4#悬挑脚手架方案.docx

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4#悬挑脚手架方案

吴江212地块一期二标段

4#房脚手架施工方案

江苏南通三建集团有限公司

2011年8月28日

一、工程概况

吴江212地块一期住宅二标段工程4#房位于吴江汽车站以南（长板路南、227省道复线西侧），由苏州新港建设集团有限公司开发建设，中铁工程设计院有限公司设计，苏州卓越建设项目管理有限公司监理，江苏南通三建集团有限公司施工。

本工程建筑面积为10447.73m2，剪力墙结构，地下1层地上27层，层高2.9米，檐口标高78.30m，建筑总高83.60m，合同工期773日历天。

二、脚手架选型及布置

本工程脚手架按以下方案考虑：

地下室及一～四层的外脚手架按双排落地扣件式钢管脚手架考虑，脚手架立杆底部落在基础筏板面上，立杆横距按照1.05m，立杆纵距结合建筑结构平面适当均布，按照1.4m～1.7m不等进行布置，立杆步距1.8m。

从五层楼面开始，每6层（即17.4m）悬挑一次（共悬挑四次），采用16#工字钢梁式扣件式钢管脚手架，脚手架立杆底部落在悬挑16#工字钢梁上，立杆横距按照1.05m，结合建筑结构平面适当均布悬挑工字钢梁从而确定立杆纵距，按照1.10m～1.70m不等进行布置，立杆步距1.8m。

脚手架搭设要求应严格按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130－2001）和《江苏省建筑安装工程施工技术操作规程》——脚手架工程（DGJ32/J37-2006）及本方案执行。

五层以下脚手架平面示意图

五层以上悬挑脚手架平面示意图

悬挑脚手架剖面示意图

悬挑“工”字钢梁式+钢管扣件体系脚手架节点详图示意

（一）

悬挑“工”字钢梁式+钢管扣件体系脚手架节点详图示意

（二）

悬挑“工”字钢梁式+钢管扣件体系脚手架节点详图示意（三）

三、脚手架设计计算

3.1脚手架参数信息

3.1.1脚手架参数

双排悬挑脚手架搭设高度为17.4米，立杆采用单立杆；

搭设尺寸为：

立杆的纵距为1.05～1.70米，立杆的横距为1.05米，横杆的步距为1.80米；

内排架距离柱外边长度为0.35米（考虑部分外装饰为干挂石材），距离墙边的最大距离0.65米；

大横杆在上，搭接在小横杆上的中间大横杆根数为2根；

采用的钢管类型为Φ48×2.75，截面积A=384mm2，截面惯性矩I=98914mm4，截面抵抗矩W=4121mm3；

横杆与立杆连接方式为单扣件；取扣件抗滑承载力系数0.80；

连墙件布置取每层三跨，故竖向间距设置为2.9米，水平间距4.8～5.1米，采用扣件连接；连墙件连接方式为双扣件连接；

3.1.2活荷载参数

脚手架用途：

主体结构施工时仅作安全围护，不作堆放周材使用；装修阶段时施工脚手架；根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130－2001）第4.2.2条规定，装修施工均布荷载标准值取2.000（kN/m2）；装修阶段同时施工层数按2层考虑；

3.1.3风荷载参数

本工程地处江苏省吴江市区，根据《荷载规范》取基本风压为0.450kN/m2，风荷载高度变化系数μz按80米取为1.54，风荷载体型系数μs为0.645；

3.1.4静荷载参数

每米立杆承受的结构自重荷载标准值（按立杆纵距1.8米）:

0.1337（kN/m2）；

脚手板类别按竹笆片脚手板考虑，自重标准值取0.150（kN/m2）；栏杆挡脚板类别按栏杆、木脚手板挡板考虑，自重标准值取0.140（kN/m2）；脚手板按各层满计算；

安全设施与安全网自重标准值取0.005（kN/m2）；

3.1.5水平悬挑支撑梁

悬挑水平钢梁采用16号工字钢，建筑物外悬挑段长度1.85米（局部转角部位最大悬挑长度3.50米），第一个支点按照建筑物外边梁或墙考虑。

建筑物内锚固段长度按2.00米考虑。

与楼板连接的锚固环直径:

16mm；

楼层梁板混凝土强度为C30，强度验算按C30考虑；

3.1.6斜撑杆参数

悬挑脚手架平面示意图编号为B工字钢梁相应位置，考虑设置斜撑杆，斜撑杆采用12#槽钢，上支撑点设在钢梁与最外侧立杆相交部位，下支撑点设置在下一层框架柱角上，最小支撑角度约为63度。

3.2大横杆的计算:

按照《扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）第5.2.4条规定，大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。

将大横杆上面的脚手板自重和施工活荷载作为均布荷载计算大横杆的最大弯矩和变形。

1.均布荷载值计算

大横杆的自重标准值:

P1=0.038kN/m；

脚手板的自重标准值:

P2=0.150×1.050/（2+1）=0.0525kN/m；

活荷载标准值:

Q=2.000×1.050/（2+1）=0.700kN/m；

静荷载的设计值:

q1=1.2×0.038+1.2×0.0525=0.1086kN/m；

活荷载的设计值:

q2=1.4×0.700=0.980kN/m；

图1大横杆设计荷载组合简图（跨中最大弯矩和跨中最大挠度）

图2大横杆设计荷载组合简图（支座最大弯矩）

2.强度验算

跨中和支座最大弯距分别按图1、图2组合。

跨中最大弯距计算公式如下:

跨中最大弯距为M1max=0.08×0.1086×1.702+0.10×0.980×1.702=0.31kN·m；

支座最大弯距计算公式如下:

支座最大弯距为M2max=－0.10×0.1086×1.702－0.117×0.980×1.702=－0.363KN·m；

选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算：

σ=M/W=0.363×106/4121=88.09N/mm2；

大横杆的最大弯曲应力为σ=88.09N/mm2小于Q235钢管的抗弯强度设计值[f]=205.0N/mm2，满足要求！

3.挠度验算:

最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度。

计算公式如下：

其中：

静荷载标准值:

q1=P1+P2=0.038+0.0525=0.0905kN/m；

活荷载标准值:

q2=Q=0.700kN/m；

最大挠度计算值为：

V=0.677×0.0905×1700.04/（100×2.06×105×98914.0）+0.990×0.700×1700.04/（100×2.06×105×98914.0）=3.092mm；

大横杆的最大挠度3.092mm小于纵向、横向水平杆的最大容许挠度1700.0/150=11.333mm与10mm，满足要求！

3.3小横杆计算

根据JGJ130-2001第5.2.4条规定，小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。

用大横杆支座的最大反力计算值作为小横杆集中荷载，在最不利荷载布置下计算小横杆的最大弯矩和变形。

1.荷载值计算

大横杆的自重标准值：

P1=0.038×1.700=0.065kN；

脚手板的自重标准值：

P2=0.150×1.050×1.70/（2+1）=0.089kN；

活荷载标准值：

Q=2.000×1.050×1.700/（2+1）=1.19kN；

集中荷载的设计值:

P=1.2×（0.065+0.089）+1.4×1.19=1.851kN；

小横杆的自重设计值q=1.2×0.038=0.046kN/m；

小横杆计算简图

2.强度验算

最大弯矩考虑为小横杆自重均布荷载与大横杆传递荷载的标准值最不利分配的弯矩和均布荷载最大弯矩计算公式如下:

Mqmax=0.046×1.0502/8=0.0063kN.m；

集中荷载最大弯矩计算公式如下:

Mpmax=1.851×1.050/3=0.648kN.m；

最大弯矩M=Mqmax+Mpmax=0.6543kN.m；

最大应力计算值σ=M/W=0.6543×106/4121.000=158.77N/mm2；

小横杆的最大应力计算值σ=158.77N/mm2小于Q235钢管的抗弯强度设计值205.000N/mm2，满足要求！

3.挠度验算

最大挠度考虑为小横杆自重均布荷载与大横杆传递荷载的设计值最不利分配的挠度和小横杆自重均布荷载引起的最大挠度计算公式如下:

Vqmax=5×0.038×1050.04/（384×2.060×105×98914.000）=0.030mm；

大横杆传递荷载P=p1+p2+Q=0.065+0.089+1.19=1.344kN；

集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度计算公式如下:

Vpmax=1344×1050.0×（3×1050.02－4×1050.02/9）/（72×2.060×105

×98914.0）=2.710mm；

最大挠度和V=Vqmax+Vpmax=0.030+2.710=2.740mm；

小横杆的最大挠度和2.740mm小于小横杆的最大容许挠度1050.000/150=7.000mm与10mm，满足要求！

3.4扣件抗滑力的计算:

按规范表5.1.7，直角、旋转单扣件承载力设计值取值为8.00kN，按照扣件抗滑承载力系数0.80，该工程实际的旋转单扣件承载力取值为6.40kN。

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（规范5.2.5）:

R≤Rc

其中Rc--扣件抗滑承载力设计值,取6.40kN；

R--纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；

大横杆的自重标准值:

P1=0.038×1.700×4/2=0.1292kN；

小横杆的自重标准值:

P2=0.038×1.050=0.040kN；

脚手板的自重标准值:

P3=0.150×1.050×1.700/2=0.134kN；

活荷载标准值:

Q=2.000×1.050×1.700/2=1.785kN；

荷载的设计值:

R=1.2×（0.1292+0.040+0.134）+1.4×1.785=2.863kN；

R<6.40kN，单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!

3.5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（kN），根据规范附表A-1步距1.8M，纵距1.8M，为0.1337kN/m；

NG1=0.1337×17.4=2.326kN；

（2）脚手板的自重标准值（kN/m2）；采用竹笆片脚手板，标准值为0.15（kN/m2）

NG2=0.150×10×1.700×（1.05+0.25）/2=1.658kN；

（3）栏杆与挡脚手板自重标准值（kN/m）；采用栏杆、木脚手板挡板，标准值为0.14（kN/m2）

NG3=0.140×10×1.700/2=1.19kN；

（4）吊挂的安全设施荷载，包括安全网（kN/m2）：

0.005（kN/m2）

NG4=0.005×1.700×17.40=0.148kN；

经计算得到，静荷载标准值

NG=NG1+NG2+NG3+NG4=5.322kN；

活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，内、外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=2.000×1.050×1.70×2/2=3.57kN；

风荷载标准值按照以下公式计算

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

Wo=0.450kN/m2；

Uz--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：

Uz=1.54；

Us--风荷载体型系数：

取值为0.645；

经计算得到，风荷载标准值

Wk=0.7×0.450×1.54×0.645=0.313kN/m2；

不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式

N=1.2NG+1.4NQ=1.2×5.322+1.4×3.57=11.384kN；

考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为

N=1.2NG+0.85×1.4NQ=1.2×5.322+0.85×1.4×3.57=10.635kN；

风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW为

Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.850×1.4×0.313×1.700×1.8002/10

=0.205kN·m；

3.6立杆的稳定性计算:

不考虑合风荷载时，立杆的稳定性计算公式为：

立杆的轴向压力设计值：

N=11.384kN；

计算立杆的截面回转半径：

i=1.605cm；

计算长度附加系数参照《扣件式规范》表5.3.3得：

k=1.155；

计算长度系数参照《扣件式规范》表5.3.3得：

μ=1.50；

计算长度,由公式Lo=kμh确定：

L0=3.119m；

长细比Lo/i=194；

轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比Lo/i的计算结果查附表C得到：

φ=0.191；

立杆净截面面积：

A=3.84cm2；

立杆净截面模量（抵抗矩）：

W=4.121cm3；

钢管立杆抗压强度设计值：

[f]=205.000N/mm2；

σ=11384.000/（0.191×384.000）=155.21N/mm2；

立杆稳定性计算σ=155.21N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205.000N/mm2，满足要求！

考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式

立杆的轴心压力设计值：

N=10.635kN；

计算立杆的截面回转半径：

i=1.605cm；

计算长度附加系数参照《扣件式规范》表5.3.3得：

k=1.155；

计算长度系数参照《扣件式规范》表5.3.3得：

μ=1.50；

计算长度,由公式L0=kuh确定：

L0=3.119m；

长细比:

L0/i=194.000；

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=0.194

立杆净截面面积：

A=3.84cm2；

立杆净截面模量（抵抗矩）：

W=4.121cm3；

钢管立杆抗压强度设计值：

[f]=205.000N/mm2；

σ=10635/（0.194×384.000）+20500/4121.000=147.73N/mm2；

立杆稳定性计算σ=47.73N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205.000N/mm2，满足要求！

3.7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

风荷载标准值Wk=0.313kN/m2；

每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积Aw=14.79m2；

按《规范》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=6.48kN；

连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+N0=11.48kN；

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=650.000/16.05=40.5的结果查表得到φ=0.884，L为内排架距离墙的长度；

又：

A=3.84cm2；[f]=205.00N/mm2；

连墙件轴向承载力设计值为Nf=0.884×3.84×102×205.000=69.588kN；

Nl=11.48

连墙件采用双扣件与墙体连接。

由以上计算得到Nl=11.48小于双扣件的抗滑力16.0kN，满足要求！

连墙件扣件连接示意图

3.8悬挑梁的受力计算:

悬挑脚手架的水平钢梁悬臂部分受脚手架荷载N的作用，里端为与楼板的锚固点，结构边梁（或墙柱）为支点。

本方案中，脚手架排距为1050mm，内排脚手架距离墙体最大距离650mm。

悬挑部分长的工字钢梁的斜撑杆的上支撑点距离工字钢外侧为150mm，下支撑点设置在下一层框架柱角上，最小支撑角度约为63度。

水平工字钢支撑梁的截面惯性矩I=1127.00cm4，截面抵抗矩W=140.90cm3，截面积A=26.11cm2，Sx=80.8cm3。

受脚手架集中荷载N=1.2NG+1.4NQ=1.2×5.427+1.4×3.696=11.687kN；

水平钢梁自重荷载q=1.2×26.100×0.0001×78.500=0.246kN/m；

12#槽钢截面参数：

h=126mm,b=53mm,tw=5.5mm,t=9.0mm,An=1569mm2,Ix=3890000mm4,ix=49.8mm,Iy=380000mm4,

iy=15.6mm

选择两种具有代表性的钢梁及12#槽钢斜支撑作为验算对象：

3.8.1一般纯悬挑工字钢梁：

选择外架离墙间距最大（650mm）的工字钢验算。

按照悬臂梁验算16#工字钢梁，钢梁受到的最大弯矩为

M=0.5×ql2+N×L1+N×L2

=0.5×0.246×1.852+11.384×0.65+11.384×1.70

=27.173kN·m

最大剪力为

V=2N+ql

=2×11.384+0.246×1.85

=23.223kN

根据《钢结构设计规范》，最大弯应力

σ=M/1.05W

=27173000/1.05×140900

=183.67N/mm2<工字钢的抗弯强度设计值[f]=215N/mm2，满足要求。

根据《钢结构设计规范》，最大剪应力

τ=VS/Itw

=23223×80800/（11270000×6）

=27.75N/mm2<工字钢的抗剪强度设计值[fv]=215N/mm2，满足要求。

3.8.2转角部位悬挑长度较长，与12#槽钢斜撑杆共同作用的钢梁：

选择外挑长度为3.50米的工字钢验算。

按照一端固支一端铰支验算工字钢梁的受力：

计算钢梁在自重q=0.246kN/m作用下的支座反力R左1和R右1：

R左1=5ql/8=5×0.246×3.50÷8=0.538kN

R右1=3ql/8=3×0.246×3.50÷8=0.323kN

M左1=ql2/8=0.246×3.502÷8=0.377kN·m

M右1=0

该部位立杆纵距最大为1.25m，则对应于3.5节相应的立杆荷载为：

NG1=0.1161×17.4=2.020kN

NG2=0.150×10×1.25×（1.05+0.25）/2=1.218kN；

NG3=0.140×10×1.25/2=0.875kN；

NG4=0.005×1.25×17.40=0.109kN；

NG=NG1+NG2+NG3+NG4=4.222kN；

NQ=2.000×1.050×1.25×2/2=2.625kN；

N=1.2NG+1.4NQ=1.2×4.222+1.4×2.625=8.741kN；

计算钢梁在脚手架立杆N=8.741kN作用下的支座反力R左2和R右2：

R左2=ΣNb（3l2-b2）/2l3=8.741×[3.00×（3×3.352-3.002）＋1.95×（3×3.352-1.952）＋1.05×（3×3.352-1.052）＋0]÷（2×3.353）=19.348kN

R右2=ΣNa2（3l-a）/2l3=8.741×[0.352×（3×3.35－0.35）＋1.402×（3×3.35－1.40）＋2.302×（3×3.35－2.30）＋3.352×（3×3.35－3.35）]÷（2×3.353）=15.616kN

M左2=ΣNab（l＋b）/2l2=8.741×[0.35×3.00×（3.35＋3.00）＋1.4×1.95×（3.35+1.95）＋2.3×1.05×（3.35＋1.05）＋3.35×0×（3.35＋0）]÷（2×3.352）=12.370kN·m

M右2=0

在复合荷载作用下的支座反力

R左=R左1＋R左2=0.538＋19.348=19.886kN

R右垂直=R右1＋R右2=0.323＋15.616=15.939kN

M左=M左1＋M左2=0.377＋12.370=12.747kN·m

R右=R右垂直÷sin63°=17.889kN

斜撑杆12#槽钢的轴向压力为17.889kN。

计算钢梁跨中弯矩：

M=19.886×1.675－8.741×（1.325＋0.275）—0.5×0.246×1.6752-12.747÷2

=12.605kN·m

最大剪力：

V=19.886kN

根据《钢结构设计规范》，最大弯应力

σ=M/1.05W

=12747000/（1.05×140900）

=86.16N/mm2<工字钢的抗弯强度设计值[f]=215N/mm2，满足要求。

根据《钢结构设计规范》，最大剪应力

τ=VS/Itw

=19886×80800/（11270000×6）

=23.76N/mm2<工字钢的抗剪强度设计值[fv]=215N/mm2，满足要求。

3.8.3槽钢的强度验算：

σ=N/An

=17889÷1569=11.402N/mm2<槽钢的抗压强度设计值[f]=215N/mm2，满足要求。

3.9悬挑梁的整体稳定性及挠度计算:

3.9.1一般纯悬挑工字钢梁：

水平钢梁采用16号工字钢,根据《钢结构设计规范》4.2.2，其计算公式如下

其中φb–按《钢结构设计规范》附录B的双轴对称工字型等截面悬臂梁计算，按公式（B.1-1）求得φb=2.406＞0.6，以φb’代替φb：

φb’=1.07-0.282/φb

=1.07-0.282/2.406

=0.953<1.0

σ=27173000/（0.953×140900）=202.36N/mm2

σ=202.36N/mm2＜[f]=215.000N/mm2,水平钢梁的稳定性验算满足要求!

挠度验算：

均布荷载标准值q=26.100×0.0001×78.500=0.205kN/m

集中荷载标准值N=NG+NQ=5.322+3.57=8.892kN

均布荷载标准值下的挠度

Vq=ql4/8EI

=0.205×18504÷（8×2.06×105×11270000）

=0.129mm

集中荷载标准值下的挠度

Vp=ΣNl3/3EI

=8892×6503÷（3×2.06×105×11270000）＋8892×17003÷（3×2.06×105×11270000）

=6.623mm

V=Vq＋Vp

=0.129＋6.623

=6.752mm＜最大容许挠度1700/150=11.3mm，满足要求！

3.9.2转角部位悬挑长度较长钢梁：

水平钢