脚手架】高层建筑施工用脚手架综合知识培训

【 脚手架 】 高层建筑施工用脚手架综合知识培训 为满足结构施工和外装饰施工的需要 ， 高层建筑施工时都需要搭设外脚手架 。 按照建筑结构和施工组织的不同；结构施工和外装饰施工可以采用同一架子 ， 也可以采用不同的脚手架 。 脚手架的种类有扣件式钢管脚手架 、 碗扣式钢管脚手架和门式钢管脚手架等 。 高层建筑外脚手架的构造形式应按工程特点和施工组织的要求选用 ， 首先要满足施工的需要 ， 同时还四角虑材料用量 ， 搭拆难易 ， 安全保障程度等 ， 需综合考虑经技术经验比较后加以确定 。 高层建筑施工用的外脚手架 ， 常用的构造形式有悬挑式脚手架 、 附着升降式脚手架 、 悬吊式脚手架等 。 第一节 悬挑式脚手架 一 、 悬挑式脚手架的构造 悬挑式脚手架是搭设在由正在施工的建筑物结构外缘挑出构件上的脚手架 ， 其荷载最后全部传给建筑结构 。 按悬挑构件的构造形式的不同 ， 悬挑式脚手架分为斜拉式和下撑式 。 斜拉式是在由建筑结构伸出的型钢挑梁端部加钢丝绳斜拉 ， 钢丝绳另一端固定到顶埋在建筑物内的吊环上 ， 见图 4 1a。 下撑式悬跳脚手架是在跳梁端部下面加一斜杆支撑 ， 见图 4 lb。 在挑梁所耗的材料及挑梁的制作和安装 、 拆卸用工方面 ， 斜拉式都远低于下撑式 ，但在使用方面斜拉式不如下撑式方便 。 图 4-2所示是一种三角式挑架的具体构造 。 挑梁由工字钢制作 ， 挑梁的一端埋置在墙体结构的混凝土内 ， 另一端利用螺栓与钢管制作的斜杆连接 ， 斜杆下端焊接到混凝土结构中的预埋钢板上 。 当结构中钢筋过密 ， 挑梁无法埋入时 ， 可采用预埋件 ，将挑梁与预埋件焊接 。 预埋件的锚固筋要采用锚塞焊 ， 并由计算确定 。 挑梁与结构的连接还可根据结构情况和工地条件采用其他可靠的形式 。 如利用连接杆件和连接螺栓与结构柱连接 。 钢底梁用螺栓与挑架连接 。 底梁宜先在地面整体组装后利用塔式起重机吊装安装于悬挑三角架上 ， 也可以分件吊至悬挑三角架上组装 。 钢底梁安装后 ， 在其上安装 8槽钢的小横梁做为脚手架立柱的支座 。 槽钢小横梁与钢底梁的连接宜用可移动和可校正的压板方式固定 ， 不宜用螺栓连接 。 在槽钢小横梁的槽钢槽口内电焊短钢管 ， 做为脚手架立柱的定位销 ，如图 4-3所示 。 挑架间距视柱网而定 ， 最大间距不宜超过 6m。 挑架上脚手架搭设的高度一般取 4 10个楼层高度 ， 最高不得超过 25m。 脚手架随建筑结构的升高 ， 向上逐段搭设 ， 下方不用的脚手架则逐段拆除 。 脚手架与建筑物外皮的距离为 20cm。 每 3步架应设一道与建筑物拉结的杆件 。 悬挑脚手架的另一种做法是在楼扳上预埋钢筋环 ， 外伸的横向水平构件 (钢管 、 型钢等 )插入钢筋环内固定 ， 在横向水平构件上搭设脚手架 。 架子的上部用钢丝绳和花篮螺丝与楼板拉结 ， 或用斜钢管支撑在下层楼板上 ， 如图 4-4所示 。 利用建筑物外墙上的窗口搭设的插口架 ， 可视为悬挑脚手架的一种特殊形式 。其做法是利用悬臂杆件插入窗口内 ， 用双扣件与室内立柱连接 ，借助别杠与建筑物固定 ， 如图 4 5所示 。 二 、 悬挑式脚手架的计算 。 悬挑脚手架的计算包括脚手架的计算和下部钢底梁 、挑架的计算 。 此处只介绍钢底梁与挑架的计算 。 1 钢底梁的计算 钢底梁承受上方脚手架立柱传来的集中荷载 F和本身的自重 。 按简支梁计算 ， 偏于安全 ， 计算简图如图 4 6所示 。 (1)抗弯强度计算 钢底梁抗弯强度计算如下： （ 4-1） 式中 Mx， My 绕 x轴和 y轴的弯矩 (对于工字截面 ， x轴为强轴 ， y轴为弱轴 )(N mm)； Wnx,Wny 对 x轴和 y轴的净截面抵抗矩 (mm3)； 截面塑性发展系数：对于工字形截面 1 05；对其他截面可按GBJ17-88表 5 2 1采用； f 钢材的抗弯强度设计值 (N/mm2)。 (2)抗剪强度计算 钢底梁抗剪强度计算采用公式 (4 2)： （ 4-2） 式中 V 计算截面沿胶板平面作用的剪力 (N)； S 计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩 (mm3)； I 毛截面惯性矩 (mm4)； tw 腹板厚度 (mm)； fv 钢材的抗剪强度设计值 (N mm2)； (3)局部承压强度计算 钢底梁局部承压强度计算如下： (4-3) 式中 F 集中荷载 (N)； 集中荷载增大系数 ， 此处 1 0； lz 集中荷载在腹扳计算高度上边缘的假定分布长度 (mm)， 按下式计算： lz=2hy (其中： a为集中荷载沿梁跨度方向的支承长度 ， hy为梁顶面至腹板计算 高度上边缘的距离 ， 单位均为 mm)。 (4)整体稳定验算 钢底梁整体稳定验算采用公式 (4-4)： (4-4) 式中 Mx 绕强轴作用的最大弯矩 (Nmm)； Wx 按受压纤维确定的梁毛截面抵抗矩 (m3)； b 梁的整体稳定系数 ， 按 GBJl7 88附录一确定 ； f 钢材的设计强度 (N mm2)。 (5)挠度计算 钢底梁挠度计算如下： fmax = f1 + f2 (4 5) 式中 fmax 钢梁最大挠度 (mm)； 实例 钢底梁跨度为 6m， 上部有 16排脚手架 ， 脚手架立柱纵距为 1 5m， 横距为 1m， 脚手架步高 1 8m， 钢梁选用 125号工字钢 ， 计算简图见图 4 7。 (1)荷载计算 每根立柱传下的荷载： F=14290N 梁自重： q 0.3810N/mm2； MA=0 F (6000+4500+3000+1500)-RB 6000+q (6000)2 8=0 RB = (2.14 108+1.71 6)/6 103 =3.6 104 N RA = RB = 3.6 104 N (2)内力计算 Qmax = RA = 3.6 104 N Mmax = RA 6000/2-F (3000+1500)-0.38 60002/8=4.19 107Nmm (3)验算 抗弯强度 查得 x 1 05， 则 剪应力 查得 I/S=216mm,tw=8则： 支座局部承压 设支座长度为 30， hy= 13， 则 lz=a+2hy 56， 查得 =1， 则： 整体稳定性 查 GBJ17 87附录 -表 1 3得 b 0 76 挠度 集中荷载引起的挠度为 f=l/250=6000/250=24mm 则 ff。 2 三角挑架的计算 三角挑架的计算简图如图 4 8所示； (1)内力计算 将斜杆简化成一根弹簧 ， 则钢挑梁在荷载作用下产生的位移与弹簧支座反力产生的位移差 ， 应等于斜杆的压缩距离在反力方向上的投影 ， 于是得出： （ 4-6） 式中 p 钢挑梁外端在荷载作用下产生的位移 (mm)； 弹簧支座在外力作用下的变形模量 (N mm)； Nz 钢梁外端支座的垂直分力 (N)； 斜杆的压缩距离在反力方向上的投影 (mm)， 式中 N 斜杆内力 (N)； lc 斜杆长度 (mm)； E 斜杆的弹性模量 (N mm2)； Ac 斜杆截面面积 (mm2)； 斜杆与墙面夹角 。 N=Nz/cos 式中 F 集中荷载 (N)； f 钢挑梁长 (mm)； E 阅跳梁的弹性模量 (N mm2)； I 钢跳梁的惯性矩 (mm4)； l 内侧的集中荷载与墙面的距离 (mm)。 将上述各式代入式 (4 6)得 (4-7) (4-8) (1) 验算挑梁拉弯强度 （ 4-9） 式中 N 轴心拉力 (N)； An 钢梁截面面积 (mm2)； Mx,My 绕 x铀和 y轴的弯矩 (Nmm)； Wnx,Wny 对 x轴和 y轴的净截面抵抗矩 (mm3)； 截面塑性发展系数 ， 按 GBJ17 88表 5 2 1计算； f 钢材的抗拉设计强度 。 (3)钢挑梁埋入验算 钢挑梁埋入处的受力比较复杂 ,沿垂直方向的剪力由钢挑梁承受 ， 平面内的弯矩由上部结构自重产生的压力与之平衡 ， 故剪力与弯矩不会使钢挑梁产生水平位移 ， 而轴向拉力则有可能使钢挑梁产生水平位移 ， 故一般均在钢挑梁端部设置锚固件 ， 锚固件多用短钢筋销入钢挑梁端部孔内 ， 这 种 情 况 下 一 般 验 算 锚 筋 的 抗 剪 强 度 ： （ 4-10） 若钢挑梁直接埋设有困难时 (如钢筋过密或截面较薄 )也可以先设预埋件 ， 将钢挑梁焊于预埋件上 。 预埋件的计算按有关规定进行 ， 并要计算钢跳梁与预埋件焊接的焊缝强度 。 (4)钢挑梁嵌固端的混凝土局部承压的验算 在进行钢跳梁嵌固端的混凝土局部承压的验算时 ， 其承压区的截面尺寸应符合下式要求 (配置间接钢筋构件 )： 式中 Fl 局部荷载设计值 (N)； fc 混凝土轴心抗压强度设计值 (N/mm2)； Aln 混凝土局部承压净面积 (mm2)； 混凝土局部承压强度提高系数； 混凝土局部受压净面积 (mm2)。 (5)斜杆的验算 强度 斜杆的强度验算按下面公式进行： (4-12) 稳定性 斜杆的稳定性验弊按公式 (4 13)进行： (4-13) 式中 N 轴心受压的设计荷载 (N)； A 斜杆的截面面积 (mm)； f 钢斜杆的抗压设计强度 (N mm2)； 轴心受压的稳定系数，按 GBJ17-88中的表5 1 2的截面分类查附录三采用。 斜杆焊缝验算 斜杆焊缝验算按下式进行： (4-14) 式中 N 平行于焊缝长度方向的轴力 ， 此处 N=Nz(N)； he 角焊缝的有效厚度 (mm)； lw 焊缝的有效长度 (nM)l 沿角焊缝长度方向的剪应力 (N/mm2)； 角焊缝的抗剪设计强度 (N mm2)。 实例 钢三角挑架简图见图 4 8。 图中 l 1500mm ，a=500mm ， b 1000mm， h 1500mm， 钢挑梁选用 I18工字钢 ， 斜杆选用 89 5水煤气管 。 钢挑梁正应力为： 端部伸入混凝土 500mm， 锚筋 2 20， 则 混凝土局部承压验算： 6 80 104 1.5 1 215 500 100=1.61 107N， 满足条件 。 （ 3） 斜杆验算 正应力 稳定性 焊缝验算 焊缝厚度 5mm， 周长为 89 3.1416=279.6mm 第二节 附着升降式脚手架 附着升降式脚手架是目前高层建筑中应用较多的一种 ，它是一种工具式脚手架可以重复使用 ， 但使用中要注意安全 。 它主要用于剪力墙和框架结构 。 一 、 附着升降式脚手架的形式和工作原理 附着升降式脚手架是指不携带施工外模板的架体结构及附着支承结构 、 依靠设置于架体上或主体结构上的专用升降设备实现升降的施工外脚手架 。 按构造形式的不同有套管式 、 整体提升式 、 互升降式等多种形式 。 1 套管式附分升降式脚手架 套管式附着升降式脚手架的主要构件是一个套管升降架 (图 4-9） 。 每个升降架由外架 (又称固定架 )和内架 (又称内套架或活动架 )组成 。 外架是用直径较小的钢管焊接成的框架 ， 高度一般为 3个楼层高 、 宽 1m左右 ， 中间一段不设横向杆件 。 内架是用内径大于外架钢管外径的无缝钢管焊成的框架 ， 高 1 6m左右 。 内 、 外架钢管的具体规格应由计算确定 。 一般常用的规格 ， 外架为 48mmx 3 5mm，内架为 63 5mm 4mm。 内架的立管套在外架的立管上 ，内架可沿外架立管上下滑动 ， 滑动的幅度即为每次升 (降 )的幅度 。 外架和内架均各设有两个与建筑物墙或柱连接的固定附墙支座 。 当进行提升时 ， 首先将提升葫芦悬挂在外架的上横杆上 ， 通过钢丝绳用吊钩吊住内架的下横杆 ， 松开内架与建筑物墙 (柱 )的连接 ， 操纵提升葫芦提升内架 ， 再将内架与建筑物连接固定 ， 然后将提升葫芦悬挂到内架的上横杆上 ， 钢丝绳吊住外架的下横杆 ， 松开外架与建筑物的连接 ， 操纵提升葫芦提升外架 ， 然后格外架与墙 (拄 )连接固定 ， 即完成一个提升循环 。 每一提升循环 ， 可提升 1 2 1个楼层高度 。 内 、 外架如上所述交替提升 ， 升降架即可沿建筑物逐步升高 。 下降时的操作与提升时相似 ， 只是依次将内 、 外架下降 。 每两个升降架之间用钢管横向连接起来组成一个脚手架单元 ， 两个升降架之间距离一般不大于 4m， 两个脚手架单元之间保持 10cm间隙 。 工作时将各脚手架单元连接起来形成整体脚手架 ， 升降时 ， 拆开单元之间的连接 ， 各单元独立进行升降作业 ， 一个脚手架单元的两个升降架在升(降 )时必须严格保持同步 。 图 4 10是套管式升降架的提升过程示意图 。 2 整体提升式 整体提升式外墙脚手架的构造示意图如图 4 11所示 。沿建筑物周边等间距布置若干承重三角架 ， 承重三角架与建筑物的墙或柱用连接螺栓连接固定 。 在承重三角架上搁置水平承重桁架 ， 按常规方法在水平承重桁架上搭设脚手架 ， 脚手架高度为 4个楼层高度 。 脚手架内侧沿墙高安装若干导向滑轮 ， 使脚手架可沿建筑物墙 (柱 )升降 。 在承重三角架上方安设提升机三角架