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浅谈斜拉式悬挑外脚手架设计斜拉式悬挑外脚手架是一种常见的建筑施工脚手架形式,广泛应用于高层或超高层建筑的外墙施工中。其设计结合了悬挑结构和斜拉索技术,具有承载能力强、安全性高、经济性好等特点。以下是关于斜拉式悬挑外脚手架设计的简要介绍。
斜拉式悬挑外脚手架主要由悬挑梁、斜拉钢丝绳、立杆、水平杆和剪刀撑等构件组成。悬挑梁通常固定在建筑主体结构上,通过预埋件或锚固件实现稳定连接;斜拉钢丝绳则从建筑主体上部向下拉结至悬挑梁端部,起到增强承载力和减少悬挑梁弯矩的作用。这种设计有效降低了对建筑主体结构的荷载传递要求,同时提高了整体稳定性。
在设计过程中,需综合考虑以下几个方面:首先是力学计算,包括悬挑梁的抗弯强度、斜拉索的拉力以及脚手架的整体稳定性;其次是材料选择,通常采用高强度钢材以满足承载需求;最后是安全防护措施管线下沟及回填技术交底,如设置防护网、踢脚板等,确保施工人员的安全。
与传统落地式脚手架相比,斜拉式悬挑外脚手架减少了对地面空间的占用,适用于场地狭小的施工环境。此外,它还可以分段搭设,灵活适应不同高度的施工需求,从而降低材料成本和施工难度。
总之,斜拉式悬挑外脚手架的设计充分体现了现代建筑施工技术的科学性和实用性,为高层建筑施工提供了可靠的技术支持。
A、受力情况计算:
An=5980 ㎜2 Aw=10000 ㎜2 φ=1.2 An /Aw=0.72
μs=1.3φ=0.936 μz=2.09(B类地区,100 m高度)
ωo=0.45 KN/㎡
ωK=0.7μsμzωo=0.616 KN/㎡
Nlw=1.4ωK Aw=1.4×0.616×3.6×3.0=9.31 KN
Nl= Nlw+No=9.31+5=14.31 KN
B、扣件抗滑移验算:
采用两个扣件与立杆相连,Rc=8×2=16 KN>14.31 KN,满足要求。
C、连接钢筋抗剪验算:
τ=Nl/A=14.31×103/(3.14×202/4)=45.57 MPa<fv=120 MPa
D、钢管净截面强度验算:
受力简图如图,采用[12槽钢作钢梁,φ12.5钢丝绳(6×19)作吊杆,楼层层高3.25m,吊杆与钢梁夹角为23.305°。
槽钢抗弯验算(按简支梁计算):
N外=10.76 KN N内=9.73 KN
MmAx=(9.73×0.4/1.4)×1.0
选用[12槽钢,Wx=61.7㎝3
σ=MmAx/Wx=2.78×106/(61.7×103)
=45.06 MPa<f=205 MPa满足要求。
F=N/Cos23.3050= (N外+N内×0.4/1.4)/Cos23.3050
=(10.76+9.73×0.4/1.4)/0.918=14.75 KN
[Fg]=aFg/K=0.85×114.5/6=16.22 KN>F=14.75 KN,满足要求。
四、脚手架设计及构造要点
1、悬挑架结构型式为槽钢梁加斜拉索组成的外挑结构。槽钢采用[12,安全系数4以上;斜拉索为φ12.5钢丝绳(6×19),安全系数6.5以上(钢丝绳安全系数6)。即中间如有一根吊索因意外原因断开仍能保证安全要求。槽钢及吊索于低应力状态下工作,其应变较小,能满足脚手架刚度要求。悬挑结构构造措施如图。
2、连墙件为保证脚手架可靠受力的关键因素,因按计算要求,单个扣件抗滑移不够,故采用连墙钢管与脚手架内外两根立杆扣件连接,钢管与建筑物采用钢管上钻洞与预埋钢筋销接,以提高连接强度(构造如图)。在常规做法中,采用短钢管与内立杆扣件连接,因单个扣件抗滑移仅为8KN,而连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力按《规范》要求为5KN,即仅有3KN可用于抵抗风荷载引起的轴向力,一般情况下是难以实现的,特别是对于高层建筑,此种构造无法满足计算要求。
3、因高层脚手架承受风荷载较大,脚手架的平面外刚度对保证其可靠受力相当重要,故自十八层楼面开始,每一悬挑段第九步上加设连续的水平斜撑,以增加架体整体刚度。(如图)
本工程现已竣工,脚手架使用过程中,经历了夏季暴风雨的洗礼某新建闸门及弧形钢闸门设备安装工程施工组织设计,未出现不安全状况,实践证明此种形式的脚手架是安全可靠的。斜拉式悬挑脚手架较其它斜撑式、悬臂式等悬挑脚手架大大节约了一次性投入成本,并且悬挑用具回收及重复利用率较高。下面是一个立杆间距的悬挑用具费用情况对比:
[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》第三版
[3]杜荣军:“有关正确理解和应用《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》设计计算规定的几个问题”,载于《建筑安全》2002年第4、5期。
[4]周忠玉、陈同存:“按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》进行设计计算初探”,载于《建筑安全》2002年第4期。
[5]牛广文:“扣件式钢管脚手架风荷载标准值计算”,载于《建筑安全》2003年第3期