外悬挑脚手架设计与施工的探讨

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yellowfly1
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  摘要:现在社会发展迅速,人们的收入水平不断提高,施工中发生人员伤亡事故索赔额也越来越高。为了满足高层悬挑脚手架的搭设施工安全,减少安全事故的发生,避免和减少人员伤亡和财产损失,本文对高层悬挑脚手架的搭设进行方案设计,对悬挑脚手架的稳定性进行力学验算,并对高层悬挑脚手架的搭设施工工艺进行阐述,提出了搭设施工方法、材料要求、搭设和拆除的安全管理。
  关键词: 设计验算;施工工艺;材料要求;安全管理
  Abstract: Now the rapid development of the society, people’s income levels continue to improve, more and more high casualties occurred in construction claims. In order to meet the needs of Overhanging Scaffold higherection construction safety, reduce accidents, and avoid and reduce casualties and property losses, the high-rise cantilever scaffold design scheme, the stability of Overhanging Scaffold mechanical calculation, and the top of overhanging scaffold erection construction paper, presents a safety management of construction method, material requirements, erection and dismantling.
  Key words: design; construction technology; materials; safety management
  中图分类号:TU2
  1.工程概况:
  某大厦工程总建筑面积25000mm2,地下2层,地上24层,裙楼为四层,框架-剪力墙结构,外墙为干挂樱花红花岗岩和玻璃幕墙。
  2.外部悬挑脚手架的设计:
  2.1悬挑脚手架搭设方法:
  外脚手架的搭设方法及力学性能同落地式双排扣件式钢管脚手架。悬挑脚手架立杆纵向间距(即工字钢间距)为1.4m,内外立杆间距1m,内立杆距墙面0.18m,大横杆步距1.8m,中间设一道防护栏杆,高1.2m,小横杆端部距墙面0.1m,脚手架底部设在悬挑钢梁上,作业层满铺竹脚手板,立杆底部设纵横向扫地杆。
  剪刀撑间距8根立杆及转角处搭设,剪刀撑跨5个立杆,斜杆与地面成450--600角。
  连墙件两步三跨设置,且各层外围框架柱处,均与柱子形成双道拉结。
  2.2脚手架力学验算:
  2.2.1 脚手架计算
  脚手架高度最高处24m。立杆纵距la=1.4m,立杆横距lb=1m,立杆步距h=1.8m,连墙件为二步三跨设置。立杆截面A=4.89×102mm2,截面模量W=5.08×103mm2,回转半径i=15.8mm,惯性矩I=12.19×104mm4,档风系数ψ=0.77,基本风压值ω0=0.6kN/m2,钢材强度设计值ƒc=205N/mm2,连墙件横距lw=4.5m,连墙件纵距lh=1.8m,荷载只考虑装修荷载2kN/m2。脚手板荷载标准值为0.35kN/m2。
  2.2.1.1横向水平杆抗弯强度及变形验算:
  抗弯强度验算:
  
  gk=0.35×0.7=0.245KN/m qk=2.0×0.7=1.4KN/m
  MGk=gklb2[1-(a1/lb)2]/8=0.025kN•m
  MQk=qklb2/8=0.175 kN•m
  Max=1.2MGk+1.4MGk=0.28 kN•m
  σ=Mmax/w=55.1N/mm2<205N/mm2
  所以,横向水平杆抗弯强度满足要求.
  变形验算:
  E=2.06×105N/mm2I=12.19×104mm4
  容许挠度[ν]=l/150=1000/150=6.7mm
  按正常使用极限状态验算:
  q=0.245+1.4=1.645kN/m
  ν=5qlb4/(384EI)=0.85mm<[ν]=6.67mm
  2.2.1.2纵向水平杆抗弯强度及变形验算:
  由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力标准值:
  Fg=R=0.5×gk×lb×(1+a1/lb)2=0.21kN
  Fq=R=0.5×qk×lb×(1+a1/lb)2=1.18kN
  验算抗弯强度:
  
  MGk=0.175Fgla=0.051 kN•m
  Mqk=0.213Fqla=0.352 kN•m
  Max=1.2MGk+1.4MQk=0.55 kN•m
  δ=Max/w108.3N/mm2<205N/mm2
  变形验算:
  ν=k1×FgLa3/(100EI)+k2×FqL3a/(100EI)=2.3mm<1400/150=9.3mm
  2.2.1.3验算扣件抗滑承载力:
  Rg=(1+1.15)Fg=0.53kN
  Rq=(1+1.3)Fq=3.22kN
  R=1.2Rg+1.4Rq=5.14kN  2.2.1.4验算立杆稳定性及相应连墙件轴向力设计值
  施工荷载考虑三层的装修荷载∑Qk=2×3=6kN/m2
  计算位置取底层立杆底座处
  NGlk=gkl=0.1248×24=3kN
  作业层传给立杆的荷载:
  Rga=3[G2+0.5×g1×lb(1-a1/lb)2]=0.82KN
  Rgb=3×0.5×g1×lb×(1+a1/lb)2=0.89kN
  Rqa=0.5×q1×lb=4.2kN
  Rqb=0.5×q1×lb×(1+a1/lb)2=7.1kN
  立桿长细比
  λ=l0/i=kμh/i=204
  Mω=0.057kN·m
  N/Aψ+Mω/W=144.1N/mm2<205N/mm2
  连墙件计算:取24m高处,μz=1.6
  ωk=0.52kN/m2
  Nl=11kN
  Nl=11kN<2×8=16kN
  所以要2个扣件才能满足抗滑承载力要求
  Nl/A=11×103/489=22.5N/mm2<205N/mm2
  满足要求
  2.2.2悬挑工字钢力学验算
  2.2.2.1荷载统计:
   装修施工按三层操作面考虑:2×3=6KN/m2
   脚手板按三层满铺:0.35×3=0.1 KN/m2
   钢管立杆承受自重:0.1248 KN/m
  扣件自重:14.6 N/个
  
  2.2.2.2集中力:
  F1(内立杆荷载)=Na=14.6KN
  F2(外立杆荷载)=Nb=10.5KN
  F3(工字钢自重)=0.37 KN
  Mmax=F1×0.7+F2×1.7=28.4 KN.m
  2.2.2.3选型:截面抵抗矩WX= Mmax/f=132.1cm3
  选用热轧普通工字钢16号型钢WX= 140.9cm3
  截面惯性矩IX=1127 cm4
  半截面面积矩SX=80.8 cm3
  腹板厚度t=6.0mm
  弹性模量E=2.1×104 KN/cm3
  2.2.2.4剪应力计算:
  τmax=VSx/Ixt=(F1+F2+F3) /Ixt=30.4  满足要求
  2.2.2.5挠度计算:
  荷载标准值
  F1=Na=14.6KN F2=Nb=10.5KN F3=0.37 KN
  W=W1+W2+W3=【F1a12(1+a1/L)+ F2a22(1+a2/L)+ F3a32(1+a3/L)】L/3EI=1.4mm<【W】=1800/400=4.5mm
  2.2.2.6Φ18钢筋箍验算:
  钢筋受拉力:
  F4=(14.6×0.7+10.5×1.7+0.37×0.9)/1.1=25.8 KN
  Φ18钢筋套箍直径18mm ,I级钢设计强度值为210 kN/mm2
  Ntb=53.4KN
  Ntb=53.4>25.8KN(满足要求)
  查施工手册,Φ18螺栓的极限承载力Ft=32.08 KN,
  Ft=32.08KN>25.8KN(满足要求)
  2.2.2.7压应力验算
   1)局部压应力验算 F2=14.6KN
  查16号热轧普通工字钢表 r=8.0mm tw=6.00t=9.9mma1(钢管管径)=48mm a2(砼受压区)=50mm hy=r+t=17.9mm
  Lz=a+2hy=83.3mm
  取集中荷载增大系数φ=1.0
  σС=ψF2/(twLz)= 29N/mm2  2)砼受压区强度验算Fmax=51.3KN
  工字钢与砼接触受压面积为 S=0.0044 m2
  σ= Fmax /S=11.66×106 N/m2<30×106 N/m2(C30砼强度值)
  符合要求。
  3.外部悬挑脚手架搭设工艺:
  3.1搭设工艺流程:
  定位放线→埋设双Φ18@200钢筋套箍→固定工字钢→搭立杆→大横杆→小横杆→拉结点固定、搭设剪刀撑→小横杆上铺脚手板→护栏→挡脚板→安全网、密目网布设。
  3.2搭设施工:
  3.2.1施工准备:
  对钢管、工字钢、扣件、脚手板、密目网、安全网等进行验收,不合格产品严禁使用。
  检验合格的构配件应按品种、规格分类堆放整齐。
  3.2.2 16号工字钢悬挑钢梁安放固定
  通过计算悬挑梁采用16号工字钢制作悬挑梁。采用双Φ18@200“U”形钢筋套箍割丝并用双螺母穿楼板固定,埋设双Φ18@200“U”形钢筋套箍,待钢筋套箍验收合格后,即可在套箍上固定工字钢,先将钢梁安放就位,钢梁作为架体搭设基础,安装必须保证其平整度,同一道钢梁累计相对高度差不超过20mm,每根钢梁内外立杆落脚处的相对高差不超过5mm。钢梁的悬挑长度根据架体离结构的距离确定,悬挑端距离头部100mm及1050mm处各焊接外径30mm钢管、直径25钢筋一根,或内径50的钢管,高度150mm,作为架体立杆的固定套管。在钢梁与结构承重部位(剪力墙或梁)的结合处预埋200mm×150mm的钢板,防止钢梁对结构混凝土的破坏,预埋件采用δ10mm钢板。
  3.2.3搭设:
  根据工字钢的间距排距要求进行定位放线。
  搭设纵横向扫地杆:纵向扫地杆采用直角扣件固定在距离工字钢上皮不大于200mm处的立杆上,横向扫地杆亦应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上.
  立杆搭设:
  立杆插在悬挑钢梁的焊接套管上,立杆接长必须采用对接扣件连接。
  a、立杆上的对接扣件应交错布置,两根相邻立杆的接头不应设置在同步内,同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向上错开的距离不宜小于500mm,各接头中心至节点的距离不宜大于步距的1/3。
  b、开始搭设立杆时,每隔5根设置一根抛撑,直至连墙件安装稳定后,方可根据情况拆除。
  c、当搭至有连墙件的构造点时,在搭设完该处的立杆、纵向水平杆﹑横向水平杆后,应立即设置连墙件,以确保搭设过程中的安全。
  纵向水平杆搭设:
  a、纵向水平杆设置在立杆内侧,其长度不宜小于3跨。
  b、纵向水平杆接长:应采用对接扣件连接,对接扣件应交错布置。
  c、在脚手架的同一步中,纵向水平杆应四周交圈,用直角扣件与内外角部立杆固定。
  横向水平杆搭设:
  a、主节点处必须设置一根横向水平杆,用直角扣件扣紧且严禁拆除。
  b、横向水平杆两端采用直角扣件固定在纵向水平杆上方。
  c、可在两主节点间加设横向水平杆,横向水平杆间距不得大于700 mm。
  连墙件设置:
  a、采用刚性连墙件,两步三跨布置,遇到柱子每层两道。
   b、连墙件应靠近主节点,偏离主节点的距离不应大于300mm。
  c、连墙件应呈水平设置,当不能水平设置时,与脚手架连接的一端应下斜连接,严禁采用上斜连接。
  d、每层在大横杆上设两道拉结杆与框架柱拉接牢固。
  剪刀撑搭设:
  外侧立面两端各设置一道剪刀撑,并由底部到顶连续设置,中间连续设置剪刀撑,剪刀撑之间的净距不大于15m,每道剪刀撑跨越五个立杆间距,斜杆与地面倾角为45~60度。
  a、剪刀撑斜杆的接长采用搭接,搭接应符合纵向水平杆的搭接要求。
  b、剪刀撑斜杆应用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上。
  c、剪刀撑应随立杆、纵向、横向水平杆等同步搭设。
  作业层栏杆和挡脚板的搭设:
  a、栏杆、挡脚板均应搭设在外立杆的内侧。
  b、上栏杆上皮高度为1.2m,挡脚板高度不应小于180mm。
  腳手板的铺设:
  a、作业层脚手板应铺满、铺稳,离开墙面120mm~150mm。
  b、脚手板采用搭接铺设,接头必须支在横向水平杆上,搭接长度大于200mm,其伸出水平杆的长度不应小于100mm。
  c、脚手板端部必须用封绳与横向水平杆绑牢。
  安全防护设置:
  a、安全平网:首层架体底部采用竹胶板加密目网封闭严实,中间每隔三至四层设置一道安全平网,且施工层脚手板下也要加一道安全网,网应铺满。
  b、密目网:脚手架外立杆内侧应立挂≥2000目/dm2的密目网,网与架体及网与网之间用5mm尼龙绳固定封闭严密。
  4.脚手架拆除:
  4.1拆除准备:
  全面检查脚手架的扣件连接、连墙件、支撑体系是否符合构造要求。
  应由工程技术负责人进行拆除安全技术交底。
  4.2拆除作业:
  划出工作区标志,严禁非施工人员进入现场。
  拆除顺序:自上而下逐层进行,严禁上下同时作业,后绑者先拆,一般应先拆拉结杆、脚手板、剪刀撑,后拆小横杆、大横杆、立杆、工字钢等。
  连墙件必须随脚手架逐层拆除,严禁先将连墙件整层或数层拆除后再拆脚手架,分段拆除高度不应大于2步。
  统一指挥、上下呼应、动作协调,当解开与另一人有关的扣件时,应先告知对方,以防坠落。
  材料、工具应用滑轮和绳索运送或集中用塔吊运送,严禁往地面抛扔。
  拆卸后的各种构件应分类码放整齐。
  5.材料质量要求:
  5.1工字钢与现浇板连接螺栓的材质应符合现行《普通碳素结构钢技术条件》中规定的Q235钢制作。
  5.2钢管扣件式脚手架的钢管为焊缝钢管,外径48mm,壁厚3.5mm,钢管应无裂缝,两端面应平整,严禁打孔。
  5.3扣件的形式有三种:旋转扣件、十字扣件、对接扣件。
  5.4竹脚手板采用优质竹脚手板,厚度为5cm,宽度为30cm,长度3m。
  6.脚手架搭设质量要求:
  6.1立杆垂直偏差:纵向偏差不大于H/200,且不大于100mm,横向偏差不大于H/400,且不大于50mm。
  6.2单根大横杆水平偏差不大于20mm,小横杆水平偏差不大于10mm。
  6.3脚手架的步距、立杆横距偏差不大于20mm,立杆纵距偏差不大于50mm。
  7.安全管理:
  7.1脚手架搭设人员必须经过有关部门专业培训,合格者方可持证上岗。
  7.2搭设人员必须戴好安全帽,系好安全带,穿好防滑鞋。
  7.3作业层上的施工荷载不得超载。不得将模板支架、缆风绳等固定在脚手架上;严禁悬挂起吊设备。
  7.4六级及六级以上大风和雪、雨,雪天禁止脚手架搭设和拆除作业
  7.5脚手架使用期间,严禁拆除下列杆件:
  主节点处的纵、横向扫地杆,纵、横向水平杆。
  连墙件。
  7.6搭设脚手架时,地面应设围挡及警戒标志,并派专人看守。
  7.7工地临时用电线路架设及脚手架接地、避雷措施应按有关规定执行。
  7.8架面上严禁码放材料。
  7.9工人在架上作业时,应注意自我保护和他人安全,避免发生碰撞,闪失和落物,严禁在架上嬉闹和坐在栏杆等不安全处休息。
  7.10人员上下应走楼梯,严禁攀援脚手架上下。
  7.11每班工作人员上架前应先行检查有无影响安全作业的隐患存在,排除解决后方可开始作业。
  7.12根据工程实际情况应对脚手架定期进行检查。
  8.结语
  本工程施工过程中,事先制定详细的施工方案,并精心组织施工,不断加强施工质量、安全、文明各项管理工作,确保了悬挑脚手架整体质量。为以后外悬挑脚手架的施工提供了可靠的技術和施工经验。
  
  参考文献:
  [1]建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范JGJ130-2001
  [2]建筑施工手册.北京:中国建筑工业出版社 2003第四版。
  [3]建筑施工安全设施计算书编制范例/武树春主编.北京:中国建筑工业出版社.2005。
  [4]建筑施工计算手册/江正荣编著.北京:中国建筑工业出版社.2001。
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