整个架体即可满足使用。
6.2计算参数及单元架体材料数量
本计算书使用于标准层层高≤3.6m，Lmax≤7.2m单元架体，本计算书是针对本工程具体要求取最大值做为计算参数。
具体参数
架体高度H：8×1.8 = 14.4m，防护拦杆：1.8m。
立杆间距：1.8m。
小横担管间距：0.9m。
计算跨度Lmax：7.5m。
Lmax×H = 7.5×14.4 = 108m2＜110m2，满足要求。
钢管规格：φ48×3.5，单位重量：3.84kg/m=38.4N/m。
单元架体使用钢管材料
立杆：12.6×10 + 5×1.8 = 135m。
小横杆：1.3×9×8 = 93.6m。
大横杆：7.2×33 = 237.6m。
桁架斜腹杆：2.8×16 = 44.8m。
大剪刀撑：14.9×2 = 29.8m。
扣件：450个, 单位重量：1.5kg/个=15N/个。
6.3 静态荷载（G静）
钢管重：540.8×38.4 = 20766.7N
扣件重：450×15 = 6750N
竹笆重：（0.9×72×8 + 0.5×7.2×3）×7.5×10 = 4698N
承重主架重：3000N/台
安全网重：16×8.1×0.5×10 = 648N
恒载累计：35860N
加静载荷计算系数1.2，计算值为43032N。
6.4施工活荷载
按三个工作层计算，依据要求取N/m2
G活 = ×（0.8×7.2×3）= 34560N
加施工载荷计算系数1.4，计算值为48384N。
6.5升降作业时无施工荷载。
6.6静止时有施工荷载
由承重底座和承重桁架共同受力
G总 = G静 + G活 = 91416 N
6.7因每台机位有4根拉杆及穿墙螺栓受力，所以架体在预埋点自重计算值
G= G总/4=91416÷4=22.85 kN
6.8挑梁计算倾覆点至墙外边缘距离xo计算公式：
当l1≥2.2hb时（弹性挑梁），计算倾覆点至墙外边缘距离为
xo＝0.3hb
而且xo≤0.13l1。
当l1＜2.2hb时（刚性挑梁），计算倾覆点至墙外边缘距离为
xo＝0.13l1
式中，l1——挑梁埋人墙体长度；
xo——计算倾覆点至墙外边缘距离；
　　 　hb——混凝土挑梁截面高度。
·挑梁抗倾覆荷载
取起有利作用永久荷载分项系数0.8，挑梁抗倾覆力矩设计值：
Mr＝0.8Gr(l2－xo)
式中， Gr——挑梁抗倾覆荷载
l2——Gr作用点至墙外边缘距离
抗倾覆验算：
（1）计算倾覆点：
挑梁埋入墙体长度l1＝mm>2.2hb＝2.2×370＝8140mm，
则：倾覆点距墙边距离xo＝0.3hb＝0.3×400＝110 mm
（2）计算倾覆力矩：
倾覆力矩由阳台上荷载F1k、g1k、p1k、挑梁自重产生.和架体在预埋点自重。
Mov＝1.35×[（4＋22.85）×(1.80＋0.11)＋(10＋2.1)×(1.8＋0.11)2/2 ]＋1.0×6×(1.80＋0.1)2/2
＝1.35×75.73＋1.0×10.83
＝113.07 kN·m
（3）计算抗倾覆力矩
Mr＝0.8Gr(l2－xo)
＝0.8×[（12＋2.1)×(2.0―0.110)2/2
＋5.24×2×3×(1―0.110）＋5.24×2×(3―2)
×(1＋2―0.110)＋5.24×22/2×(2/3＋2―0.110)
＋22.8·sin45°×（2.0-0.110）]
＝140.72 kN·m
（4）抗倾覆验算
由(2)、(3)计算结果可知 Mr > Mov ，阳台梁抗倾覆安全
阳台梁抗弯验算
取最大阳台做验算对象，尺寸为 5.1m×1.8m，设计承载力为2.5 kN /m2， 静载系数为 1.4，一个阳台按两个机位计算，升降时由两层阳台同时受力（四条螺栓），使用状态由四层阳台同时受力，所以只需验算升降状态时受弯情况：
1．升降式受弯情况
W1=（35.86×1.2/4）×1.8 =19.36kN·m
2. 设计许可受弯情况
W =（5.4×1.8）×2.5×1.4×1.8/2 = 28.917 kN·m
比较得悉W>W1，阳台梁受力安全。
参考文件
[1] 《建筑施工附着升降脚手架管理暂行要求》　建建〔〕230号
[2] 《建筑结构荷载规范》　（GB5009-）
[3] 《冷弯薄壁型钢结构技术规范》　（GB50018-）
[4] 《钢结构设计规范》　（GB50017-）
[5] 《建筑施工安全检验标准》（JGJ59-99）
[6]《建筑施工附着升降脚手架管理暂行要求》建建〔〕230号
[7] 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-）
[8] 《建筑施工高处作业安全技术规程》（JGJ80-91）
[9] 《建筑安装工人安全技术操作规程》
[10]《建筑现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-）