国山二标悬挑脚手架施工方案.docx

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国山二标悬挑脚手架施工方案

国山花园第二标段

悬

挑

外

脚

手

架

施

工

方

案

闽南建筑工程公司国山花园项目部

2011年8月

型钢悬挑外脚手架施工方案

一、工程概况

国山花园第二标段46#、48#楼工程，位于泰山市东岳大街148号，本工程由泰安中齐置业有限公司投资建设，山东省建筑设计研究院设计，山东省地质勘察设计院勘察，山东建院监理有限公司监理，闽南建筑工程公司组织施工；由陈宗桂担任项目经理，刘东海担任技术负责人。

本工程为多层洋房住宅楼，采用框剪结构；地上6层；标准层层高：

3m，建筑高度19.00m，总地上建筑面积7684㎡。

46#、48#楼属连体结构，基础开挖较深，地下建筑主体结构施工完毕后，为了赶工期，在地下挡土墙外墙面防水尚未施工、基础没有回填的情况下，采取将原有落地脚手架局部改为悬挑脚手架，地上建筑继续施工的方案。

具体位置为46#楼西、北立面和48#楼东、南、西立面范围内所有脚手架。

二、悬挑脚手架设计

本工程建筑高度为19m，层高3m，共6层。

在满足使用和安全要求的前提下，考虑美观采用上拉式普通型钢悬挑脚手架，用以承受外脚手架的自重和施工荷载。

在本工程中，采用一段悬挑钢梁，设置在第一层的框架梁上，架体搭设高度为16m；悬挑架设钢丝绳卸荷一次。

悬挑梁采用20a号工字钢，工字钢与建筑物连接方式为：

钢筋焊接锚固。

首先将Ø20U形钢筋预埋在梁板上，梁板浇捣完后，将悬挑梁平铺在建筑物楼面上后，再将Ø20钢筋与悬挑梁焊接锚固，脚手架搭设二层后，采用钢丝绳斜式拉卸荷，钢丝绳型号:

6×19，公称抗拉强度（N/mm2）:

1400，钢丝绳直径（mm）:

Ø14。

局部阳角悬挑方式详见计算书及施工简图。

设计计算依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《钢结构设计规范，》（GB50017-2003）、《建筑施工安全检查评分标准》（JGJ59-99）、《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-91）以及本工程的施工图纸。

（一）普通型钢悬挑脚手架计算书

一、参数信息:

1.脚手架参数

双排脚手架搭设高度为16m，立杆采用单立杆；

搭设尺寸为：

立杆的纵距为1.5m，立杆的横距为1.05m，立杆的步距为1.8m；

内排架距离墙长度为0.25m；

小横杆在上，搭接在大横杆上的小横杆根数为2根；

采用的钢管类型为Φ48×3.5；

横杆与立杆连接方式为单扣件；

连墙件布置取两步两跨，竖向间距3.6m，水平间距3m，采用扣件连接；

连墙件连接方式为双扣件；

2.活荷载参数

施工均布荷载（kN/m2）:

3.000；脚手架用途:

结构脚手架；

同时施工层数:

2层；

3.风荷载参数

本工程地处山东泰安市，基本风压0.39kN/m2；

风荷载高度变化系数μz，计算连墙件强度时取1.206，计算立杆稳定性时取1.056，风荷载体型系数μs为0.955；

4.静荷载参数

每米立杆承受的结构自重荷载标准值（kN/m）:

0.1248；

脚手板自重标准值（kN/m2）:

0.35；栏杆挡脚板自重标准值（kN/m）:

0.14；

安全设施与安全网自重标准值（kN/m2）:

0.005；脚手板铺设层数:

4层；

脚手板类别:

木脚手板；栏杆挡板类别:

竹笆片脚手板挡板；

5.水平悬挑支撑梁

悬挑水平钢梁采用20a号工字钢，其中建筑物外悬挑段长度1.5m，建筑物内锚固段长度2.3m。

锚固压点钢筋直径（mm）:

20.00；

楼板混凝土标号:

C25；

6.拉绳与支杆参数

钢丝绳安全系数为:

6.000；

钢丝绳与墙距离为（m）:

3.300；

悬挑水平钢梁采用钢丝绳与建筑物拉结，最里面面钢丝绳距离建筑物1.2m。

二、小横杆的计算:

小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，小横杆在大横杆的上面。

按照小横杆上面的脚手板和活荷载作为均布荷载计算小横杆的最大弯矩和变形。

1.均布荷载值计算

小横杆的自重标准值:

P1=0.038kN/m；

脚手板的荷载标准值:

P2=0.3×1.5/3=0.15kN/m；

活荷载标准值:

Q=3×1.5/3=1.5kN/m；

荷载的计算值:

q=1.2×0.038+1.2×0.15+1.4×1.5=2.326kN/m；

小横杆计算简图

2.强度计算

最大弯矩考虑为简支梁均布荷载作用下的弯矩，

计算公式如下:

Mqmax=ql2/8

最大弯矩Mqmax=2.326×1.052/8=0.321kN·m；

最大应力计算值σ=Mqmax/W=63.103N/mm2；

小横杆的最大弯曲应力σ=63.103N/mm2小于小横杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

3.挠度计算:

最大挠度考虑为简支梁均布荷载作用下的挠度

荷载标准值q=0.038+0.15+1.5=1.688kN/m；

νqmax=5ql4/384EI

最大挠度ν=5.0×1.688×10504/（384×2.06×105×121900）=1.064mm；

小横杆的最大挠度1.064mm小于小横杆的最大容许挠度1050/150=7与10mm，满足要求！

三、大横杆的计算:

大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算，小横杆在大横杆的上面。

1.荷载值计算

小横杆的自重标准值:

P1=0.038×1.05=0.04kN；

脚手板的荷载标准值:

P2=0.3×1.05×1.5/3=0.158kN；

活荷载标准值:

Q=3×1.05×1.5/3=1.575kN；

荷载的设计值:

P=（1.2×0.04+1.2×0.158+1.4×1.575）/2=1.221kN；

大横杆计算简图

2.强度验算

最大弯矩考虑为大横杆自重均布荷载与小横杆传递荷载的设计值最不利分配的弯矩和。

Mmax=0.08ql2

均布荷载最大弯矩计算:

M1max=0.08×0.038×1.5×1.5=0.007kN·m；

集中荷载最大弯矩计算公式如下:

Mpmax=0.267Pl

集中荷载最大弯矩计算:

M2max=0.267×1.221×1.5=0.489kN·m；

M=M1max+M2max=0.007+0.489=0.496kN·m

最大应力计算值σ=0.496×106/5080=97.638N/mm2；

大横杆的最大应力计算值σ=97.638N/mm2小于大横杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

3.挠度验算

最大挠度考虑为大横杆自重均布荷载与小横杆传递荷载的设计值最不利分配的挠度和,单位:

mm；

均布荷载最大挠度计算公式如下:

νmax=0.677ql4/100EI

大横杆自重均布荷载引起的最大挠度：

νmax=0.677×0.038×15004/（100×2.06×105×121900）=0.052mm；

集中荷载最大挠度计算公式如下:

νpmax=1.883Pl3/100EI

集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度：

小横杆传递荷载P=（0.04+0.158+1.575）/2=0.886kN

ν=1.883×0.886×15003/（100×2.06×105×121900）=2.243mm；

最大挠度和：

ν=νmax+νpmax=0.052+2.243=2.296mm；

大横杆的最大挠度2.296mm小于大横杆的最大容许挠度1500/150=10与10mm，满足要求！

四、扣件抗滑力的计算:

按规范表5.1.7,直角、旋转单扣件承载力取值为8.00kN，该工程实际的旋转单扣件承载力取值为8.00kN。

纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算（《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》5.2.5）:

R≤Rc

其中Rc--扣件抗滑承载力设计值,取8.00kN；

R--纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；

小横杆的自重标准值:

P1=0.038×1.05×2/2=0.04kN；

大横杆的自重标准值:

P2=0.038×1.5=0.058kN；

脚手板的自重标准值:

P3=0.3×1.05×1.5/2=0.236kN；

活荷载标准值:

Q=3×1.05×1.5/2=2.362kN；

荷载的设计值:

R=1.2×（0.04+0.058+0.236）+1.4×2.362=3.709kN；

R<8.00kN，单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!

五、脚手架立杆荷载的计算:

作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。

静荷载标准值包括以下内容：

（1）每米立杆承受的结构自重标准值，为0.1248kN/m

NG1=[0.1248+（1.05×2/2）×0.038/1.80]×18.00=2.650kN；

（2）脚手板的自重标准值；采用竹笆片脚手板，标准值为0.3kN/m2

NG2=0.3×4×1.5×（1.05+0.2）/2=1.17kN；

（3）栏杆与挡脚手板自重标准值；采用竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15kN/m

NG3=0.15×4×1.5/2=0.45kN；

（4）吊挂的安全设施荷载，包括安全网:

0.005kN/m2

NG4=0.005×1.5×18=0.135kN；

经计算得到，静荷载标准值

NG=NG1+NG2+NG3+NG4=4.405kN；

活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。

经计算得到，活荷载标准值

NQ=3×1.05×1.5×2/2=4.725kN；

考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为

N=1.2NG+0.85×1.4NQ=1.2×4.405+0.85×1.4×4.725=10.908kN；

不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为

N'=1.2NG+1.4NQ=1.2×4.405+1.4×4.725=11.901kN；

六、钢丝绳卸荷计算:

钢丝绳卸荷按照完全卸荷计算方法。

在脚手架全高范围内卸荷1次；吊点选择在立杆、小横杆、大横杆的交点位置；以卸荷吊点分段计算。

卸荷净高度为9m;

经过计算得到

a1=arctg[3.000/（1.050+0.250）]=66.571度

a2=arctg[3.000/0.250]=85.236度

卸荷处立杆轴向力为：

P1=P2=1.5×10.908×9/18=8.181kN；

kx为不均匀系数，取1.5

各吊点位置处内力计算为（kN）：

T1=P1/sina1=8.181/0.918=8.916kN

T2=P2/sina2=8.181/0.997=8.210kN

G1=P1/tana1=8.181/2.308=3.545kN

G2=P2/tana2=8.181/12.000=0.682kN

其中T钢丝绳轴向拉力，G钢丝绳水平分力。

卸荷钢丝绳的最大轴向拉力为[Fg]=T1=8.916kN。

钢丝绳的容许拉力按照下式计算：

[Fg]=aFg/K

其中[Fg]--钢丝绳的容许拉力（kN）；

Fg--钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN），

计算中可以近似计算Fg=0.5d2，d为钢丝绳直径（mm）；

α--钢丝绳之间的荷载不均匀系数，取0.82；

K--钢丝绳使用安全系数。

计算中[Fg]取8.916kN，α=0.82，K=6，得到：

选择卸荷钢丝绳的最小直径为：

d=（2×8.916×6.000/0.820）0.5=11.4mm。

吊环强度计算公式为：

σ=N/A≤[f]

其中[f]--吊环钢筋抗拉强度，《混凝土结构设计规范》规定[f]=50N/mm2；

N--吊环上承受的荷载等于[Fg]；

A--吊环截面积，每个吊环按照两个截面计算,A=0.5πd2；

选择吊环的最小直径要为：

d=（2×[Fg]/[f]/π）0.5=（2×8.916×103/50/3.142）0.5=10.7mm。

钢丝绳最小直径为11.4mm，必须拉紧至8.916kN，吊环直径为12.0mm。

七、立杆的稳定性计算:

风荷载标准值按照以下公式计算

Wk=0.7μz·μs·ω0

其中ω0--基本风压（kN/m2），按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用：

ω0=0.55kN/m2；

μz--风荷载高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用：

μz=1.056；

μs--风荷载体型系数：

取值为0.955；

经计算得到，风荷载标准值为:

Wk=0.7×0.55×1.056×0.955=0.388kN/m2；

风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW为:

Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.85×1.4×0.388×1.5×1.82/10=0.225kN·m；

考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式

σ=N/（φA）+MW/W≤[f]

立杆的轴心压力设计值：

N=10.908×9/18=5.454kN；

不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式

σ=N/（φA）≤[f]

立杆的轴心压力设计值：

N=N'=11.901kN；

计算立杆的截面回转半径：

i=1.58cm；

计算长度附加系数参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）表5.3.3得：

k=1.155；

计算长度系数参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）表5.3.3得：

μ=1.5；

计算长度,由公式l0=kuh确定：

l0=3.118m；

长细比:

L0/i=197；

轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比lo/i的结果查表得到：

φ=0.186

立杆净截面面积：

A=4.89cm2；

立杆净截面模量（抵抗矩）：

W=5.08cm3；

钢管立杆抗压强度设计值：

[f]=205N/mm2；

考虑风荷载时

σ=5454.135/（0.186×489）+224549.064/5080=104.168N/mm2；

立杆稳定性计算σ=104.168N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

不考虑风荷载时

σ=11900.52/（0.186×489）=130.841N/mm2；

立杆稳定性计算σ=130.841N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

八、连墙件的计算:

连墙件的轴向力设计值应按照下式计算：

Nl=Nlw+N0

连墙件风荷载标准值按脚手架顶部高度计算μz＝1.206，μs＝0.955，ω0＝0.55，

Wk=0.7μz·μs·ω0=0.7×1.206×0.955×0.55=0.443kN/m2；

每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积Aw=10.8m2；

按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）5.4.1条连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力（kN）,N0=5.000kN；

风荷载产生的连墙件轴向力设计值（kN），按照下式计算：

Nlw=1.4×Wk×Aw=6.704kN；

连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+N0=11.704kN；

连墙件承载力设计值按下式计算：

Nf=φ·A·[f]

其中φ--轴心受压立杆的稳定系数；

由长细比l/i=250/15.8的结果查表得到φ=0.958，l为内排架距离墙的长度；

A=4.89cm2；[f]=205N/mm2；

连墙件轴向承载力设计值为Nf=0.958×4.89×10-4×205×103=96.035kN；

Nl=11.704

连墙件采用双扣件与墙体连接。

由以上计算得到Nl=11.704小于双扣件的抗滑力12kN，满足要求！

连墙件扣件连接示意图

九、悬挑梁的受力计算:

悬挑脚手架的水平钢梁按照带悬臂的连续梁计算。

悬臂部分受脚手架荷载N的作用，里端B为与楼板的锚固点，A为墙支点。

脚手架排距为1050mm，内排脚手架距离墙体250mm，支拉斜杆的支点距离墙体为1200mm，

水平支撑梁的截面惯性矩I=2370cm4，截面抵抗矩W=237cm3，截面积A=35.5cm2。

受脚手架集中荷载P=（1.2×4.405+1.4×4.725）×9/18=5.95kN；

水平钢梁自重荷载q=1.2×35.5×0.0001×78.5=0.334kN/m；

渐近法计算型钢受力，因为最外层钢丝绳的钢丝绳变形最大，所以受力也最大，将最外层钢丝绳按照变形求出受力。

如果同一型钢上还有其他钢丝绳，则其变形较小，依旧看作是铰支座。

1、将钢丝绳看做支点，通过连续梁求出该点的支座反力。

悬挑脚手架示意图

悬挑脚手架计算简图

经过连续梁的计算得到

悬挑脚手架支撑梁剪力图（kN）

悬挑脚手架支撑梁弯矩图（kN·m）

悬挑脚手架支撑梁变形图（mm）

钢丝绳作为支座产生的支座反力为：

R[1]=7.644kN；

2.当把钢丝绳看作支座时，该支座没有位移，此时钢丝绳受力最大，为R[1]=7.644kN，如果将钢丝绳的支座反力看作一个反向作用在型钢上的集中力Tmax，Tmax＝R[1]，在这个集中力作用下，该点没有位移。

实际情况下，钢丝绳作为柔性构件，将会使型钢产生变形，该点位移为β0,β0=Tmax×（a2+b2）1/2/E×A=1.453>0，与实际不符。

a为钢丝绳竖向距离，b为外侧钢丝绳水平距离。

下面将通过叠代循环求出钢丝绳的实际受力与实际变形。

通过反复循环，直到型钢的变形αi与细分力Ti作用下产生的变形相同βi，则此时的力Ti即为钢丝绳实际作用在型钢上的力。

令反向力T1=Tmax×0.5，求出型钢变形α1＝1.315mm，钢丝绳使型钢变形β1＝T1×（a2+b2）1/2/E×A＝0.727mm，α1>β1，继续循环。

令反向力T8=Tmax×0.645，求出型钢变形α8＝0.935mm，钢丝绳使型钢变形β8＝T8×（a2+b2）1/2/E×A＝0.937mm，α8＝β8。

此时的力与变形平衡，T8＝4.927kN即为钢丝绳实际作用在型钢上的支座反力。

将T8带入连续梁求出型钢实际受力。

如图所示：

悬挑脚手架计算简图

经过连续梁的计算得到

悬挑脚手架支撑梁剪力图（kN）

悬挑脚手架支撑梁弯矩图（kN·m）

悬挑脚手架支撑梁变形图（mm）

各支座对支撑梁的支撑反力由左至右分别为：

R[1]=9.459kN；

R[2]=-1.217kN。

最大弯矩Mmax=3.683kN·m；

最大应力σ=M/1.05W+N/A=3.683×106/（1.05×237000）+2.687×103/3550=15.557N/mm2；

水平支撑梁的最大应力计算值15.557N/mm2小于水平支撑梁的抗压强度设计值215N/mm2,满足要求！

十、悬挑梁的整体稳定性计算:

水平钢梁采用20a号工字钢,计算公式如下

σ=M/φbWx≤[f]

其中φb--均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数：

查表《钢结构设计规范》（GB50017-2003）得，φb=1.3

由于φb大于0.6，根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附表B，得到φb值为0.85。

经过计算得到最大应力σ=3.683×106/（0.85×237000）=18.216N/mm2；

水平钢梁的稳定性计算σ=18.216小于[f]=215N/mm2,满足要求!

十一、拉绳的受力计算:

水平钢梁的轴力RAH和拉钢绳的轴力RUi按照下面计算

RAH=ΣRUicosθi

其中RUicosθi为钢绳的拉力对水平杆产生的轴压力。

各支点的支撑力RCi=RUisinθi

按照以上公式计算得到由左至右各钢绳拉力分别为：

RU1=5.242kN；

十二、拉绳的强度计算:

钢丝拉绳（支杆）的内力计算：

钢丝拉绳（斜拉杆）的轴力RU均取最大值进行计算，为

RU=5.242kN

选择6×19钢丝绳,钢丝绳公称抗拉强度1700MPa，直径14mm。

[Fg]=aFg/K

其中[Fg]--钢丝绳的容许拉力（kN）；

Fg--钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN），查表得Fg＝123KN；

α--钢丝绳之间的荷载不均匀系数，对6×19、6×37、6×61钢丝绳分别取0.85、0.82和0.8。

α＝0.85；

K--钢丝绳使用安全系数。

K＝6。

得到：

[Fg]=17.425KN>Ru＝5.242KN。

经计算，选此型号钢丝绳能够满足要求。

钢丝拉绳（斜拉杆）的拉环强度计算

钢丝拉绳（斜拉杆）的轴力RU的最大值进行计算作为拉环的拉力N，为

N=RU=5.242kN

钢丝拉绳（斜拉杆）的拉环的强度计算公式为

σ=N/A≤[f]

其中[f]为拉环钢筋抗拉强度，按《混凝土结构设计规范》10.9.8每个拉环按2个截面计算的吊环应力不应大于50N/mm2；

所需要的钢丝拉绳（斜拉杆）的拉环最小直径D=（5242×4/（3.142×50×2））1/2=8.2mm；

实际拉环选用直径D=8.2mm的HPB235的钢筋制作即可。

十三、锚固段与楼板连接的计算:

1.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，螺栓粘结力锚固强度计算如下：

螺栓未受拉力，无须计算，节点按构造做法即可。

2.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，混凝土局部承压计算如下：

混凝土局部承压的螺栓拉力要满足公式:

N≤（b2-πd2/4）fcc

其中N--锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向压力，N=5.325kN；

d--楼板螺栓的直径，d=20mm；

b--楼板内的螺栓锚板边长，b=5×d=100mm；

fcc--混凝土的局部挤压强度设计值，计算中取0.95fc=11.9N/mm2；

（b2-πd2/4）fcc=（1002-3.142×202/4）×11.9/1000=115.262kN>N=5.325kN

经过计算得到公式右边等于115.26kN，大于锚固力N=5.33kN，楼板混凝土局部承压计算满足要求!

（二）悬挑脚手架阳角型钢计算书

一、参数信息:

1、荷载参数

脚手架联梁传递支座力F（kN）：

9.80;

2、阳角型钢构造参数