1、1 高層建筑懸挑式外腳手架設(shè)計(jì)與計(jì)算現(xiàn)在的高層建筑工程施工中，經(jīng)常會(huì)遇到因?yàn)閳?chǎng)地狹小、土方無(wú)法及時(shí)回填、主體結(jié)構(gòu)四周為裙房或大面積地下室的情況，腳手架不能直接支撐在地面上，或者由于一些地方法規(guī)必須進(jìn)行全封閉施工的要求，而不能采用附著升降腳手架等，因此懸挑腳手架被現(xiàn)在許多工程施工單位所選用。根據(jù)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)（JGJ 59-99）的規(guī)定，懸挑式腳手架的施工方案和設(shè)計(jì)計(jì)算是工程安全檢查的重要組成部分。現(xiàn)就某高層建筑工程談一談懸挑式外腳手架的設(shè)計(jì)與計(jì)算。1.1 工程概況某高層建筑地下4層，地上24層，其中裙樓4層，14層層高4.8m，524層層高3.9m,建筑檐高99.2

2、9m，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，外墻裝飾主要采用玻璃幕墻。1.2 施工方案的選擇由于該工程地下室連成整體，而地下室頂板厚度僅為120mm，無(wú)法承受較大的施工荷載。如果采用落地式腳手架，就必須從地下四層至地下一層滿搭支撐，鋼管用量大，而且影響以后地下室的裝修施工。根據(jù)以上情況，我們準(zhǔn)備兩套不直接支撐在地下室頂板上的腳手架方案以供選擇：1.3 方案一：附著升降式腳手架裙樓施工搭設(shè)雙排腳手架，沿裙樓四周全高搭設(shè)，搭設(shè)高度約20m；塔樓考慮采用導(dǎo)軌式爬架，沿塔樓周圈共布置40套爬升機(jī)構(gòu)，最大相鄰爬升機(jī)構(gòu)分布間距為6.0m。爬架施工范圍：該工程地上24層，裙樓4層，爬架的施工范圍為524層，而爬架的搭設(shè)

3、高度為4.5層，因此爬架只能爬升15層。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)先進(jìn)，安全可靠；一次性安裝，多次使用；缺點(diǎn)：爬架只能爬升15層，利用率不高；提升設(shè)備價(jià)格昂貴，一次投入費(fèi)用高。1.4 方案二：懸挑式外腳手架腳手架沿建筑周圈布置，裙樓1-4層采用鋼管懸挑腳手架，裙樓以上，從5層到24層分2段搭設(shè)型鋼懸挑式腳手架。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易保證；結(jié)構(gòu)全封閉施工，符合安全環(huán)保要求；與工程實(shí)際結(jié)合緊密；價(jià)格相對(duì)較低；缺點(diǎn)：需分兩次搭設(shè)，鋼管、型鋼材料用量較多；1.5 方案選定通過(guò)對(duì)以上兩種外腳手架方案進(jìn)行比較，根據(jù)外架“安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理”的選定原則并結(jié)合工程實(shí)際情況，我們選定采用第二種方案。從技術(shù)角度看，兩種方案均可

4、行，安全可以得到保證；從經(jīng)濟(jì)角度看，由于大部分外幕墻施工不用外架，腳手架占用時(shí)間相對(duì)較短，因此，采用懸挑式外腳手架就要比爬架一次性投入費(fèi)用要低得多（參照后“懸挑架經(jīng)濟(jì)分析表”）。1.6 型鋼懸挑式外架型鋼懸挑式外腳手架，采用型鋼作懸挑梁與工程結(jié)構(gòu)梁板錨固，另一端挑出建筑物，懸挑梁作為一個(gè)分段搭設(shè)高度的腳手架立桿的基礎(chǔ)，其水平間距即按腳手架立桿縱距設(shè)置（圖1：型鋼懸挑式腳手架大樣）。1.7 型鋼懸挑式外架構(gòu)造本工程群樓以上5-24層采用型鋼懸挑式外腳手架，分別在5層和15層設(shè)置懸挑鋼梁，分2段搭設(shè)外腳手架。腳手架用48×3.5鋼管和扣件搭設(shè)成雙排架，立桿橫向間距1.05m，縱距1.5m

5、，步距為1.8m；腳手架支撐在用22b工字鋼制作的水平懸挑梁上；腳手架搭設(shè)高度共22步，計(jì)39.6m高；里立桿離墻面0.4m，每一懸挑段共鋪設(shè)3層木腳手板；施工作業(yè)層，結(jié)構(gòu)施工按1層作業(yè)，裝修施工2層同時(shí)作業(yè)，腳手架施工荷載為4kn/m2，作業(yè)層設(shè)置欄桿、擋腳板；腳手架外立桿里側(cè)掛2000目密目安全立網(wǎng)封閉施工；連墻桿采用鋼管抱柱和在樓板外側(cè)預(yù)埋短鋼管兩種做法，按照2步3跨從底層第一步開(kāi)始設(shè)置；剪刀撐在外側(cè)立面整個(gè)長(zhǎng)度和高度上連續(xù)設(shè)置。1.8 荷載及內(nèi)力計(jì)算1.8.1 荷載計(jì)算及荷載組合1) 腳手架結(jié)構(gòu)自重（包括立桿、縱向水平桿、橫向水平桿、剪刀撐、橫向斜撐和扣件）：查建筑施工扣件式鋼管腳手架

6、安全技術(shù)規(guī)范（JGJ 130-2001）（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范）附錄A表A-1得：NG1K=39.6×0.1248=4.942kN2) 構(gòu)、配件（包括腳手板、欄桿、擋腳板、安全網(wǎng)）自重：a. 木腳手板，共鋪設(shè)3層，自重標(biāo)準(zhǔn)值為0.35kN/m2：NG2K-1=3×（1.05+0.25）×1.5×0.35=2.048 kNb. 欄桿與木擋腳板，2層同時(shí)作業(yè)，自重標(biāo)準(zhǔn)值為0.14 kN/m：NG2K-2=2×1.5×0.14=0.42 kNc. 安全網(wǎng)，2000目密目安全網(wǎng)，自重標(biāo)準(zhǔn)值按0.005 kN/m2計(jì)：NG2K-3=39.6×

7、1.5×0.005=0.297 kN d. 合計(jì)NG2K=（2.048+0.42+0.297）/2=1.38 kN3) 施工均布活荷載，按照2層裝修作業(yè)4 kN/m2計(jì)：=2×2.0=4.0 kN/m2=1.5×（1.05+0.25）×4 kN/m2/2=3.9KN4) 風(fēng)荷載：a. 基本風(fēng)壓：北京地區(qū)基本風(fēng)壓=0.35 kN/m2；b. 風(fēng)壓高度變化系數(shù)：本工程地理位置屬于D類(lèi)，第二段懸挑架頂端距離地面約100m，查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GBJ 9）表7.2.1得：=1.27；c. 風(fēng)荷載體型系數(shù)：根據(jù)規(guī)范表4.2.4規(guī)定，本工程屬于框架剪力墻結(jié)構(gòu)，=1.

8、3（為擋風(fēng)系數(shù)，包括腳手架鋼管和密目安全網(wǎng)）。腳手架鋼管擋風(fēng)系數(shù)，按規(guī)范附錄A表A-3采用，=0.089；2000目密目安全網(wǎng)擋風(fēng)系數(shù)，根據(jù)產(chǎn)品合格證參數(shù)計(jì)算得，=0.768；所以，=1.3（+-）=1.3（0.089+0.768-0.089*0.768）=1.025帶入公式得：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值=0.7*1.025*1.27*0.35=0.32 kN/m2；5) 荷載組合，計(jì)算立桿得軸向力設(shè)計(jì)值：a. 不組合風(fēng)荷載時(shí)=1.2（4.942+1.38）+1.4×3.9=13.046kNb. 組合風(fēng)荷載時(shí)=1.2（4.942+1.38）+0.85×1.4×3.9=12.22

9、7kN1.8.2 工字鋼挑梁驗(yàn)算1) 受力分析：工字鋼挑梁按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ17-88）計(jì)算。此時(shí)腳手架軸向力全部由挑梁承擔(dān)，水平力仍由連墻桿傳給建筑物承擔(dān)，見(jiàn)圖2：型鋼懸挑架計(jì)算簡(jiǎn)圖。2) 強(qiáng)度驗(yàn)算按公式：f其中：MX=2N*l2=2×13.046×0.925=24.135截面塑性發(fā)展系數(shù)型鋼截面x軸的凈截面抗彎模量鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=205N/mm2帶入公式得：=24135/（1.05×325）=70.7f=205N/mm2滿足要求3) 穩(wěn)定性驗(yàn)算按公式：f=205N/mm2式中穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算： =160/2.5=64120=125，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)

10、定，雙軸對(duì)稱工字鋼挑梁截面整體穩(wěn)定系數(shù)可以按下式計(jì)算：=4.2>0.6，按附表1.2查出相應(yīng)的代替值，查得=1.0將穩(wěn)定系數(shù)帶入公式得：滿足要求。4) 撓度驗(yàn)算按公式驗(yàn)算：（懸臂梁l為懸伸長(zhǎng)度的2倍）式中：N=26KN，=925mm，=1600mm，E=206×103N/mm2，I=345cm3，將以上參數(shù)帶入公式得：=26×103×9252/(6×206×103×345×103) ×(3-925/1600)=0.126mm8mm 滿足要求。5) 抗剪強(qiáng)度按公式：計(jì)算截面剪力V=2N=26KN；，=12.3m

11、m 滿足要求6) 驗(yàn)算懸挑梁錨固鋼筋工字鋼挑梁在邊梁和樓板上設(shè)置2個(gè)錨固點(diǎn)，錨固形式詳圖3：工字鋼挑梁錨固形式，錨固筋取圓16鋼筋。下面對(duì)（a）圖：邊梁錨固形式進(jìn)行驗(yàn)算：a. 錨固點(diǎn)反力計(jì)算R=26×925/（2000+200）=11KNb. 預(yù)埋錨固鋼筋吊環(huán)按兩個(gè)截面同時(shí)受力計(jì)算，每根鋼筋截面承受R/2；c. 選擇錨固鋼筋截面，取安全系數(shù)K=3，=3所以，鋼筋直徑D=0.3mm<16mm，安全。經(jīng)過(guò)對(duì)（b）圖：樓板錨固形式進(jìn)行驗(yàn)算同樣安全，驗(yàn)算過(guò)程相同，此處略。7) 挑梁錨固樓板處設(shè)計(jì)工字鋼挑梁端部盡量錨固在垂直于邊梁的次梁上，如果因?yàn)椴季衷虿荒苠^固在次梁上，在樓板上的錨固

12、形式按照?qǐng)D3（b）形式施工，并對(duì)樓板進(jìn)行局部加固。1.9 立桿穩(wěn)定性計(jì)算1.9.1 驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比查規(guī)范表5.3.3得：長(zhǎng)度系數(shù)=1.5長(zhǎng)細(xì)比 （驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比時(shí)K=1）=171=210 滿足要求1.9.2 計(jì)算風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的立桿段彎矩=1.9.3 立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算=170.85f=205N/mm2滿足要求1.10 連墻件設(shè)計(jì)根據(jù)規(guī)范5.4.1條規(guī)定，連墻件的軸向力設(shè)計(jì)值， ，如采用一個(gè)扣件的連墻件做法，風(fēng)荷載產(chǎn)生的軸向力只剩下3kN，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算均無(wú)法滿足要求，故決定采用2個(gè)扣件進(jìn)行連接，即連墻桿一端與腳手架內(nèi)外立桿連接，另一端通過(guò)在樓板外側(cè)預(yù)埋鋼板，在鋼板上焊接短鋼管，利用2個(gè)旋轉(zhuǎn)扣件進(jìn)行連接。

13、本工程腳手架連墻件按照二步三跨設(shè)置，采用梅花型布置。連墻件具體形式見(jiàn)圖4：連墻件設(shè)置形式。本工程腳手架頂層連墻件，按照100m高度計(jì)算：風(fēng)荷載產(chǎn)生的連墻件的軸向力設(shè)計(jì)值=7.25KN；帶入公式，=7.25+5=12.252*8=16KN（2個(gè)旋轉(zhuǎn)扣件的抗滑力），滿足要求。1.11 鋼管懸挑腳手架鋼管懸挑腳手架是一種利用普通鋼管、扣件搭設(shè)的簡(jiǎn)易懸挑外架。它具有搭設(shè)簡(jiǎn)單易行、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于扣件抗滑能力低，安全系數(shù)較低，只能作為搭設(shè)高度較低的外腳手架（圖5：鋼管懸挑架施工大樣）。1.11.1 鋼管懸挑腳手架構(gòu)造本工程1-4層裙樓的外腳手架采用普通鋼管懸挑的形式搭設(shè)外腳手架。腳手架用48&#

14、215;3.5鋼管和扣件搭設(shè)成雙排架，立桿橫向間距1.05m，縱距1.5m，步距為1.8m；腳手架支撐采用斜撐鋼管支撐上部架體，斜撐鋼管底部焊接在樓板預(yù)埋鋼板上；腳手架搭設(shè)高度共12步，計(jì)21.6m高；里立桿離墻面0.4m，共鋪設(shè)2層木腳手板；施工作業(yè)層，結(jié)構(gòu)施工按1層作業(yè)，裝修施工2層同時(shí)作業(yè)，腳手架施工荷載為4kn/m2，作業(yè)層設(shè)置欄桿、擋腳板；1.11.2 荷載及內(nèi)力計(jì)算1) 荷載計(jì)算a. 腳手架結(jié)構(gòu)自重：NG1K=21.6×0.1248=2.70kNb. 構(gòu)、配件自重：NG2K=（1.365+0.42+0.162）/2=0.97KNc. 施工荷載：=1.5×（1.0

15、5+0.25）×4 kN/m2/2=3.9KN立桿段的軸向力設(shè)計(jì)值N，不組合風(fēng)荷載：=1.2（2.7+0.97）+1.4×3.9=9.86kN2) 受力分析根據(jù)圖6：鋼管懸挑架受力簡(jiǎn)圖可知，腳手架斜撐鋼管承受上部軸向力，水平力由連墻桿傳遞給建筑物承擔(dān)。下面分別對(duì)斜撐鋼管進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，對(duì)橫向水平桿進(jìn)行抗彎強(qiáng)度及撓度驗(yàn)算。3) 主要桿件驗(yàn)算a. AD桿穩(wěn)定長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算查規(guī)范表5.3.3得：長(zhǎng)度系數(shù)=1.5長(zhǎng)細(xì)比 （驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比時(shí)K=1）=155=210所以，斜撐立桿中間增加兩道拉桿的構(gòu)造滿足長(zhǎng)細(xì)比要求。b. 驗(yàn)算立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算立桿穩(wěn)定性時(shí)K=1.155， =155查規(guī)范附錄表C得：=0.291帶入公式：=9860/（0.291×489）=69.29 N/mm2滿足要求4) AB桿穩(wěn)定驗(yàn)算a. 驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比查規(guī)范表5.3.3得：長(zhǎng)度系數(shù)=1.5長(zhǎng)細(xì)比 （驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比時(shí)K=1）=164=210滿足要求b. 驗(yàn)