悬挑钢管外脚手架 施工方法.docx

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悬挑钢管外脚手架施工方法

悬挑钢管外脚手架施工方法

（一） 方案选择 

本工程从第二层开始采用悬挑外架，支架层设在第二层，悬挑外架采用工字钢、钢管、扣件、安全网、钢丝绳等材料进行搭设。

（二） 施工工序：

悬挑层施工预埋→穿插工字钢→焊接底部定位钢筋→搭设架体→加斜拉钢丝绳→铺钢筋网、安全网。

（三） 搭设方式：

搭设方式如下图所示，搭设范围见架空层悬挑外架布置图。

（四）技术细节 

1、在架空层板筋绑扎之前，按架空层悬挑外架布置图埋设悬挑外架用钢筋，其包括板面穿插工字钢用钢筋、外架转角处支撑钢筋。

2、须待悬挑层砼达到设计强度时方可穿插工字钢搭设上部外架。

3、悬挑架立杆间距分别为：

纵向间距见架空层悬挑外架布置图，横向@1050，横杆步距1800。

4、为了保证外架立杆间距均匀，架身美观整齐。

外架起步架子制作成简易桁架，以便调节立杆间距并确保立杆荷载传递到工字钢上。

5、工字钢上每根立杆下双钢管并排，每一立杆均落在并排双钢管上，套在与钢管焊接的钢筋支座上。

具体做法详见下图。

6、每层设连墙杆，连墙杆连接方式详见下图，连墙杆每隔6000左右设立一道。

7、转角处外架由于无法挑工字钢，则采用钢筋支撑，每隔二层卸载的方式搭设，如下左图所示。

需用此种方法处理的外架位置见架空层处架布置图：

大横杆距工字钢面200mm开始搭设。

相邻步架的大横杆应错开布置在立杆的里铡和外侧。

立杆和大横杆必须用十字扣件扣紧，不得隔步设置或遗漏。

10、小横杆贴近立杆设置，搭于大横杆上。

在立杆之间可根据需要加设小横杆，但在任何情况下均不得拆除贴近立杆的小横杆。

11、剪刀撑沿架高连续布置，斜杆与地面夹角为45ο~60ο，每6根立杆开始加设，剪刀撑的斜杆除两端用旋转扣件与外架相连外，在其中间应增设2～4个扣结点。

12、每一悬挑段铺钢筋网板层数不得超过8层，作业层为两层。

13、立杆、大横杆的接头位置如上右图所示，架设时应注意挑选钢管长度。

14、水平斜拉杆，设置在有连墙杆的步架平面，人，以加强外架的横向刚度。

15、悬挑架外围满挂安全网。

（五）安全防护 

应在安全人员和技术人员的监督下由熟练工人负责搭设；脚手架的检查分验收检查、定期检查和特别检查；使用中要严格控制架子上的荷载，尽量使之均匀分布，以免局部超载或整体超载；使用时还特别注意保持架子原有的结构和状态，严禁任意拆卸结构杆件和连墙拉结及防护设施。

挑外架防坠棚：

在每次悬挑架开始层搭设，采用挑檐的形式，用于防止重物直接坠落。

（六）注意事项 

1、 按照规定的构造方案和尺寸进行搭设。

2、 及时与结构拉结或采用临时支撑，以确保搭设过程安全。

3、 拧紧扣件。

4、 有变形的杆件和不合格扣件（有裂纹、尺寸不合适、扣接不稳等）不能使用。

5、搭设工人必须配挂安全带。

随时校正杆件垂直和水平偏差，避免偏差过大。

6、没有完成的外架，在每日收工时，一定要确保架子稳定，以免发生意外。

7、外架的防雷措施，采用常用的镀锌管接地方案。

在雷雨天施工时，一般情况下不允许工人在架子上施工操作。

（七）悬挑外架计算：

1、主要材料及力学参数：

18厚工字钢：

容重24.13kg/m，截面抵抗矩WX=185.4cm3， SX=106.5cm3， 抗弯容许应力[б]m=215 N/mm2， [б]v=205 N/mm2 。

Φ48×3.5mm钢管：

容重3.82kg/m，截面抵抗矩WX=5.08cm3，回转半径i=1.5cm，截面积A=4.89cm2， 抗弯容许应力[б]m=205 N/mm2 。

2、主要技术参数：

悬挑外架高度为：

28.0m。

立杆纵距a=1.5m，立杆横距b=1.05m，步距h=1.80m，内立杆距墙b==0.3m。

外架与建筑主体结构连接点的布置，竖向间距H1=2.8m，水平距离H2=4L=6.0m。

斜拉钢丝绳每隔五层卸载，间距L2=a=1.5m。

脚手架钢脚手板铺设层数为六层。

方案设计中，脚手架上铺设钢筋网板共八层，经验算八层钢筋网板荷载远小于六层钢脚手板荷载，因此，计算取值以六层钢脚手板为准，便于查表计算。

3、荷载计算：

（1）垂直荷载的传递路线：

施工荷载→钢脚手板→小横杆→大横杆→通过扣件抗剪→立杆简易桁架→悬挑工字钢。

（2）荷载取值：

① 结构施工用脚手架施工活荷载标准值取为：

qk=3.0KN/m2。

② 作用于外架的风荷载标准值：

（见高层建筑施工手册公式4-4-1） 

ω = 0.75β2μzμstwω0 

其中，ω0——基本风压值，取0.50KN/m2 

β2——风振系数，取1.0。

μz——风压高度变化系数，取1.72。

μstw——风压体型系数，查表得0.2496。

∴ ω = 0.75×1×1.72×0.2496×0.5 = 0.161（KN/m2） 

③ 恒载 

钢脚手板自重245 N/ m2 

钢管自重3.82 kg/m 

扣件自重9.8 N/个 

（3）荷载分项系数的选择：

永久荷载的分项系数，采用1.20。

可变荷载的分项系数，采用1.40。

脚手架验算。

① 小横杆验算：

小横杆受力按简支梁计算，其上承受施工荷载，钢脚手板荷载，小横杆自重。

同时，由悬挑架设计可知小横杆间距500。

则荷载组合值为：

q = 1.2×（3.82×9.8×10-3+0.245×0.5）+1.4×3.0×0.5 = 2.36 KN/m  

                 1         1 

跨中弯矩为：

M = ── ql2 = ──×2.36×1.052 = 0.33KNm 

                  8         8 

                      M   0.33×106 

小横杆受弯应力为：

б= ─ = ──── =64.96 N/mm2 <[б]=205N/mm2 

                      W   5.08×103 

符合要求。

                    1        1 

其支座反力为：

N = ── ql = ──×2.36×1.2 = 1.42KN 

                    2        2 

② 大横杆验算：

大横杆受力按三跨连续梁考虑，其上承受小横杆传来压力及自重。

且大横杆间距为1.5m。

由小横杆传来压力产生的最大弯矩为：

M1 = 0.311×N×1.5 = 0.311×1.42×1.5 = 0.662KNm 

由大横杆自重产生的最大弯矩为：

M2 = 0.117ql2 = 0.117×3.82×10-3 ×1.502 = 0.001KNm 

       M1+ M2 （0.662+0001）×106 

则：

б= ─── = ───────── = 130.52 N/mm2 <[б]=205N/mm2 

　        W          5.08×103 

符合要求。

③ 立杆验算：

立杆设计由稳定计算控制，脚手架的稳定计算必须计算其结构的整体稳定及单杆的局部稳定。

计算脚手架的整体稳定及单杆局部稳定时，其强度设计值应乘以相应的调整系数KHKA，其中KH为与脚手架的高度有关的调整系数，取 

        1         1 

KH = ─── = ──── = 0.781； 

      1+ H　    1+ 28 

      ──      ── 

       100      100 

KA为与立杆截面有关的调整系数，当脚手架内、外排立杆均采用单根钢管时，取KA = 0.85。

a. 整体稳定验算：

脚手架的整体稳定按轴心受力格构成压杆计算，当考虑风荷载时，需满足如下公式的要求：

N      M 

── = ─── ≤ KAKH[б] 

ΨA 　  bA 

其中，N——格构式压杆的轴心压力。

由立杆纵距1.5m；外架步距1.8m，查《高层建筑施工手册》表4—4—4得脚手架自重产生的轴力NGK1=0.442KN。

由立杆横距1.02m；立杆纵距1.5m；脚手架铺设层数六层，查《高层建筑施工手册》表4—4—5得脚手架附件及物品重产生的轴力NGK2=4.185KN。

由立杆横距1.02m；立杆纵距1.5m；均布施工荷载3.0KN/m2，查《高层建筑施工手册》表4—4—6得一个纵距内的脚手架施工、荷载标准值产生的轴力NQK=6.30×2=12.60KN。

则：

N=1.2（n1NGK1+ NGK2）+ 1.4NQK 

           28 

=1.2 × 〔── × 0.442 + 4.185 〕+ 1.4×12.60 = 30.93KN 

　        1.8 

M——风荷载作用对格构成压杆产生的弯矩，为：

      Qh12    0.161×1.82 

M = ─── = ───── = 0.065KNm 

       8         8 

Ψ——格构压杆的整体稳定系数，由换算长细比 

λcx=μλx=25×10.28=257，查《高层建筑施工手册》表4—4—7得 

ψ=0.242。

N      M        30.93×103         0.065×106 

则：

 ── + ── = ──────── + ──────── 

ΨA     bA    0.242×4.89×2×102    1050×4.89×2×102 

= 130.68 + 0.0633 = 130.74N/mm2 

＜ KAKH[б] = 0.781×0.85×205 = 136.13N/mm2 

符合要求。

b. 单杆局部稳定验算：

双排脚手架单杆局部稳定需满足如下公式要求：

N1 

── +бM ≤ KAKH[б] 

Ψ1A1 　 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  N　　 

其中， N1——单根立杆的轴心压力，取N1=── = 15.46KN。

                                        2 

Ψ1——立杆稳定系数，由λ1= h/I = 180/15 = 120，查《高层建筑施工手册》表4—4—7得Ψ1 = 0.452。

бM ——操作层处水平杆对立杆偏心传力产生的附加应力。

当施荷载取3000N/m2时，取бM = 55 N/mm2 

N1           15.46×103 

── +бM = ──────── + 55 

Ψ1A1 　    0.452×4.89×102 

=124.95 N/mm2 ＜ KAKH[б] = 135.92 N/mm2 

符合要求。

④ 连墙点抗风强度验算：

风荷载对每个连墙点产生的拉力或压力 

Nt = 1.4H1L1ω = 1.4 × 2.8 × 6.0 × 0.161 = 3.79 KN 

单个扣件连结的抗压或抗拉设计承载力为6KN/个，符合要求。

⑤ 高度验算:

由悬挑工字钢上的每段脚手架最大搭设高度，按《高层建筑施工手册》公式4—4—11计算:

            H 

HMAX ≤ ──── 

          1+ H　 

           ── 

　　　      100 

          KAΨAf-1.30（1.2NGK2+1.4NQK） 

其中，H = ─────────────•h 

　               1.2NGK1 

0.85×48.491-1.3（1.2×4.185+1.4×12.60） 

= ───────────────────•1.8 = 39.91 

　              1.2 × 0.442 

ΨAf由《高层建筑施工手册》表4—4—10查得为ΨAf = 48.491。

                             H       39.91 

则：

最大允许搭设高度HMAX = ─── = ───── = 28.50 m ＞28 m 

                            1+ H　   1+ 39.91 

                             ──      ─── 

　　　                        100        100 

符合要求。

⑥ 分段卸荷措施：

分段卸载措施采用斜拉钢丝绳的方法，起步架卸载一次，每隔五层卸载一次，卸载高度为2.8×5=14.0m，符合搭设高度要求。

下面验算钢丝绳的强度要求。

a.所卸荷载，应考虑架子的全部荷载由卸载点承受，本工程的每个纵距，共有4个斜拉点，每个吊点所承受荷载P1为：

     N            30.93 

P1= ── × KX = ─── × 1.5 = 11.60 KN 

     4 　           4 

式中KX 为荷载不均匀系数，取为1.5。

b.计算简图确定，钢丝绳内力计算。

计算简图如下图所示 

               2.82+ 1.352 

则：

TAO= P1 × ────── = 1.11P1 = 12.88 KN 

                   2.8 

                1.35 

TAB = - P1 × ──── = - 0.48P1 = - 5.57 KN 

                 2.8 

            2.82+ 0.32 

TBO= P1 × ────── = 1.006P1 = 11.67 KN 

              2.8 

                0.30 

TBC = -〔P1 × ─── + TAB 〕= - 6.81 KN 

                2.8 

c. 验算钢丝绳抗拉强度：

由上计算可知，钢丝绳的计算拉力取为：

PX = 12.88 KN 

考虑钢丝绳受力不均匀的钢丝破断拉力换算系数，从《高层建筑施工手册》表4—4—13查得，为α= 0.85。

取钢丝绳使用的安全系数，查《高层建筑施工手册》表4—4—24得 

K= 8。

采用6×19，绳芯1钢丝绳。

     KPx     8×12.88 

Pg= ── = ───── = 121.22 KN 

      α 　     0.85 

选用Φ15.5，Pg = 125.0 KN ＞ 121.22 KN。

选择与钢丝绳配套使用的卡环，号码为2.7号，安全荷重为27 KN ＞ 12.88 KN ， 符合要求。

d. 计算工程结构上的预埋吊环：

根据《砼结构设计规范》规定，吊环采用一级钢制作，吊环埋入深度不应小于30d，并应焊接或绑扎钩住结构主筋，每个吊环可按两个截面计算。

则：

吊环钢筋截面积 

     2PX    12.88×2 

Ag= ─── = ──── × 1000 = 61.33 mm2 

     2×210 　 420 

选用3Φ8，Ag = 151 mm2 ＞ 61.33 mm2。

符合要求。

e. 验算吊点处扣件抗滑承载能力：

吊点处水平方向分力最大值TBC = 6.81 KN，垂直方向分力最值为11.60KN， 都只需两个扣件即可满足要求，搭设的外架在吊点处已有两个扣件，符合要求。

5、脚手架承重结构计算：

①由于本工程为剪力墙结构，结构上不允许将工字钢穿设在结构暗柱上，导致工字钢间距不均匀，为了便于调节立杆间距保持外架美观，则采用制作简易钢管桁架落在工字钢上的办法。

（详见方案） 

由此，需验算钢管桁架的承受能力。

考虑最不利情况，计算简图如下：

F = 15.46KN。

由此计算而得的杆件内力及工字钢反力如下图所示：

由此，需计算压杆的稳定设计荷载。

考虑由于施工原因，对杆件会形成初偏心30mm，形成压弯受力杆，钢管受力按压弯失稳计算。

其设计荷载应满足下列要求：

N          βmMX 

── + ──────── ≤ [б]m 

N    ΨA 　WX〔1-0.8──〕 

                1      1 

两端铰支，l0= ──l = ── × 0.92+0.752 = 0.59 m ， 

                2      2 

       l0     590 

则λ= ── = ── = 37.34 ， 

       I      15.8 

查钢结构设计规范得：

Ψ = 0.948。

等效弯矩系数取：

βmx = 1.0。

截面塑性发展系数数：

γx = 1.15。

                           π2×2.06×105×4.89×102 

欧拉临界力：

NEX =π2EA/λ2 = ─────────── = 713.60KN。

                                  37.342 

则有：

   N                      1.0×30×N 

─────── + ─────────────── = 205

0.929×4.89×102                          N       

               1.15×5.08×103〔1-0.8× ───〕 

                                         713060 

解得荷载设计值为：

N = 28.11 KN 

符合要求。

②承重工字钢验算：

计算模型 

不考虑工字钢的自重荷载，仅考虑外架传递荷载，简化模型如上图：

仅考虑工字钢的自重荷载，简化模型如下图：

荷载计算 

由以上计算可知：

F1 = F2= 15.46KN 

                 1.2×24.14×9.8 

工字钢自重荷载q = ─────── = 0.284 KN/m 

                      1000 

b.内力计算：

A点是弯矩、剪力最不利用点。

不考虑工字钢自重荷载，考虑外加传递荷载。

MA架 = F1 × L1 + F2 × L2 = 15.46×1.36 + 15.46×0.3 =25.51 KNM 

QA架 = F1 + F2 = 15.46 + 15.46 = 30.92 KW 

仅考虑工字钢自重荷载。

        1      1 

MA工 = ─ ql2 = ─ × 0.284×1.42 = 0.278 KNm 

        2       2 

QA工 = ql = 0.284×1.4 = 0.40 KN 

综合考虑。

MA = MA架+ MA工 = 25.51+0.278 = 25.79 KNm 

Q = QA架+ QA工 = 30.92+0.4 = 31.32 KN 

强度验算。

    MA    25.79×102 

б= ── = ───── = 139.09 N/mm2 ＜ [б] m = 215 N/mm2 

    WX   185.4×103 

  QA•SX    31.32×103 ×106.5×103 

τ= ─── = ───────── = 30.75 N/mm2 ＜ [б] V = 125 N/mm2 

IXtw      1669×104×6.5 

满足要求。

d.锚固抗拔筋验算：

由以上计算可知，F1 = F2= 15.46KN，q = 0.284 KN/m，则锚固点的抗拔力为：

                                     1.42       1.52 

   F1×（1.05+0.3）+ F2 × 0.3 + q×── - q × ── 

                                      2          2 

FB= ───────────────────────── = 16.88 KN 

                        1.5 

同时，此抗拔筋按锚固拉环考虑，拉应力不应大于50N/mm2，则抗拔筋截面积为：

      FB    16.98×103 

Ag= ─── = ───── = 169.80 mm2 ，符合要求。

     2×50     2×50 

采用Φ25钢筋，Ag = 490.9 mm2 ＞169.80 mm2 符合要求。