技术园地 第２９卷２０１１年第１期 ｅｃｈ ｎｉｃａＩ Ｓｃｏｐｅ 高层建筑施工中悬挑式脚手架的设计与应用 张文喜 广东泰安房地产集团有限公司，广东汕头５１５０４１） 【摘要】结合工程实例，介绍了高层建筑施工中悬挑扣件式脚手架的设计与应用技术，并针对脚手架的形式和尺寸、构配 件强度验算、连墙件稳定性验算、卸载计算和钢丝绳安全系数的取值及其在卸载中的应用等问题进行了探讨。 【关键词】脚手架；钢丝绳安全系数；悬挑式；落地式；悬挑工字钢架 【中图分类号】ＴＵ７３１．２ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１６７１—３７０２（２０１１）Ｏｌ一００３２—０４ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｆａｌｓｅ Ｗｏｒｋ ｉｎ Ｈｉｇｈ Ｒｉｓｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｚＨＡＮＧ Ｗｅｎ一 ｕａｎｇｄｏｎｇＴａｉａｎＲｅａｌＥｓｔｏｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｔｏｕ ５１５０４１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｐｒｏｊｅｃｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｆａｌｓｔｅｎ ｓｔｙｌｅ ｆａｌｓｅ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｓｉｚｅ ｏｆ ｆａｌｓｅ ｗｏｒｋ，ｃｏｍｐｏｓｅｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｈｅｃｋｉｎｇ，ｗａｌｌ ｃｏｎｎｅｃ￣ｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｈｅｃｋｉｎｇ，ｕｎ－ｌｏａｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ａｎｄ ｉｔ＇ｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆａｌｓｅ ｗｏｒｋ；ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ；ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｓｔｙｌｅ；ｆｌｏｏｒ ｓｔｙｌｅ；ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｉ ｓｔｅｅｌ ｆｒａｍｅ 近１０年来，笔者先后参与了７个工程项目的高层 ４～３３层层高均为２．９ｍ：第３３层檐口标高为９８．７ｍ，屋 建筑扣件式钢管外脚手架（多为悬挑式的外脚手架）的 面梯问层高２．５ｍ，屋面梯问最高点高度为１０１．２ｍ。 设计与计算工作。在这７个工程项目中，有６项（其中 裙楼架空层第ｌ～３层采用落地式钢管外脚手架： １项是６栋３３层的商住楼）已经交付使用，并取得了 塔楼第４～３３层脚手架是：架子下部２９ｍ范围内（标 良好的技术效果和经济、社会效益。 高１１．７～４０．７ｍ）采用双排单杆，由标高ｌ１．７ｍ处的悬 关于钢丝绳安全系数的取值问题，考虑到外脚手架 挑工字钢承受荷载：上部５８ｍ（标高４０．７～９８．７ｍ）采用 卸载时，其吊点在立杆与纵、横向水平杆的交点处，钢丝 钢丝绳斜拉，分６次卸荷。 绳必须由纵向水平杆底部兜紧，此处的钢丝绳可以作为 ２）采用密目式安全立网全封闭双排脚手架，钢管 有绕曲的吊索来取值，因此，将钢丝绳的安全系数值由８ 为 ４８￣３．５，作业层２层（见图１）。连墙件布置为： 改为６。经过后３个工程的实践检验，证明这种做法是合 标高２９．１ｍ及其以下为２步３跨；标高２９．１ｍ以上则 适的，既能保证施工安全，又降低了工程成本。 为２步２跨毛竹脚手板沿纵向铺设，满铺，自重标准 １工程概况 值为０．２０ｋＮ／ｍ２ｏ同时进行装修施工层数为２层：脚手架 汕头市泰安星光华庭项目位于金砂东路与华山路 采用密目式安全网；剪力撑全高连续搭设。 交叉处的西北侧。该工程由２座共６栋３３层的商住楼 用于脚手架计算的有关参数如下： 组成，框架剪力墙结构，总建筑面积约１４．７万ｍ２：地下 钢管的回转半径：ｒ＝１．５８ｃｍ ２层，地上第１～３层大部分架空，用于游泳池及其他娱 钢管的惯性矩：，＝１２．１９ｃｍ 乐设施建设：采用钻孔灌注桩基础。 钢管的截面积：Ａ＝４．８９ｃｍ２ １）地上首层层高４．５ｍ，第２、３层层高为３．６ｍ，第 钢管截面模量：Ｗ＝５．０８ｃｍ。 作者简介：张文喜，男，工程师，国家注册一级建造师，主要从事建 钢材的抗弯强度设计值：厂＝２０５Ｎ／ｍｍ 筑工程项目管理工作。 钢材的弹性模量：庐２．０６ｘ １０ Ｎ／ｍｍ２ ．３２ ０．３ｍｍ镀锌铁皮，高１８０ｒａｍ；每隔５个步距（９ｍ）设封 底网于小横杆下面，以防坠物。 ／ ２计算 １）横向水平杆的抗弯强度及挠度验算 抗弯强度：ｆ，＝３５．８２Ｎ／ｍｍ 户２０５Ｎ／ｍｍ２，满足要求。 由《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》 １～立杆；２一纵向水平杆 Ｅ ０｛Ｌ＿＝一 Ｅ∞十● ●｛ ０ Ｅ苫 ＪＧＪ１３０－－２００１（以下简称《规范》）表５．１．８查得，容许挠 ３一横向水平杆 度［ 】＝ １５０＝５．３３ｍｍ。 （ａ）平面图 （ｂ）立回图 挠度：Ｖ＝０．３６ｍｍ＜［Ｖ】，满足要求。 图１ 全封闭双排脚手架平、立面示意图 ２）纵向水平杆的抗弯强度及挠度验算 悬挑总高度：Ｈ＝２．９ｘ ３０＝８７ｍ 抗弯强度：ｏ－＝１０８．３Ｎ／ｍｍ 户２０５Ｎ／ｍｍ ，满足要求。 立杆横距：／ｂ＝０．８ｍ 挠度：Ｖ＝２．７１ｍｍ＜［Ｖ］＝１５００／１５０＝１０ｍｍ，满足要求。 立杆纵距：Ｉｕ１．５ｍ ３）纵、横杆与立杆连接时的扣件抗滑验算 立杆步距：ｈ＝１．８０ｍ 直角扣件、旋转扣件（抗滑）的承载力设计值： 施工荷载：２ｋＮ／ｍ Ｒｃ ８．００ｋＮ。 基本风压：０．８ｋＮ／ｍ 纵、横杆传给立杆的竖向力设计值：Ｒ＝２＿３× 挡风面积（Ａ ）／逆风面积（Ａ ）＝０．５４ １．７３＝３．９８ｋＮ＜Ｒｃ＝＝８．００ｋＮ，扣件的抗滑承载力满足要求。 该工程在悬挑工字钢以上２９．０ｍ处卸载，也就是 ４）立杆的稳定性验算 在标高４０．７ｍ处卸载；从标高４０．７～９８．７ｍ共５８．０ｍ 由《规范》第５－３．７条中的公式日 ［／４】／（１—０．００１ 范围内，采用钢丝绳斜拉，分６次卸载。 ×［／ｔ］）及表Ａ一１得：ｇｆ０．１２４８。 ３）采用工字钢悬挑梁附加钢丝绳斜拉加强，钢梁 ①脚手架结构自重标准值产生的轴向力：ⅣＧ。 为Ｉ １６工字钢，每隔１．５ｍ（即每跨）设置１根，长３．０ｍ， ３．７３ｋＮ。 其中悬挑出结构外１．２ｍ，在悬挑端底用６×１９绳芯 ②构配件（脚手板、栏板、挡脚板和安全网）自重标 ｌ １４．０的钢丝绳兜紧斜拉，钢丝绳另一端固定在上一 准值产生的轴向力（步数：２９．０／１．８＝１６．１１，取ｌ７步计 层预埋在梁、柱或剪力墙中的 ｌ８吊环上；钢梁伸入 算。根据施工现场实际情况，脚手板１７步均设）： 楼层内１．８ｍ，与主体结构用 ｌ６预埋圆钢筋套环焊 ＾ 啦ｌ ．５ ｌｋＮｏ 接牢固（见图２ ｏ双排钢管（立管）脚手架底部架坐落 ③活荷载即施工荷载标准值产生的轴向力： 在工字钢梁悬挑部分，在挑梁上焊１２０ｍｍ高的 ２８ Ｎ￣－＝３．３ｋＮ。 钢筋头，插入立杆钢管内防止立杆滑移偏位。同时挑梁 ④不组合风荷载时，立杆段的轴向力设计值： 端底部架加设２根斜撑杆，以及在立 杆下部设２道扫地杆，以确保底部架 的稳定（见图３）。 １一ｌ６号工字钢 ４）位于不需要悬挑范围内的脚 ２一中ｌ６圆钢筋套环 手架，采用全落地外脚手架。在标高 ３一中２８钢筋，ｌ＝１２０ｍｍ ４—６ｘ ｌ９的中ｌ４钢丝 ２９．１ｍ以上的６９．６ｍ部分（标高 斜拉绳 ２９．１～９８．７ｍ），采用钢丝绳斜拉，分７ ５一中１８吊环上 ６一花篮螺栓（可调） 次卸载。其做法同悬挑梁上的５８．００ｍ ７—２根斜撑杆 部分（采用钢丝绳斜拉分６次卸载）。 ８—２道扫地杆 ５）连墙杆必须采用可承受拉力 ｏｏＡ８ ，¨１９一限位钢筋 ３ｏ０ ８００ 和压力的构造；脚手板挡板采用 图２钢筋套环处理 图３悬挑式外架搭设构造示意图 一３３一 ｌ垫 堕 ｅｃｈ￣ｉｆｃａｌ Ｓｃｏｐｅ Ｎ＝Ｉ４．５ｌｋＮ。 ⑤杆计算长度：ｌｏ－ｋｐ－．ｈ 式中 —计算长度附加系数，取１．１６： 一考虑脚手架整体稳定因数的单杆计算长度系数； 一立杆步距。 经计算， ３．１２ｍ 长细比：ａ＝ｌｄｒ＝１９７＜［Ａ］＝２１０ 稳定系数： ＝０．１８６ ⑥立杆稳定验算 不组合风荷载时，ＮＩ９ Ａ＝１５９．５３Ｎ／ｍｍＺ＜ｆ＝２０５ Ｎ／ａｒｍ ，立杆稳定性满足要求。 组合风荷载时，风荷标准值： ｗｋ＝Ｏ．７ｍ ＯＪｏ－－ｏ．２９２ｋＮ／ｍ２ 风荷产生的弯矩： Ｍｗ＝Ｏ．８５￣１．４Ｍｗｋ＝ｌ／１０（０．８５￣１．４ｏ＆ｌ ｈ２） ＝０．１６９ｋＮｍ ＮＡｐＡ十 ／Ｗ＝１８５．１９Ｎ／ｍｍ ＜ｆ＝２０５Ｎ／ｍｍ ，立杆稳 定性满足要求。 ５ ７可搭设高度验算 ①风荷载标准值产生的弯矩： １／１０（∞ ２）：０．１４２ｋＮ・ｍ ②组合风荷载时的可搭设高度： ｛舻［１．２ ０．８５×１．４（∑ⅣＱＫ＋ ）】｝ 日ｓＵ —————————丁 ————— —一＿ ＝４１．９４ｍ＞２９ｍ，搭设高度满足要求。 ６）连墙件验算 ①扣件连接抗滑承载力验算 在９８．７ｍ处的连墙件的轴向力设计值（按２步２ 跨计）： Ｎ￣＝Ｎｎｖ＋Ｎｇ＝１．４ｍｌ￡×Ａｗ十Ｊ７＼『ｏ：：１３．９８ｋＮ＜２Ｒｃ＝２× ８＝１６ｌ 采用双扣件，即连墙杆采用直角扣件与脚手架的 内、外排立杆连接，连墙杆与建筑物连接时，在建筑物 的内、外墙面各加两只直角扣件扣牢，可满足要求。 在２．９×１０＋１１．７＝４０．７ｍ处（２步２跨）： 肌： ＋＾ｆ：＝ｌ０．３０＜２Ｒ￣＝２￣８＝１６ｋＮ，采用双扣件可 满足要求。 在２．９×６＋１１．７＝２９．１ｍ处（２步３跨）： Ⅳ ｈ＋＾ ｌ１．６３ｋＮ＜２Ｒｃ＝１６ｋＮ，采用双扣件可满 足要求。 ．．３４．． ②连接件稳定性验算 连墙杆采用 ４８ｘ ３．５钢管，根据《冷弯薄壁型钢 结构技术规范｝ＧＢ ５００１８－－２００２，Ａ＝Ｕｉ＝１８．９９＜ 】 ＝１５０。查表得， －０．９５。 位于２９．１ｍ处， ＠Ａ＝２５．０６Ｎ／ｍｍ ２０５Ｎ／ｍｍ２， 稳定承载力满足要求。 位于４０．７ｍ处，Ⅳｌ／‘ＤＡ＝２２．２０Ｎ／ｍｍ２＜ｆ＝２０５Ｎ／ｍｍ２， 稳定承载力满足要求。 位于９８．７ｍ处，Ⅳｌ Ａ＝３０．１３Ｎ／ｍｍＺ＜ｆ＝２０５Ｎ／ｍｍ２， 稳定承载力满足要求。 ３选用工字钢 Ｎ＝１４．５１１（Ｎ 当考虑每跨一挑梁时， ｑ ０．２０５ｋＮ／ｍ 肘＝２０．４６２ｋＮ．ｍ ｏ＝－Ｍ／Ｗ￣ｆ＝２０５Ｎ／ｍｍ２ ＝ ＝２０．４６２￣１０３／２０５＝９９．８１ｃｍ 故选用ｌ６号工字钢（ ＝１４０．９ｃｍｒ＞９９．８１ｃｍ３），其 总长为：１．２＋１．８＝３．０ｍ。 ４选用套环 Ｌ＝３．０—１．２＝１．８ｍ 抗：１．５Ｍ＝３０．６９３ｌ（Ｎ．ｎｌ Ｍ抗亿＝１７．０５ｋＮ 故选用 １６套环。套环应采用Ｉ级钢（ＨＰＢ２３５） 制作，严禁采用冷加工钢筋。 ５卸载计算 Ｉ）斜拉吊点竖向距离为：５８．０ｍ／６＝９．７ｍ，即分６次 卸荷。吊点水平距离为２个纵距，即 ＝２ｘ １．５＝３．０ｍ。 ２）吊点必须在立杆与纵、横向水平杆的交点处，钢 丝绳必须由纵向水平杆底部兜紧。 ３）吊点应设双根横向水平杆，１根与立杆卡牢，另 １根与纵向水平杆卡牢，两根横向水平杆端头与建筑 物项紧，或用螺栓固定在墙面预埋件上，以承受斜拉引 起的水平力。 ４）架子竖向１个吊点范围内，１个纵距的荷载设 计值计算。 步数：９．７／１．８０＝５．３９，按６步计算 根据施工现场实际情况，脚手板、栏杆按６步均设； 操作层脚手架立杆自重：６ ｘ １．８０×０．１２４８× ２＝２ ７００ｋＮ ——钢丝绳受力不均匀的钢丝破断拉 力换算系数，ａ＝０．８５。 经计算， ≥ （＿ ＝１３６．９４ｋＮ 故采用６×１９绳芯１ １４钢丝绳（抗拉强 度为１８５０Ｎ／ｍｍ ）， ＝１３４．０ｋＮ １３６．９４ｋＮ，误 差２．１５％： 或采用６×３７绳芯１中１５钢丝绳（抗拉强 度为１７００Ｎ／ｍｍ ）， 一１４５．０ｋＮ＞１３６．９４ｋＮ，符 合安全要求。 图４斜拉钢丝绳 卸载计算简图 图５防止大横杆向上滑移做法示意图 ７）与钢丝绳配套使用的卡环 根据已选用的 ｌ４钢丝绳（或 １５钢丝 脚手板：０．２０￣（０．８＋０＿３）×１．５ｘ ６＝１．９８ｋＮ 绳），查表得，卡环为２．１号，其安全荷载为：２１．０ｋＮ ＞１９．４０ｋＮ，符合安全要求。 ８）工程结构上的预埋吊环计算 吊环钢筋面积：Ａｇ＝ １９４００／１００＝１９４ｉｎｎｌ 栏杆：０．１４ｘ １．５×２＋４ｘ（３．８４ｘ １０ｘ １．５＋１３．２）／１０００ ＝０．７０３ｋＮ 安全网：０．００５ｘ １．５ｘ ９．７＝０．０７３ｋＮ 活荷载：（０．８＋０．３）×１．５×２ｘ ２＝６．６ｋＮ 荷载设计值：Ｎ＝Ｉ．２×（２．７００＋１．９８＋０．７０３＋０．０７３） ＋１．４ｘ ６．６＝１５．７９ｋＮ 选 １８ Ｉ级钢（ＨＰＢ２３５）钢筋，则 Ａ ｇ＝２５４．５ｍｍ＞１９４ｍｍ ，符合安全要求。 ５）卸载。架子的全部荷载由卸载点承受，由于钢丝 绳拉紧程度不同，内外立杆荷载也不等，综合考虑这些 不均匀因素，不均匀系数Ｋ 取值为１．２。每隔２个纵距 ９）吊点处抗滑承载能力计算 每个扣件抗滑承载能力设计值为８ｋＮ，吊点处水 平分力最大值 ．１７ｋＮ，每个吊点处有两个扣件与 （３ｍ），每个吊点所承受的荷载ＰＩ按下式计算： ｐｔ＝２Ｎ Ｋ ２ｘ（１５．７９） ×１２＝１８．９５ｋＮ ．立杆卡紧，因此，水平方向抗滑满足要求。但垂直方向 分力为１８．９６ｋＮ，用两个扣件显然不够，所需扣件数ｎ＝ ＝２Ｉ３７个，因此，要采取措施防止大横杆被钢丝 Ｏ ＝５０００／１ １００＝４５４５，符合 尽量大的要求。 绳兜起沿立杆向上滑移。其方法如图５所示。这样加固 后，每个节点共有５个扣件，能保证大横杆不沿立杆向 斜拉钢丝绳卸载计算简图如图４所示。ａ＝７７．５９。， 因Ｃ点无垂直反力，因此，Ａ、Ｂ两点斜拉钢丝绳的垂 上滑移。 ６结 语 直分力分别与该点作用的荷载ＰＩ相等。 Ｐ１ｘ ’） ＝＿１．０２４Ｐｌ 该工程于２００８年ｌ２月３１日竣工交付使用。实 践证明，该悬挑扣件式钢管外脚手架系统稳定可靠、 性能优良，在施工中达到预期效果，受到有关各方的 好评。 １ ０２４×１Ｒ ９５＝１９ ４０ｋＮ ＰＩ× Ｘ／５ ２＋（０．３）２＝１８９８ｋＮ ．Ｐｌ 丁１．１＝一４１７ｋＮ ．Ｔｎｃ＝一Ｐｌｘ ０３／５＝一１．１４ｋＮ 参考文献 ［１］中华人民共和国行业标准．建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术 规范（ＪＧＪ １３０－－２００１）［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００１． ［２］ＧＢ ５００９－－２００１，建筑结构荷载规范［ｓ］北京中国建筑工业出版 社，２００２． ６）钢丝绳的抗拉强度验算 Ｐｘ≤譬，则 ≥ 式中 一钢丝绳的计算拉力（１９．４０ｋＮ）； 钢丝绳安全系数ｋ＝６（作吊索，无弯曲时） Ｐ 一钢丝绳破断拉力总和（ｋＮ）； 【３】刘群．建筑施工扣件式钢管脚手架构造与计算［Ｍ】．北京：中国物价 出版社，２００４． 一３５．