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钢梁悬挑脚手架设计

摘自《建筑安全》2003年第7期

2004年6月26日

1 工程概述
由我公司施工的某高层大厦，主楼高122m，群楼屋檐高21.60m，基础埋深15.60m，内筒外框结构，建筑面积6万多平方米，其主楼标准层以上（群楼以上），就采用的钢梁悬挑脚手架（见图1）。

图1 脚手架示意图
该钢梁悬挑脚手架钢梁选用I22a工字钢，其上搭设扣件式钢管双排脚手架，步距h=1.70m，两步合一个楼层高（标准层高为3.4m），立杆纵距la=1.50m，排距lb=0.80m，小横杆伸向建筑物侧的外伸长度a=0.20m，距建筑物外边不大于0.1m；连墙件为在建筑物边梁对齐立杆位置埋置φ48×3.5的短钢管，短管楼出砼面不少于0.20m，埋入砼中不少于0.30m，用扣件与脚手架小横杆连接，连接点二步二跨，上、下错位布置，每隔一层（即4步）将连墙件换成水平挑杆，距支点不少于3.0m预埋锚环，锚环为未经冷拉处理的钢筋制作，锚入砼中长度不少于25d；工字钢梁为每2个立杆纵距布置一道，外挑长度L1=1.20m，内伸长度L2=2.10m，在钢梁支点和内端砼中（即边梁和框架梁中）预埋φ16的锚环；在分段脚手架底层即钢梁上满铺一层竹架板，然后每隔三层（小于12m）和作业层及其下层满铺竹架板，分段搭设高度30m，满铺竹架板不少于5层；脚手架外排立杆内侧满挂2000目密目安全网，外侧在转角及中间每隔6个立杆纵距搭设剪刀撑，连续设置。
为了满足上下同时作业的要求，在钢梁底下悬挑双层防护架，悬挑长度不少于4.0m；在钢梁下端悬挂吊篮脚手架用于外墙装修作业。见图2。

图2 钢梁悬挑脚手架剖面图
钢梁悬挑脚手架是悬挑脚手架，按《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）的规定，钢梁悬挑脚手架要进行钢梁、架体设计验算，以满足施工安全要求。
2 钢梁上脚手架荷载计算
2.1 构架自重：以一根钢梁间距3.0m上的脚手架荷载为计算单位
2.1.1 钢管构架自重
由步距h=1.70m，纵距la=1.50m，排距lb=0.80m
得内外立杆轴向力平均值：gk1=0.200KN/步
分段搭设高度30.0m即n=30÷1.7=17.65取n=18步，每两根立杆荷载
NGK1=2ngk1=2×18×0.200=7.2KN
2.1.2 密目网自重：2000目密目网沿外架内侧全封闭
NGK2=2lanh×0.006
=2×1.5×18×1.7×0.006=0.55KN
2.1.3 剪刀撑自重：每6个立杆纵距设一道，连续设置
NGK3=0.0384√32 +3.62 ×4=0.72KN
2.1.4 竹架板自重：在底层、两层作业及其下层，每三层结构层（不超过12m高）设置一层，共铺五层竹架板
NGK4外=0.5lb×2la×0.35×5
=0.5×0.80×2×1.50×0.35×5
=2.10KN
NGK4内=0.5lb×2la×0.35×5
=0.5×0.80×2×1.50×0.35×5+0.2×2×1.50×0.35×2
=2.52KN
2.1.5 施工荷载：按主体施工时，顶层支模防护q1=1.5KN/m2，中间砌墙施工，q2=3.0KN/m2考虑
NQK外=0.5×0.80×2×1.50×（3.0+1.5）=5.4KN
NQK内=0.5×0.80×2×1.50×（3.0+1.5）+0.2×2×1.5×（3.0+1.5）=8.1KN
2.1.6 风荷载：按市区50m高处风力计算：
μz=1.25；μs=1.0×0.37=0.37（安全网挡风系数）
乌市地区ω0=0.60 KN/m2
ωk=0.70μzμsω0=0.70×1.25×0.37×0.60=0.194KN/m2
2.2 脚手架立杆轴向力设计值
2.2.1 内立杆
Nk1=1.2（NGk1+ NGk4内）+1.4 NQK内=23KN
2.2.2 外立杆
Nk2=1.2（NGk1+ NGk2 + NGk3+ NGk4+ NGk4外）+1.4 NQK外=20.244KN
2.3 钢梁自重产生得线荷载：选用I22a工字钢其设计自重设计值
gk2=1.2×33.05×9.8=0.389KN/m
2.4 钢梁下悬挂吊篮荷载
2.4.1 吊篮自重：
750N/m2×3.0×0.8=1800N
2.4.2 手扳葫芦及安全锁重：
（140+30）N/个×2=340N
2.4.3 4根φ12.5钢丝绳重：
5.4N/m×4×50m=1080N
2.4.4 施工荷载：
1500N/m2×3.0×0.80=3600N
一组吊篮计算荷载：
Gk=1.2×（1800+340+1080）+1.4×3600=8904N 取Gk=9.0KN计算
3 钢梁内力计算及截面强度、刚度验算

3.1 钢梁内力计算（见图3）

图3 计算简图
RA=17.50KN；RB=70.97KN
Mmax=MB=2.0RA+1/2 gk22.02=35.656KN·m
Vmax=VB=1.1 gk+Nk1+ Nk2+ Gk=52.60kN
3.2 钢梁截面强度验算
选用I22a工字钢梁，其截面特性
An=42.10cm2；Ix=3406 cm4；Wnx=309.6 cm3；
Sx=177.7 cm3；tω=7.5mm；γx=1.05
在钢梁X轴平面内：
Mx 35.656×106
б= =
γx·Wnx 1.05×309.6×103
=109.68N/mm2＜ƒ=205 N/mm2
V·Sx 52.60×106×177.7
τ= =
Ix·tω 3406×7.5×104
满足要求
3.3 钢梁刚度验算
由工字钢为Q235号知E=2.06×105N/mm2
1
υ= （Nk1×3002×2300×Nk2×11002×3100+Gk×7002×2700）
3EI
=4.4mm＜[υ]=2×1100/400=5.5mm
满足要求
3.4 钢梁锚环验算
在钢梁的根部和内端预埋φ16的锚环，锚环埋入砼中的长度不少于25d。由F=–RA；[υ]=50N/mm2；As=201mm2得
F 16.426×103
б= =
n·As 2×201
=40.8N/mm2＜[υ]=50 N/mm2
锚固长度：C30砼ƒt=1.43 N/mm2；I级钢筋ƒy=210 N/mm2
ƒy 210
la = ｄ=0.16× ×16
ƒt 1.43
=376mm＜25ｄ=400mm
满足要求
4 架体及连墙件、挑杆验算
4.1 架体验算
本架体步距h=1.7m，立杆纵距la =1.50m，立杆排距lb =0.80m，施工荷载3.0+1.5（kN/m2），铺板层数5层，连墙杆二步二跨设一点，分段搭设高度H=30m＜[H]=50m，小于《扣件架规范》构造要求可不进行验算。
4.2 连墙杆验算
在建筑结构砼边梁上预埋短钢管，用扣件与架体上的小横杆连接，预埋短钢管高出砼面20cm，埋入砼中30cm，每层每隔2个立杆间距埋一个，上下错开布置。
由风荷载产生的轴向力
Nω=γω·ωk·Aω=1.4×0.194×3.0×3.4=2.77kN
再考虑脚手架平面外变形引起的轴向力，增加一个附加轴力
NS=5.0kN，则一个根连墙承载的轴力
Nl= Nω+ NS=2.77+5.0=7.77kN＜[Rc]=8kN（一个直角扣件的抗滑力）满足要求
4.3 挑杆验算（见图4）

图4 挑杆计算角图
将连墙杆内端延长3.0m，用锚环固定，外端再加斜撑杆，就变成了挑杆。挑杆每隔一层挑一次，其作用相当于将钢梁上的脚手架自重和施工荷载分散地、部分地卸给建筑物，其卸荷的1/3计，则水平挑杆的抗弯强度
N1=1/3Nk1=7.76kN
N2=1/3Nk2=6.75kN
N1lba2 lb
Mmax = （3－ ）=0.525kN·m
2l2 l
Mmax
б= =103.3 kN/mm2＜ƒ=205 N/mm2
Wn
满足要求
5 建筑结构挑梁验算
由建筑结构施工图知，支承工字钢梁的悬挑构件为外挑2.00m的钢筋砼挑梁、现浇平板和边梁，其截面为
主挑梁：400×600～400mm；配筋：6Ф32/4Ф20，φ10@100；
次挑梁：350×600～400mm；配筋：4Ф25/4Ф18，φ10@100；
现浇平板厚：100mm；配筋：φ8@150，φ8@200；
边梁：250×400mm，配筋：2Ф22/2Ф22，φ8@100；
挑梁间距分别为：主挑梁：10m；次挑梁：3.1m；3.4m；3.5m。
选择不利处验算：即次挑梁处
砼设计强度为C30，按达到70％即C20强度验算
5.1 荷载计算
5.1.1 边梁砼重：0.25×0.40×24×3.50=8.4kN/m
钢筋重：0.25×0.40×1.50×3.50=0.525kN/m
5.1.2 平板砼重：0.10×24×3.5=8.4 kN/m
钢筋重：0.10×1.50×3.50=0.525 kN/m
5.1.3 挑梁砼重：0.35×（0.6+0.4）/2×24=4.2 kN/m
钢筋重：0.35×0.5×1.50=0.2625 kN/m
5.1.4 施工荷载：2.0 kN/m2×3.5=7.0 kN/m
5.1.5 外架作用在悬挑构件上的作用力：Nmax=–RB=–70.97kN
设计计算荷载
gk=1.2×（8.4×2+0.525×2+4.2+0.2625）+1.4×7.0=36.575 kN/m
5.2 外架及挑梁自重共同作用下的弯矩
M =0.5gkl2+ NGl=0.5×36.575×2.0×2.0+70.97×2.0=215.09kN·m
5.3 砼构件挑梁设计弯矩值选次挑梁根部截面验算350×600，配筋为4Φ25/4Φ18，φ10@100；

图5 砼挑梁验算简图
ƒyAS≦ƒcmbx+ƒ`yA`S
ƒyAS–ƒ`yA`S
x= =76mm
ƒcmb
h0=600–35=565mm
Mk=ƒcmbx(h0–x/2)+ ƒ`yA`S(h0–as)
=321.129 kN·m＞215.09 kN·m
满足要求。