高层外架方案.docx
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高层外架方案
第一章工程概况及编制依据
一、工程概况：
项目地处成都市新都区，3、4＃楼总高为78.14米，地下一层，地上26层，层高2.9米；主要结构类型为钢筋砼剪力墙结构，结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，抗震裂度为7度，阳台奇偶层相互错开。
1－2层墙柱砼等级为C40；
3－5层墙柱砼为C35；
6一24层砼为C30；
板等水平构件砼等级为C30。
二、编制依据
1、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）
2、《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-91）
3、本工程的施工图纸
三、外架总体方案
地下室到5楼采用全封闭式双排落地脚手架，架高（设计计算）为17M：
5楼以上为悬挑型钢脚手架，每7层一挑（为一个单位段），型钢采用16工字钢，合计三个单位段。
第二章地下室到5楼落地脚手架
钢管脚手架的计算参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）。
计算的脚手架为双排脚手架，搭设高度为17.0米，立杆采用单立管。
搭设尺寸为：
立杆的纵距1.50米，立杆的横距1.05米，立杆的步距1.80米，靠外面的一侧在中部设置腰杆。
采用的钢管类型为48×3.5，连墙件采用2步2跨，竖向间距3.60米，水平间距3.00米。
施工均布荷载为3.0kN/m2，同时施工2层，脚手板共铺设4层。
一、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，大横杆在小横杆的上面。
按照大横杆上面的脚手板和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
脚手板的荷载标准值P2=0.150×1.050/3=0.052kN/m
活荷载标准值Q=3.000×1.050/3=1.050kN/m
静荷载的计算值q1=1.2×0.038+1.2×0.052=0.109kN/m
活荷载的计算值q2=1.4×1.050=1.470kN/m
大横杆计算荷载组合简图（跨中最大弯矩和跨中最大挠度）
大横杆计算荷载组合简图（支座最大弯矩）
2.抗弯强度计算
最大弯矩考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的弯矩
跨中最大弯矩计算公式如下:
跨中最大弯矩为
M1=（0.08×0.109+0.10×1.470）×1.5002=0.350kN.m
支座最大弯矩计算公式如下:
支座最大弯矩为
M2=-（0.10×0.109+0.117×1.470）×1.5002=-0.412kN·m
我们选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算：
=0.412×106/5080.0=81.008N/mm2
大横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!
3.挠度计算
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:
静荷载标准值q1=0.038+0.052=0.091kN/m
活荷载标准值q2=1.050kN/m
三跨连续梁均布荷载作用下的最大挠度
V=（0.677×0.091+0.990×1.050）×1500.04/（100×2.06×105×121900.0）=2.220mm
大横杆的最大挠度小于1500.0/150与10mm,满足要求!
二、小横杆的计算:
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，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=0.038×1.500=0.058kN
脚手板的荷载标准值P2=0.150×1.050×1.500/3=0.079kN
活荷载标准值Q=3.000×1.050×1.500/3=1.575kN
荷载的计算值P=1.2×0.058+1.2×0.079+1.4×1.575=2.369kN
小横杆计算简图
2.抗弯强度计算
最大弯矩考虑为小横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的弯矩和
均布荷载最大弯矩计算公式如下:
集中荷载最大弯矩计算公式如下:
M=（1.2×0.038）×1.0502/8+2.369×1.050/3=0.835kN.m
=0.835×106/5080.0=164.442N/mm2
小横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!
3.挠度计算
最大挠度考虑为小横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的挠度和
均布荷载最大挠度计算公式如下:
集中荷载最大挠度计算公式如下:
小横杆自重均布荷载引起的最大挠度
V1=5.0×0.038×1050.004/（384×2.060×105×121900.000）=0.02mm
集中荷载标准值P=0.058+0.079+1.575=1.711kN
集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度
V2=1711.350×1050.0×（3×1050.02-4×1050.02/9）/（72×2.06×105×121900.0）=2.800mm
最大挠度和
V=V1+V2=2.824mm
小横杆的最大挠度小于1050.0/150与10mm,满足要求!
三、扣件抗滑力的计算:
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8.0kN；
R——纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；
1.荷载值计算
横杆的自重标准值P1=0.038×1.050=0.040kN
脚手板的荷载标准值P2=0.150×1.050×1.500/2=0.118kN
活荷载标准值Q=3.000×1.050×1.500/2=2.362kN
荷载的计算值R=1.2×0.040+1.2×0.118+1.4×2.362=3.498kN
单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!
当直角扣件的拧紧力矩达40--65N.m时,试验表明:
单扣件在12kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取8.0kN；
双扣件在20kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取13.0kN。
四、脚手架荷载标准值:
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/m）；本例为0.1248
NG1=0.125×17.000=2.122kN
（2）脚手板的自重标准值（kN/m2）；本例采用竹笆片脚手板，标准值为0.15
NG2=0.150×4×1.500×（1.050+0.300）/2=0.608kN
（3）栏杆与挡脚手板自重标准值（kN/m）；本例采用栏杆、竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15
NG3=0.150×1.500×4/2=0.450kN
（4）吊挂的安全设施荷载，包括安全网（kN/m2）；0.005
NG4=0.005×1.500×17.000=0.127kN
经计算得到，静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3+NG4=3.307kN。
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=3.000×2×1.500×1.050/2=4.725kN
风荷载标准值应按照以下公式计算
其中W0——基本风压（kN/m2），按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用：
W0=0.450
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=1.250
Us——风荷载体型系数：
Us=1.200
经计算得到，风荷载标准值Wk=0.7×0.450×1.250×1.200=0.472kN/m2。
考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式
N=1.2NG+0.85×1.4NQ
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
风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW计算公式
MW=0.85×1.4Wklah2/10
其中Wk——风荷载基本风压标准值（kN/m2）；
la——立杆的纵距（m）；
h——立杆的步距（m）。
五、立杆的稳定性计算:
1.不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算
其中N——立杆的轴心压力设计值，N=10.58kN；
——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l0/i的结果查表得到0.19；
i——计算立杆的截面回转半径，i=1.58cm；
l0——计算长度（m）,由公式l0=kuh确定，l0=3.12m；
k——计算长度附加系数，取1.155；
u——计算长度系数，由脚手架的高度确定，u=1.50；
A——立杆净截面面积，A=4.89cm2；
W——立杆净截面模量（抵抗矩）,W=5.08cm3；
——钢管立杆受压强度计算值（N/mm2）；经计算得到=116.49
[f]——钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2；
不考虑风荷载时，立杆的稳定性计算<[f],满足要求!
2.考虑风荷载时,立杆的稳定性计算
其中N——立杆的轴心压力设计值，N=9.59kN；
——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l0/i的结果查表得到0.19；
i——计算立杆的截面回转半径，i=1.58cm；
l0——计算长度（m）,由公式l0=kuh确定，l0=3.12m；
k——计算长度附加系数，取1.155；
u——计算长度系数，由脚手架的高度确定；u=1.50
A——立杆净截面面积，A=4.89cm2；
W——立杆净截面模量（抵抗矩），W=5.08cm3；
MW——计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩，MW=0.273kN.m；
——钢管立杆受压强度计算值（N/mm2）；经计算得到=159.36
[f]——钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2；
考虑风荷载时，立杆的稳定性计算<[f],满足要求!
六、最大搭设高度的计算:
不考虑风荷载时,采用单立管的敞开式、全封闭和半封闭的脚手架可搭设高度按照下式计算：
其中NG2K——构配件自重标准值产生的轴向力，NG2K=1.185kN；
NQ——活荷载标准值，NQ=4.725kN；
gk——每米立杆承受的结构自重标准值，gk=0.125kN/m；
经计算得到，不考虑风荷载时，按照稳定性计算的搭设高度Hs=70.688米。
脚手架搭设高度Hs等于或大于26米，按照下式调整且不超过50米：
经计算得到，不考虑风荷载时，脚手架搭设高度限值[H]=50.000米。
考虑风荷载时,采用单立管的敞开式、全封闭和半封闭的脚手架可搭设高度按照下式计算：
其中NG2K——构配件自重标准值产生的轴向力，NG2K=1.185kN；
NQ——活荷载标准值，NQ=4.725kN；
gk——每米立杆承受的结构自重标准值，gk=0.125kN/m；
Mwk——计算立杆段由风荷载标准值产生的弯矩，Mwk=0.230kN.m；
经计算得到，考虑风荷载时，按照稳定性计算的搭设高度Hs=44.683米。
七、连墙件的计算:
连墙件的轴向力计算值应按照下式计算：
Nl=Nlw+No
其中Nlw——风荷载产生的连墙件轴向力设计值（kN），应按照下式计算：
Nlw=1.4×wk×Aw
wk——风荷载基本风压标准值，wk=0.472kN/m2；
Aw——每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积，Aw=3.60×3.00=10.800m2；
No——连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力（kN）；No=5.000
经计算得到Nlw=7.144kN，连墙件轴向力计算值Nl=12.144kN
连墙件轴向力设计值Nf=A[f]
其中——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l/i=30.00/1.58的结果查表得到=0.95；
A=4.89cm2；[f]=205.00N/mm2。
经过计算得到Nf=95.411kN
Nf>Nl，连墙件的设计计算满足要求!
连墙件采用扣件与墙体连接。
经过计算得到Nl=12.144kN大于扣件的抗滑力8.0kN，不满足要求!
必须采用双扣件予以固定。
连墙件扣件连接示意图
八、立杆的地基承载力计算:
立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求
p≤fg
其中p——立杆基础底面的平均压力（kN/m2），p=N/A；p=42.33
N——上部结构传至基础顶面的轴向力设计值（kN）；N=10.58
A——基础底面面积（m2）；A=0.25
fg——地基承载力设计值（kN/m2）；fg=68.00
地基承载力设计值应按下式计算
fg=kc×fgk
其中kc——脚手架地基承载力调整系数；kc=0.40
fgk——地基承载力标准值；fgk=170.00
地基承载力的计算满足要求!
第三章悬挑脚手架搭设
一、悬挑脚手架搭设的总体要求：
五楼以上脚手架采用悬挑型钢脚手架，每七层一挑；
计算的脚手架为双排脚手架，搭设高度为20.3米（按21米计算），立杆采用单立管。
搭设尺寸为：
立杆的纵距1.50米，立杆的横距0.90米，立杆的步距1.80米。
采用的钢管类型为48×3.5，
连墙件采用2步3跨，竖向间距3.60米，水平间距4.50米。
施工均布荷载为3.0kN/m2，同时施工2层，脚手板共铺设3层。
悬挑水平钢梁采用16号工字钢，其中建筑物外悬挑段长度1.30米，建筑物内锚固段长度1.55米。
包括出露出来的长度，在水平位置的型钢应该截取3.0m长。
在转角处应该在相应距离上乘1.414作为截取工字钢长度，并将锚环的圆钢直径增加到直径为20。
锚固端采用16钢筋预埋作锚环，并要求锚环稍微偏大，空隙部分采用木头楔子楔紧。
锚固要求示意如下图：
悬挑水平钢梁采用悬臂式结构，转角部位和有奇偶层错位阳台的采用钢丝绳与建筑物拉结。
为保证有效的钢丝绳拉结角度，在错位阳台部位，钢丝绳拉结预埋点采取隔层设置。
细部图如下：
悬挑脚手架的搭设示意图如下：
建筑物奇数层和偶数层的阳台位置有错动，选择在凸出的阳台作为悬挑型钢的预埋位置，避免出现悬挑件过长的情况。
即：
靠墙立杆的位置应该以建筑物水平投影的阳台轮廓作为悬挑型钢的边沿。
细部构造：
1．斜拉索拉环：
斜拉索为钢丝绳，用卡环卡紧，拉环为预埋在梁内的圆钢。
2．架体：
架体为双排扣件式脚手架，立杆横距b=0.9m，立杆纵距为1.5m，步距为1.8m，脚手架内立杆与建筑物外边相距为B1=0.2m。
3．整个外架与主体结构连墙件采用刚性拉结，拉结方式一般为建筑物外边梁预埋Ф48短钢管，然后设水平横管与外架用扣件锁紧进行拉结，拉结间距为二步三跨。
4.架子的安装顺序为：
铺设工字钢梁——（穿钢丝绳——拉紧钢丝绳——钢丝绳上卡环）——搭设双排架----水平、立面防护。
安装工字钢底面应与砼面贴紧，并保持工字钢水平，钢丝绳拉紧，使其始终处于拉紧状态。
钢丝绳上必须每端上两个卡环，以增加安全系。
在外排架进行上一层搭设前，应对下层架子及工字钢、钢丝绳及卡环进行全面检查，检查确无问题后方可向上搭设。
剪刀撑的设置：
外侧立面整个长度和高度上连续设置45º剪刀撑，接长采用搭接，搭接长度不小于一米，搭接区段不少于两个扣件。
横向斜撑的设置：
外架拐角处、中间每隔六跨设一道横向斜撑。
双排外架外围必须用密孔安全网围护严密，不得任意留洞口；外架每隔三层必须将底部用竹笆、架板满铺严密；操作层的脚手架应满铺铺稳，脚手架接头处应设两根横向水平杆，脚手架接头必须在横向水平杆上，搭接长度不小于200mm。
操作应设挡脚板。
架子安装完毕必须将架子清理干净，不得在架子上随意放置各类工具材料，做到工完物清。
5.架子在使用工程中，应对架子进行经常性检查，对出现松动倾斜的地方应及时报告，及时整改。
并经常对围护设施进行检查，出现围护设施损坏及时修复。
6.外架搭好后应及时做好防雷、防电接地工作，接地电阻不大于4欧。
外架应验收，合格后方可使用，外架拆除时必须从上至下，到下面两步架时，应先将下层外架搭设至该层后方可拆除剩下两步架，双排架拆完后，可将工字钢先拉到建筑物内，然后卸下卡环，拆去钢丝绳。
7.悬挑外架的安装与拆除，都应事先由施工管理人员通知班组，班组不得擅自安拆外架，如在安拆工程中发现有异常现象，应及时通知项目经理及时处理。
8.作业层脚手板离开墙面120～150mm，并且不得影响外墙装饰施工。
作业层端部脚手板探头长度取150mm，且两端均应与支撑杆可靠固定。
二、悬挑式扣件钢管脚手架计算书
钢管脚手架的计算参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）。
一）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，大横杆在小横杆的上面。
按照大横杆上面的脚手板和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
脚手板的荷载标准值P2=0.150×0.900/3=0.045kN/m
活荷载标准值Q=3.000×0.900/3=0.900kN/m
静荷载的计算值q1=1.2×0.038+1.2×0.045=0.100kN/m
活荷载的计算值q2=1.4×0.900=1.260kN/m
大横杆计算荷载组合简图（跨中最大弯矩和跨中最大挠度）
大横杆计算荷载组合简图（支座最大弯矩）
2.抗弯强度计算
最大弯矩考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的弯矩
跨中最大弯矩计算公式如下:
跨中最大弯矩为
M1=（0.08×0.100+0.10×1.260）×1.5002=0.302kN.m
支座最大弯矩计算公式如下:
支座最大弯矩为
M2=-（0.10×0.100+0.117×1.260）×1.5002=-0.354kN.m
我们选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算：
=0.354×106/5080.0=69.727N/mm2
大横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!
3.挠度计算
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:
静荷载标准值q1=0.038+0.045=0.083kN/m
活荷载标准值q2=0.900kN/m
三跨连续梁均布荷载作用下的最大挠度
V=（0.677×0.083+0.990×0.900）×1500.04/（100×2.06×105×121900.0）=1.910mm
大横杆的最大挠度小于1500.0/150与10mm,满足要求!
二）小横杆的计算:
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，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=0.038×1.500=0.058kN
脚手板的荷载标准值P2=0.150×0.900×1.500/3=0.068kN
活荷载标准值Q=3.000×0.900×1.500/3=1.350kN
荷载的计算值P=1.2×0.058+1.2×0.068+1.4×1.350=2.040kN
小横杆计算简图
2.抗弯强度计算
最大弯矩考虑为小横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的弯矩和均布荷载最大弯矩计算公式如下:
集中荷载最大弯矩计算公式如下:
M=（1.2×0.038）×0.9002/8+2.040×0.900/3=0.617kN.m
=0.617×106/5080.0=121.398N/mm2
小横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!
3.挠度计算
最大挠度考虑为小横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的挠度和均布荷载最大挠度计算公式如下:
集中荷载最大挠度计算公式如下:
小横杆自重均布荷载引起的最大挠度
V1=5.0×0.038×900.004/（384×2.060×105×121900.000）=0.01mm
集中荷载标准值P=0.058+0.068+1.350=1.475kN
集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度
V2=1475.100×900.0×（3×900.02-4×900.02/9）/（72×2.06×105×121900.0）=1.520mm
最大挠度和
V=V1+V2=1.533mm
小横杆的最大挠度小于900.0/150与10mm,满足要求!
三）扣件抗滑力的计算:
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8.0kN；
R——纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；
1.荷载值计算
横杆的自重标准值P1=0.038×0.900=0.035kN
脚手板的荷载标准值P2=0.150×0.900×1.500/2=0.101kN
活荷载标准值Q=3.000×0.900×1.500/2=2.025kN
荷载的计算值R=1.2×0.035+1.2×0.101+1.4×2.025=2.998kN
单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!
当直角扣件的拧紧力矩达40--65N.m时,试验表明:
单扣件在12kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取8.0kN；
双扣件在20kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取12.0kN；
四）脚手架荷载标准值:
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/m）；本例为0.1248
NG1=0.125×21.000=2.621kN
（2）脚手板的自重标准值（kN/m2）；本例采用竹笆片脚手板，标准值为0.15
NG2=0.150×3×1.500×（0.900+0.300）/2=0.405kN
（3）栏杆与挡脚手板自重标准值（kN/m）；本例采用栏杆、竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15
NG3=0.150×1.500×3/2=0.338kN
（4）吊挂的安全设施荷载，包括安全网（kN/m2）；0.005
NG4=0.005×1.500×21.000=0.157kN
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