1 工程概況

位于深圳市中心區某建筑物,高度為40層、148m,總建筑面積近11萬m2,從13層向上,結構立面四周各縮進14m一直到頂層。從13層～20層范圍外挑鋼結構10m,外裝全部采用玻璃幕墻。

2 搭設方案規劃

由于大廈四周全部為交通干線,為確保安全,采用全封閉鋼管腳手架。考慮整體施工安排,因地下室回填、防水等不能在短時 間 完 成 ,確 定 1～ 12層 (高 度 50m)懸 挑 ;13～20層(高度28m)搭設相對獨立的腳手架,方便以后鋼結構的施工,腳手架基礎落于12層頂板上;20層以上采用分段懸挑腳手架。腳手架設計以滿足主體及裝修工程施工且確保場地內外的安全為原則。

3 腳手架受力計算

3.1 腳手架傳力順序

施工荷載一竹笆板一大橫桿一小橫桿一立桿一懸挑鋼架一結構或基礎。

3.2 腳手架計算項目

因為腳手架鋼管經過多次周轉,經過隨機抽取100根實測,實際壁厚按照3.2mm計算,荷 重 按 Φ 4.8× 3.5計取。

計算參數:立桿橫距a=1.0m,縱距b=1.67m,水平桿步距L=1.75m,Φ48×3.2mm鋼管幾何特征:其中An=450.4mm2,I=11.34×104mm4,W=4.73×103mm3,i=15.88mm,Φ48× 3.5mm鋼管每米重3.84kg,抗拉、抗壓、抗彎的容許應力[σ]=16.67N/mm2,扣件抗滑移能力[p]=6kN。

3.2.1 荷載計算

查高層建筑施工手冊(表13～5、表13～6、表13～7):施工均布荷載的標準值:裝修腳手架2kN/m2;竹笆腳手板均布荷載標準值 :0.10kN/m2;欄 桿 、竹 笆 (1.00× 2.00m)擋腳板均布荷載標準值:0.12kN/m2;腳手架圍護用密目塑料安全網的荷載標準值:0.005kN/m2[1]。

3.2.2 立桿設計荷載計算[2]

操作層附加荷載計算:考慮動力系數1.2,超載系數2,臨設折減系數0.9,則操作層 附 加 荷 載 為 :W 1= 1 . 2× 2 × 0 . 9 ×(2000+100)=4536N/m2.

非操作層荷載計算:Φ48×3.5鋼管重量38.4N/m,扣件重按10N/個。剪刀撐長度近似按對角支撐長度計算:L=(1.672+1.752)0.5=2.42m;每 跨 腳 手 架 面 積 :S=1.75× 1.0=1.75m2。非操作層每層荷載考慮鋼管實際 長 度 系 數 1.2,則 :

W2=[1.2×(1.35+4×1.67+2×1.75+2×2.42)×38.4+10×6]÷1.75=465.3N/m2(按最不利因素,鋼管荷載按照Φ48×3.5,承載計算取Φ48×3.2)。

計 算 Φ 48× 3.2鋼 管 的 截 面 特 征 :An=4.504×102mm2;i=15.88mm;L0=u;L=0.77×1.75=1.347;入 =L0/i=84.86。歐 拉 臨 應力:σ=兀2E/入2=287.8N/mm2;η=0.3×1/(100i)2=0.119.

考慮鋼管平直度及銹蝕等因素,取附加 系 數 k=2,則 :

KN=An{fy+(η+1)σ/2-[(fy+(η+1)σ )2-fyσ ]0.5}=31.15kN.

3.2.3 安裝高度計算

考慮3層同時操作,竹笆走道板搭設5步,圍護竹笆板隔一步圍護一次計算,每根立桿受荷面積: S=1.75/2=0.875m2則:S×[3w1+n(w2+1.67×1.75×5)]+5×1.67×1.0×100+n×120×1.67=31150故 :n=29步 。

計 算 安 裝 高 度 :H=1.75×29=50.75m,安全系數:K=1+50.75/200=1.25。實際允許安裝高度:H=50.75/1.25=40.5m.

3.2.4 立桿承載力驗算

因為最高搭設段為(148-50-28)=70m>40.5m,超過最高安裝高度,所以考慮1～12層采用從35m高處斜拉腳手架;20層以上按照每35m高分為兩段相對獨立搭設;而12～20層因為腳手架基礎可以直接落于結構板面采用正常搭設。

3.2.5 大橫桿驗算

[M]=W[σ ]=4.73× 103× 166.7× 10-3=788N?m。大橫桿按三跨連續梁驗算,四根大橫桿承受施工荷載,則單元段內每根大橫桿承受均布荷載為:

P=[(4536+1000)× 1.0× 1.2+1.4×(120+5)]/4=1434.6N/m。Mmax=0.1ql2=0.1×1436×1.672=400N/m<[M]=788N/m。

所以,滿足要求。

3.2.6 小橫桿驗算

按簡支梁驗算抗彎強度,將作用在小橫桿上的荷載轉化為作用在2/3跨上的集中荷載力。則跨間最大彎矩:

Mmax=0.222× 4536× 1.2/2× 1.0=604N.m<[M]=788N.m.

支座最大反力

P1=1.2× (0.67× 4536× 2/4× 1.0+4536×1.0/4)=3184.32N<[P]=6000N所于,滿足要求。

3.2.7 懸挑基礎人字鋼架驗算

懸挑人字鋼架承載力按最不利懸挑4O.5m高 ,步 數 40.5/ 1.75=23.1,取 23步計算。

腳手架每跨荷載為:1.0×1.75×(3×4 5 3 6 + 2 3 × 4 6 5 . 3 ) + 5 × 1 . 6 7 × 1 . 0 ×100+23/2×120×1.67+ 23×1.67×1.75×5=46018N≈50kN按內外桿分配系數0.64及0.36計算得:P內=32kN，P外=18kN.

經初步計算確定懸挑人宇鋼架橫擔梁采用[10,斜撐采用Φ95×3.8焊接鋼管。[10強度驗算:根據[10截面特征,查表第一 組 3號 鋼 ;抗 拉 、抗 彎 、抗 壓 強 度 值 :f=215N/mm2,抗剪:fv=125N/mm2。挑架采 用 E43焊 條 焊 接,角 焊 縫 強 度 設 計 值:f=160N/mm2。懸挑鋼架計算模式為三點鉸接,根據計算得:[10跨中最大彎矩Mmax=8.498kN?m。承 受 水 平 拉 力 :F=22.08kN。槽鋼抗彎計算:σ=My/RyWy=8.498×103/1.05 × 39.7 × 1 0 -3=203.9N/mm 2<[f]=215N/mm2.

槽 鋼 與 預 埋 鐵 件 M2焊 接 ,焊 縫 高hf=5mm,求 所 需 焊 縫 長 Lw,N/heLw≥ fw即 :22.08× 103/2× 0.7× 0.5× Lw≤160×102。得Lw≥1.97cm,構造要求最小角焊縫長40mm。

Φ95×3.8f4撐的穩定驗算:其截面特征 :A=1088.7mm2,i=34.96mm按兩端鉸接計算:l0=μ,l=1.0×4.17查表《3號鋼b類截面軸心受壓構件的穩 定 系 數 表 》[3]得 :ψ =0.442,則 :N/ψ A=43.83× 103/0.442× 1088.7=91.9N/mm2<215N N/mm2。

3.2.8 斜拉卸荷計算

采用鋼絲繩在內、外立桿與小橫桿交接處同時吊掛,卸荷高度按30m計算,每根鋼絲繩承受垂直荷載為P垂,腳手架步數為 :n=30/1.75=17步.2Pm=1.0× 1.75× (3× 453.6+17×465.3)+5×1.67×1.0×100+17/2×120×1.67+17× 1.67× 1.75× 5=40443N,取 每根吊索承受垂直荷載P垂=20kN。根 據 計 算 簡 圖 鋼 絲 繩 承 受 荷 載 P拉=24kN,產 生 水 平 推 力 P平=13.7kN計算選用鋼絲繩規格:由公式:aP/K≥ P拉,式 中 :

a-考慮鋼絲受力不均勻的鋼絲破斷拉力換算系數,查表a=0.85。

K-鋼絲繩使用的安全系數,查表K=3。P拉-鋼絲繩的計算拉力.

P-鋼絲繩的破斷拉力總和(kN).

P≥ KP拉/a=3× 24/0.85=84.7kN.

選 用 鋼 絲 繩 Φ 14(6× 19,繩 芯 1)的P=101.0kN>84.7kN,可滿足安全要求。

4 腳手架搭設方法

4.1 材料

采用Φ48×3.5鋼管,連接扣件使用鑄鐵扣件,走道板及操作層圍擋使用1000×1800竹笆板,腳手架圍護封閉用密目塑料安全網。

4.2 施工方法

關于腳手架的搭設,施工規范等已經有明確清晰的要求,不再贅述。特別對本方案中人字鋼架懸挑腳手架基礎及斜拉卸荷做法說明一下。

人字鋼架懸挑腳手架采用雙排鋼管腳手架,內排立桿距結構外沿400mm。雙排立桿 橫 1000mm,縱 距 1670mm,水 平 桿 步1750mm/1800mm(樓層高為3500mm時取1750mm,樓層高為3600mm 時取1800mm),沿全高全長設置連續剪刀撐,每個樓層設置水平拉結點,間距5010mm。

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