悬挑架方案.docx

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悬挑架方案

高层建筑悬挑式钢管脚手架

设计计算方案示例

1、概述

根据现行脚手架设计规范，当建筑物高度超过50m时，落地搭设的扣件式钢管脚手架就不能满足要求了。

此时，可以用悬挑架分段搭设的办法来解决。

悬挑架的种类一般有：

三角形钢架、斜撑钢管加吊杆、下撑式挑梁钢架、挑梁加吊杆、挑梁等。

各类悬挑架的设计计算分两部分，一部分为架体的设计，第二部分为悬挑架部分的设计。

本文介绍第二部分的设计。

悬挑架的主要构件为钢梁，应按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）进行设计，包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度、整体稳定性、挠度和端部锚固连接强度等验算。

钢梁的设计计算步骤和公式如下：

1.1、抗弯强度

式中Mx,My----绕x轴和y轴的弯矩（对于工字形截面，x轴为强轴，y轴为弱轴，单位为N.mm4）;

Wnx,Wny----对x轴和y轴的截面抵抗矩（mm3）;

∏x,∏y----截面塑性发展系数：

对于工字形截面，∏x=1.05,∏y=1.20；对于箱形截面，∏x=1.05,∏y=1.05；对其他截面可按《钢结构设计规范》GB50017-2003表5.2.1采用；

f----钢材的抗弯强度设计值（N/mm2）

1.2、抗剪强度

式中V----计算截面沿腹板平面作用的剪力（N）;

S----计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩（mm3）；

I----毛截面积惯性矩；

tw----腹板厚度；

fv----钢材抗剪强度设计值（N/mm2）。

1.3、腹板边缘局部强度验算

1.3.1、局部承压强度

式中F----集中荷载（N）；

⌝----集中荷载增大系数，此处⎭=1.0；

lz----集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度（mm），按下式计算：

lz=a+5hy（a----集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，hy----梁顶面至腹板计

算高度上边缘的距离，单位均为mm）。

f----钢材的抗压强度设计值（N/mm2）。

1.3.2、折算应力

在某些情况下，比如在梁的同一部位有较大的弯曲应力⎛剪应力⎜和局部压应力⎛c时，应按最大形状改变能量强度理论计算折算应力⎛eq满足要求。

规范计算公式为：

式中

⎛、⎜、c⎛———为腹板计算高度边缘同一点上同时产生的弯曲正应力、剪应力和局部压应力，按材料力学公式计算。

®1———®1=1.1（⎛、⎛c同号或有一为零时）

®1=1.2（⎛、⎛c异号时）

1.3.3、整体稳定

式中Mx------绕强轴作用的最大弯矩（N.mm）；

Wx------按受压纤维确定的梁毛截面抵抗矩（mm3）；

Ψb------梁的整体稳定性系数。

按《钢结构设计规范》GB50017-2003附录B确定。

1.3.4、挠度

式中v----挠度

[v]----容许挠度，悬挑受弯杆件，[v]=l/400（按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》JGJ130-2001规定选用）。

2、计算示例

2.1、脚手架搭设参数

例如某高层建筑总高H=88m，标准层高3.0m，在离地面高度为19.6m处开始，分段搭设悬挑脚手架，分段高度为18m，立杆横距lb=1.05m，内立杆离墙距离0.25m，立杆纵距la=1.5m，步距h=1.8m，每段脚手架10步，连墙件按二步三跨设置，同时作业层数为1层，

活荷载Qk=3.0KN/㎡，竹笆脚手片，每段满铺4步。

脚手架钢管采用Φ48×3.5mm，悬挑梁采用16号工字钢，悬挑长度为l=1.40m。

2.1.1、φ48×3.5钢管，截面性质如下：

截面面积A=489mm2

截面惯性距I=1.219×105mm4

截面模量W=5.08×103mm3

弹性模量E=2.06×105N/mm2

回转半径i=15.8mm

抗压、抗弯强度设计值f=205N/mm2

2.1.2、16号工字钢，截面性质如下：

截面面积A=2611mm2

腹板厚度tw=6mm

截面惯性距Ix=1.127×107mm4

截面模量Wx=1.409×105mm3

弹性模量E=2.06×105N/mm2

回转半径ix=65.7mmiy=18.9mm

半截面面积矩Sx=8.08×104mm3

梁自重q=0.205KN/m

抗压、抗弯强度设计值f=215N/mm2

抗剪强度设计值fv=125N/mm2

2.1.3、其他设计参数

基本风压值ω0=0.45kN/m2。

采用密目式安全立网，全封闭

2.2、荷载标准值计算

2.2.1、结构自重标准值

g1k=0.1248kN/m（按双排脚手架查JGJ130-2001）

2.2.2、竹脚手片自重标准值：

g2k=0.35kN/m2（查JGJ130-2001得到）

2.2.3、施工均布活荷载：

qk=3kN/m2（查JGJ130-2001得到）

2.2.4、风荷载标准值

式中μz——风压高度变化系数，查《建筑结构荷载规范》，地面粗糙度类别C类，并用插入法得37.6米为1.10

μs——脚手架风荷载体型系数，密目式立网的挡风系数计算，目前规范提供的计算依据不足。

哈尔滨建筑工程学院研究结果表明：

对于网目密度不低于800目/100cm2的密目网，挡风面积与迎风面积比值为An/Aw=0.54（含脚手架钢管挡风面积），挡风系数Ψ=1.2An/Aw=1.2×0.54=0.648。

式中：

An为挡风面积；Aw为迎风面积。

（引自《建筑施工扣件式钢管脚手架构造与计算》）

因此

（JGJ130-2001规范公式）

则

2.3、内力计算

纵向水平杆、横向水平杆、立杆、连墙杆的强度、变形、稳定性验算根据《落地式扣件钢管脚手架设计规范》进行，具体计算见。

现就悬挑梁的验算过程详述如下：

2.3.1、计算简图

简化为悬臂梁结构，如图所示：

2.3.2、内力计算

1）每根立杆轴向力设计值N按规范公式计算：

式中：

NG1k———为脚手架结构自重标准值产生的轴向力

NG2k———为构配件自重标准值产生的轴向力（包括竹脚手片、栏杆与挡脚板、安

全网），分别计算如下：

竹脚手片自重标准值：

0.35×1.5×1.3×4/2=1.365kN（全高满铺4层）

栏杆与木挡脚板自重标准值：

0.14×1.5×10/2=1.05KN（共10层）

安全网自重标准值：

0.01×1.5×18/2=0.135KN（取立网自重0.01KN/m2）

所以

NG2K=1.365+1.05+0.135=2.550KN

∑NQk———为施工荷载标准值产生的轴向力总和，作业层数n1=1

∑NQk=1×3.0×1.05×1.5/2=2.363KN

从而可得每根立杆轴向力设计值N

N=1.2（NG1k+NG2k）+1.4∑NQk=1.2（2.246+2.55）+1.4×2.363=9.063KN

2）钢梁自重

q=1.2×0.205=0.246KN/m

3）内力计算

Qmax=9.063×2+0.246×1.4=18.47KN

Mmax=9.063×1.4+9.063×0.35+0.246×1.42/2=16.101KN.m

2.4、钢梁截面验算

1）抗弯强度

σ=161.01/1.05×1.409=108.8≤f=215N/m2

满足要求。

2）抗剪强度

τ=18.47×8.08/1.127×6≤fv=125N/m2

3）腹板边缘强度验算

i、局部承压强度

在集中荷载或支座处，腹板边缘的局部压应力可能会超过钢材抗压强度，因此应进行验算。

对悬臂梁验算支座处局部承压强度。

设支座长度a=30mm（有算例取30mm），hy=9.9+8.0=17.9mm（查工字钢截面特性表可

得），则lz=a+5hy=30+5×17.9=119.5mm，查规范得Ψ=1，则：

σc=1×18470/6×119.5=25.76≤f=215N/M2

ii、折算应力得

σ=1.6101/1.127×（80-17.9）=88.7N/mm2

τ=18.47×6.63/（1.127×6）=18.11N/mm2

σc=1×18470/6×119.5=25.76N/mm2

σeq=85.03N/mm2≤β1f=1.1×215=236.5N/mm2

满足要求。

注意：

从上面的计算结果来看，对悬臂梁情况，折算应力比局部压应力要大得多。

因此，腹板边缘局部强度验算，应验算折算应力满足要求，而不是局部承压强度的验算。

4）整体稳定性

i、先计算整体稳定系数Ψb

按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附录B.4进行计算。

梁的自重荷载很小，跨内有两个集中荷载作用，但自由端的集中荷载对量的整体稳定性起主要作用。

由于

式中⎩———为两整体稳定计算参数

l1———为梁的受压翼缘自有长度

b1———为梁的受压翼缘宽度

t1———为梁的受压翼缘厚度

h———梁高

代入数据，得

⎩=1.40×0.0099/（0.088×0.160）=0.984

因此，查《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附录B.4，得

Ψb=0.21+0.67⎩=0.21+0.67×0.984=0.870

式中的各个符号的含义见规范，其数值计算如下：

⎣y=l1/iy=1400/18.9=74.074

A=2611mm2

h=160mm

t1=9.9mm

çb=0fy=235N/mm2

代入上式，得

⌝b=2.93

⎺⌝b=1.07-（0.282/⌝b）=0.947

ii、则整体稳定验算

=16101/（0.974×140.9）=117.3≤f=215N/m2

2.4.2、挠度

悬臂梁的挠度可以从有关静力计算手册中查到。

集中力作用下挠度：

均布荷载作用下挠度：

所以

V=9063×3502/（2.06×1.127×1012）×（31400-350）+9063×3502/（2.06×1.127×1012）×（31400-1400）+0.246×14004/（8×2.06×1.127×1012）=3.231mm=≤[v]=1400/400=3.5mm。

满足要求。

2.5、钢梁埋入设计

钢梁一端悬挑，另一端为了取得梁的平衡，要进行平衡措施设计。

一般实用上采用两

种方法解决，一是埋入钢筋混凝土墙或柱（如图所示），二是采用悬挑梁后端部分穿入预

埋楼板的钢筋环内（如图所示）。

采用埋入法，一般埋入长度为500mm，沿挑梁垂直方向穿2根25圆钢作锚筋，锚筋的作用是承担水平方向的作用力（如风荷载）。

许多悬挑外架的作法是：

型钢用16号槽钢，每4层一挑，挑梁头部用钢丝索向上斜拉，这时钢丝索的拉力在水平方向的分力，就需要圆钢锚筋来承担，锚筋抗剪，根数要计算确定。

抗剪能力的计算只能是近似的，实践和计算表明，2根25圆钢锚筋在钢丝索斜拉情况下安全度也是足够的。

采用悬挑梁后端穿入预埋楼板的钢筋环内的作法，要验算钢筋环的强度。

计算简图如下图

所示，根据梁的平衡可以求出梁传给钢筋环垂直作用力R。

为简便起见，忽略R`，对O取矩，则

R=[9.036×（1.05+0.35）+0.246×1.5×1.5/2]/1.3=9.944KN

钢筋环的水平锚固段埋于楼板的下皮钢筋之下，以便可靠锚固。

假定锚固不会失效，钢筋环的破坏形式要么被拉断要么被剪断，钢筋的抗强度大于抗剪强度，因此，只要验算抗剪强度。

剪切面的剪应力为τ=9944/（3.14×7×7）=64.6N/mm2f=125N/mm2

抗剪强度满足要求。

实际施工时，每根钢梁预埋3个钢筋环，末端2个，间距一般为250mm左右，以能够在钢梁与钢筋环之间楔入木楔子为准。