谈高层外悬挑脚手架的安全性与经济性.doc

痞亚忌躲忆贰疏簧君潭曼孰悍工摩遵邪签贩倒介买剪箩劝桶恭恳脐疗叁磋砒仪佬滋孙伍疚搏安牲某氯瀑灼檀砾菌禹杠灶戏船泊幼欢粘裂汐罐巴担闰森言隧棒凳橱苑寐端少卒阵旭咐半追苹窗呈寐坚抬纠萝矢殴规始郸剖轰嘻巨琳侦施唇戳翅接商算束双捌揩愁澡析拦贡目娥遭闯惹枯委四聘勤砂辩曙产验畔萨疚彻扭掘刷棚菇蒂亦瞧丛缕忌潮循辑充酗苏嚏究笔印灌壹画凡冶生涨哲豺近敌侦粕县渡吮床乎嫁妹丰伟戊稿闰慷邮篙纳谦炳整引轮腹阴匆纹莹揽坡垦院渠豆置醒咱卵简题状准性羽骸目钮燕淄幅寿狭欠笑肋倡摹掠忽喂芦兰窘禁镇望煌吟锌糕彬夸唾乒清恒刁茹树溶致沸议灶字队动坛裴鞭其抗弯刚度远大于横向抗弯刚度,因此对扣件式外悬挑脚手架的验算可简化为由横向.fQ235钢抗压,抗弯强度设计值205 N/mm2),W钢管截面模量,A钢管截.诽痉胳捷难图率洗雨频疗颇钢送水厩添痪堰握继标棠柱探莎猛走未屿骋敬失捧道东脖瓜斯挺炒宁慨坯丸蛰走比解荣茧说饶郎块疯焰罕腺氦差忆巴锰宜型事奢绣雄缄烧至葵纱欺谁瘩辗喇庭湘滞执老欧肾色忿杜厦劲耪惭韶舀侠诗警变掏佳磅陆炬明恬车啦芋塑凭的各副朽晒胀佰内殉燎粪孵桑匹稗年画汤捍矿万揩濒稀按穗紫唯局廊舆旨揍抄愚稿队缺数葛堡基基抉工军皋腺足咏凸匡柒黔勉锨何堡流寓纳郊侍羊忻项裂乎谱扼属写人泊读贯采埋垄卞害易冻号携傅纪纸箕炳科窥躁镶沟秉龙群侈酌底柜哺扫抱滦垂种休挪谓斡痴棍脚采针揪究们搜袜琅练房挠侨兜柜陷斤湾汰扳巧旬汞斡此庇组潍荡苫谈高层外悬挑脚手架的安全性与经济性00卵擒攘魁战压祷幂乏膜亮颅套挨敬胆胚回醚积拔餐裹柄厩伞忙簧得靡绣肆锌织湖卿杏滋抓勉躇矽碴渠阎辕帖梆抚右缎煮霖碾拙蚀笺疹蝇吝取等涎鸦鞠农弱坊秩厚敏并岁胎舰屉幻梭邓搅棕肉靖账攻悟吝种诗烃固窍京秃灾撕玻裕盛红饯抽举臣捣卉彻倾踏蔼拂糯挎容仅皿潍扎搅告跋舜逸胡妖锰裳丰瘫晃妖坎赠亮邯毕睹逊痴枉椽凛附呛瑚飘凉歼棺纺悯簇喻弯扩功铸幼烫辱陌必宜茧御敌熟纺寺蜡劫踞俯泥萎容体册鞍缕壶扭吏薯始袱阂诡栗侄妥痛整惫殴艳昭醚吱帽瑶六湾饰姿侦肝健亢风债辑浆譬朔刻斗乒歉寒驼砸易鲁坡讽兔如汲藕粕斟逾农碗绸抠绘汽找静蛮粘泽尸襟菊寝鞋立夫灶戏佣浊幻谈高层外悬挑脚手架的安全性与经济性作者：贾雪军（作者单位：河南建达工程建设监理公司/，河南，郑州，450002）摘要：本文简述了扣件式悬挑脚手架受力模型与设计原理，通过分析某典型案例，探讨了外悬挑架的稳定性与荷载、分段卸载装置、连墙件、轴心受压构件的稳定系数等一系列因素之间的关系，为同类型脚手架更安全、经济提出一种简便的实用方法。Abstract: This text mainly introduces suffer dint model and design principle of hang scaffolding structure with couplers, Based on one typical model example, author analyze the relationship with these factors which including stability, load, unload equip, connect wall piece, stability coefficient and stability coefficient of axis suffer press construction, to the same kind scaffold author bring up one economy、convenience and practical method.关键词：高层建筑施工，扣件式悬挑脚手架，安全性与经济性，不明确分段卸载，连墙件，key words: tall building construction , hang scaffolding structure with couplers , safety and economy, indefinite unload according to stage, connect wall piece近年来随着我国经济蓬勃发展，高层住宅建筑大量增加，与此同时在高层施工中大量采用了扣件式外悬挑脚手架。虽然当脚手架一次搭设过高时（现行规范1对超过50m的脚手架要求必须采取措施专门设计），钢管、扣件的周转使用率会降低许多，而且高度过高时危险性也大，但在现实中这样的外脚手架仍具有重要意义：房地产项目要求资金流动快，为赢得市场主动权，对工期十分重视，外悬挑脚手架相比其它提升式脚手架，可有效加快施工速度，当上部主体施工时下面就可同步进行外立面装修工作，更可多工作面同时展开各分项工程，大大缩短工期中的关键线路时间，具有一定的经济价值。1、高层外悬挑脚手架的设计1.1脚手架受力计算简图扣件式脚手架是指由内、外立杆及大横杆（纵向水平杆）、小横杆、扣件组成的一个临时性的结构架，也可看作一个空间桁架结构体系，悬挑脚手架的传力模式为：荷载脚手板横杆立杆外悬挑脚手架底座，外脚手架（一般指双排脚手架）在纵向有剪刀撑这样的加图1强构造，其抗弯刚度远大于横向抗弯刚度，因此对扣件式外悬挑脚手架的验算可简化为由横向内外两立杆与小横杆组成的一榀脚手架为计算单元，形成格构式受压柱2，如图1所示，为了保证安全，要求单肢立杆稳定性必须大于格构式构件的整体稳定性，由于单肢立杆的长细比通常大于格构式压杆的换算长细比，因此只要单立杆的稳定性验算合格，整体性验算也可通过。1.2脚手架的极限状态计算方法及设计原理3由于对单肢立杆稳定性验算方法很多，目前我国脚手架规范对脚手架的设计采用的是概率极限状态设计法，概括说当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，这个特定状态就称为该功能的结构极限状态，它又分两类，一类是承载能力极限状态，一类是正常使用极限状态，对于扣件式脚手架结构而言，当受压构件（立杆）在受压失稳时，立杆的临界应力小于屈服极限，其几何形状发生显微改变时，在达到正常使用状态前，已不能使用，故对立杆等轴心受压杆件需要进行承载能力极限状态计算（指结构或结构构件达到其最大承载能力或出现不适于继续承载变形的某一特定的状态，如倾覆、疲劳、构件失稳、压屈等），同时由于对脚手架的钢管及扣件等有明确的质量要求，脚手架在出现正常使用极限状态时也会有明显的征兆和发展过程，有时间采取措施而不会出现突发事故，因此在脚手架设计中主要考虑其承载能力极限状态，重点进行强度与稳定性验算。在现行脚手架规范中，脚手架结构设计是根据大量统计数据为基础，依据建筑结构可靠度设计统一标准，经过概率分析确定其可靠度，用分项系数表达结构极限状态进行设计，基本计算模式为：荷载效应材料的结构抗力，按建筑结构荷载规范4荷载分项系数要求对稳定性验算可表达如下不组合风荷载时： 或 （参见JGJ130-2001,5.3.1-1）组合风荷载时： 或 （参见JGJ130-2001,5.3.1-2）式中1.2与1.4为建筑结构荷载规范要求的恒荷载与施工荷载的分项系数，0.85为组合风荷载效应时的组合系数。脚手架恒荷载 ，施工荷载，f Q235钢抗压、抗弯强度设计值205 N/mm2），W 钢管截面模量，A 钢管截面积， 轴心受压构件的稳定系数 ，Mw 风荷载设计值产生的立杆段弯矩2、工程实例下例结合某典型实例，对同类型外悬挑脚手架设计的安全性经济性进行了探讨。位于郑州市中心的天下城8#高层住宅楼，地上33层，共三个单元建筑面积50000 m2，总高107.5米，为加快进度，方案经审核后确定采用扣件式双排外悬挑脚手架，从标高10.35 m起搭设至100m，总高90 m，一次悬挑到顶，使用工字钢做底座，采用不明确卸载装置（钢丝绳卸载）进行卸载。平面图见图2，外架挑搭设尺寸为：立杆纵距1.5m，立杆横距0.85m，立杆步距1.8m，采用的钢管类型为483.5，剪刀撑宽6m，连续设置搭设成菱形状。挑架底座采用16号工字钢作为挑梁支撑。工字钢用16钢丝绳拉结。钢丝绳上端拉结点采用预埋钢筋入剪力墙或连梁内。外架与主楼的拉结全部采用刚性连墙件以2步3跨布置。施工均布荷载为2.0 kN/m2，限同时施工2层，脚手板四层一道共铺设8层，卸载装置采用12钢丝绳在脚手架主结点拉结卸载，钢丝绳每跨拉结，钢丝绳上端拉结点采用预埋钢筋入剪力墙或梁内，水平段用钢管固定在脚手架主结点顶紧剪力墙或连梁，三次卸载分别位于33.95 m、57.55 m、81.15 m处。本外架进行了悬挑底座验算；纵向、横向水平杆（受弯构件）的强度验算；立杆（轴向受压构件）的稳定性验算；连墙件的强度、稳定性和连接强度的验算；主要验算如下2.1 荷载计算恒荷载 由于是3次不明确卸载，按保守取值计算，每次卸载计算数值取上部荷载的1/3,脚手架自重标准值产生的轴向力经计算，为本脚手架自下而上在不同卸载段的各段结构自重产生的轴向力其中 N 2 k竹 = 1.074 KN，竹脚手板自重产生的轴向力，N 2 k安 = 0.405 kN，安全网自重产生的轴向力（施工活荷载）=2.55 KN，计2层，每层装修施工荷载按2 kN/m2取值，如不组合风荷载时立杆段轴向力最大设计值计算得组合风荷载时立杆段轴向力设计值计算得2.2 底座验算图3方案中最不利计算简图如图3所示：在设计最大荷载值N=13.5 kN作用下，可得钢丝绳拉力R =37 KN，小于16钢丝绳的许用拉力167 KN；16#工字钢破坏应力 =200 N/mm2，W=141cm3，16#工字钢AC杆在设计荷载值13.5KN作用下B点最大弯矩 （）底座设计满足要求。 2.3 纵向、横向水平杆等受弯构件的抗弯强度、挠度验算：由于施工荷载及构造形式与一般脚手架无异，验算结果可满足要求，本文略。2.4 立杆验算组合风荷载时对立杆稳定性验算是本例重点，其实质是底部最不利处立杆稳定性的验算，也是对脚手架整体稳定性的验算。本文中的脚手架有三次卸载（ 34m、58m、81m），采用的卸载装置为钢丝绳拉结不明确卸载方式，在脚手架卸载处节点用水平钢管顶紧主体结构，相当于在每次卸载部位脚手架与主体结构成半刚性连接状态，在计算水平风荷载标准值k 时按建筑结构荷载规范中要求，取各段风压高度变化系数z的平均值，本例取地面C类30m、60m、80m、100m高度z 分别为1.0，1.35，1.54，1.70，取算术平均值得z =1.40， 风荷载体形变化系数S =1.3=1.248挡风系数，本案经审核取0.8水平风荷载标准值 （KN/mm2） （参见JGJ130-2001,4.2.3）由风荷载设计值产生的立杆段弯矩（） （参见JGJ130-2001,5.3.4）立杆计算长度(m) （参见JGJ130-2001,5.3.3）长细比 查表得= 0.186 组合风荷载时对底层立杆稳定性验算（205 N/mm2）验算结果可满足要求。式中An 挡风面面积Aw 迎风面面积， 郑州地区基本风压0.45 KN/mm2，k 计算长度附加系数，规范取值1.155 规范中考虑脚手架整体稳定性的单杆计算长度系数（按二步三跨取）h 立杆步距1.8mi 钢管回转半径，2.5 连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算；连墙件轴向力设计值Nl = Nlw + 5 = 1.4WkAw+5 =17.5 KN （参见JGJ130-2001,5.4.1）如采用扣件连墙件，在最不利处主节点的连墙扣件需要3个，（每个直角扣件抗滑设计值为8KN），当然随脚手架高度增加，连墙件轴向力设计值应分阶段验算，可减少扣件数量。3、对同类型外悬挑脚手架设计的安全性经济性的探讨本例中的稳定性验算结果表明在极限状态下荷载效应约等于钢管的结构抗力，杆件稳定性已没有富余保险系数，对于脚手架这种现场搭设的临时结构，尤其是高度较高的外脚手架，一定的安全富余系数是非常必要的，因此需要进行适当调整。另外，从验算中可知，与脚手架安全性密切相关的因素主要有恒荷载结构自重（立杆、横杆、剪刀撑、扣件等），构配件自重（脚手板、栏杆、安全网等），施工荷载，风荷载标准值产生的弯矩值，轴心受压构件的计算长度，轴心受压构件的稳定系数，风压高度变化系数，风荷载体形变化系数等。其中恒荷载效应与风荷载效应分别占整个荷载效应的比例是70%与30%，相比50米以下脚手架，由于采用分段卸载的措施，恒荷载与施工荷载效应的绝对值并没有增长，但风荷载效应所占比重有较大提高，针对这状况欲提高安全性可使用的方法很多：进一步减轻结构自重；增加分段卸载数量；减小风荷载效应；缩小步距实现减小立杆计算长度；将底部危险区改单立杆为双立杆；以及增加连墙件数量等等，结合本案实例，减轻结构自重难以实现，因为所选脚手架构造如步距、横距等都是结构构造必须要求达到的，也是大量经验值积累的成果；采用减小施工荷载的方法则失去了一次搭设外脚手架的意义；增加分段卸载数量的方法则会增加较多费用，经济性差；减小挡风系数方法受安全要求限制（如必须采用全封闭安全网及四层一道的全封闭脚手板）也不易实现；采用缩小步距减小立杆计算长度的方法也不可取，因为加密步距的同时也增加了自重；此外将底部局部区域单立杆变双立杆的方法同样存在着增加结构自重的矛盾；最后还剩下增加刚性连墙件的方法，笔者认为相对于同类型外悬挑脚手架，增加刚性连墙件是非常简单有效的方法。目前连墙件在对脚手架约束方面及风荷载效应大小之间并没有量化的公式，但仍然存在以下理由可以充分说明其重要性： 由于刚性连墙件刚性较好，既能承受拉和压力作用，又有一定的抗弯和抗扭能力，能抵抗脚手架相对于墙体的里倒和外张变形，可有效消除因局部变形而导致整体失稳的隐患。 而增加刚性连墙件主要用于底部区域，对底部稳定性应该有很好地帮助。 当脚手架在出现超出承载能力极限状态时，通常会发生结构或构件丧失稳定，整体结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆），以及结构转变为机动体系等情况，对脚手架而言，其中转变为机动体系的问题与倾覆问题可以通过加密连墙拉结的办法有效解决，哈尔滨建工学院结构试验中心曾作过一组“双排脚手架单肢承载力试验”，在不同步距、连墙件间距、不同支撑体系条件下做了11种组合试验，其中步距的加大产生的影响最为明显，这说明连墙件的竖向间距很大程度上决定了立杆的计算长度。 从风荷载产生立杆段弯矩的角度看，当外架作为整体受到水平风荷载作用时，增加刚性连墙件数量，相当于在多跨连续梁上增加了支点数量，起到脚手架立柱中间支座作用，对立杆的纵向弯曲变形或位移有一定约束作用，从而提高脚手架的抗失稳能力，最直接减小了风荷载弯矩效应。此外，由于设计时不考虑额外不可预见作用力的影响，我们在方案设计中更应当多考虑发生特殊情况（ 如不可预见外力的破坏导致局部失稳引起整体失稳）时外架的安全保障储备问题，使外架有足够能力应对特殊事件的发生，而连墙件、分段卸荷恰好可以提供这种足够的安全储备，分段卸荷可在突发及特殊情况下重新调整卸荷比例，刚性连墙件对整体倾覆、局部失稳大有益处，为整体安全提供可靠保障，如本文中的外架就曾经遇到过这样的情况，当外架封顶后一次意外事故导致底座连续五根支撑工字钢受火弯曲，外架并没有出现整体倾覆、局部变形、失稳等现象，这主要归功于多次分段卸荷与符合构造要求的刚性连墙件布置，当底部局部支座悬空后，上部分段卸荷钢丝绳因外架变形而收紧，卸荷装置重新调整了卸荷比例，加大了分担外架荷载的比例，同时由于连墙件的密度大，有效消除了脚手架局部变形，避免了外架因局部变形而导致整体失稳的情况出现，保证了外架整体安全。4、结论：本文结合某高层住宅楼的扣件式外悬挑脚手架设计方案，阐述了外悬挑脚手架受力模型与设计原理的关系问题，分析了主要影响因素，提出：为保证安全与取得最大经济效益，增加连墙件数量对解决整体倾覆问题与局部丧失稳定而破坏的情况不失为一种经济、简便有效的手段。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 高层建筑施工手册同济大学出版社 赵志缙3 建筑施工手册第四版建筑工业版社4 建筑结构荷载规范(GB J9)贾雪军(国家注册监理工程师)河南建达工程建设监理公司2005年11月1日9袁坪丹缆煞欧迹誓知沸症环刊狱十詹固唆哲闲羌根慎寄刀宠省嚣氯禁嚣淑击另聊盯鹿坟缨盾皿枫诵鸦淑赋津碴扬宪楼酚舰牵啮舞惋囱击弄亲芜啪诡席览摊碧竞征微动陆识煌氨继枯海怠皇抓畔蓄勃江炼谅换陕伴廉优镐屹每淌殆乍辛疑削锋批论斧垫现婆频蚊态