張福養(yǎng)

（南平市延平區(qū)建設工程質量安全站）

1 工程概況

本工程為福建省南平市延平區(qū)某高層寫字辦公樓頂層圓形結構外墻改造工程。該辦公樓為29 層，位于城區(qū)人員密集地段，一層為商鋪，頂層為圓形結構的酒店餐廳，辦公樓一層有兩個側面為商店，一個側面為辦公樓人員出入口，另一個側面為廣場，四周都是人員密集區(qū)域。辦公樓頂層的圓形結構外邊緣大部分都挑出主體結構，因樓層高無法搭設落地或懸挑式外腳手架，結合本工程的特殊性和各個因素，在首要考慮滿足結構及施工安全的情況下，選擇搭設兩個只需滿足一至兩人施工要求的可移動式懸掛腳手架，這樣既可以滿足施工要求，又可以減少架體的過多搭設給圓形結構及架體本身帶來的一系列安全隱患。外墻改造施工可由兩個移動的懸掛外腳手架向兩邊繞圈轉動即可，具體做法詳見圖1～圖3。

圖1

圖2 架體固定端橫面圖

圖3 施工總平圖

2 施工材料及搭設要求

⑴鋼管材質要求：腳手架材質宜采用現(xiàn)行國家標準《碳素結構鋼》GB/T 700 中Q235 級鋼規(guī)定要求的鋼管，外徑為48.3mm、壁厚為3.6mm。每根鋼管的質量不大于25.8Kg。

⑵扣件材質及性能要求：扣件采用符合現(xiàn)行國家標準《鋼管腳手架扣件》（GB 15831）規(guī)定的鑄鋼制作扣件。施工中的每個扣件扭力矩均應達到40N·m 以上要求，且扭力矩到65N·m 時，未破壞。

⑶懸挑處腳手板采用竹制板，側面1.8m 高，底部滿鋪0.8m 寬，采用不小于14 號鐵絲綁牢。

⑷錨固鋼絲繩采用6×37 直徑不小于21.5mm 的鋼絲繩，錨固于已有建筑物砼構件。

⑸平臺內側固定端每個桿件搭接或連接處均在外側設置防滑扣件，懸挑部分架體均在桿件搭接下部增設防滑扣件。

⑹搭設架體時可利用下部主體結構突出部分的屋頂平臺協(xié)助。

3 設計計算

3.1 信息參數(shù)

移動平臺架體高度為5.5m，寬度為0.8m，跨度為2.5m，步距為1.8m，立桿間距1.2m，小橫桿間距1.5m。

桿件采用Φ48.3×3.6，腳手板采用竹制腳手板，欄桿采用相同鋼管桿件即可。

出于安全考慮，施工外墻時，均布荷載不應超過2kN/m2，施工中考慮多人交叉施工情況，按兩層計算，竹制腳手板需鋪設側面防護1.8m 高和底面0.8m 寬，合計2.6m，自重按0.8×4 計算，長度為2.5m。

3.2 荷載分析

3.2.1 恒載標準值GK

⑴鋼管長度

立桿：L=5.5×3×2=33m

大橫桿(每根長度按3m 計）：L=3×3×2=18m

小橫桿(每根長度按1.1 計）：L=3×2×1.1=6.6m

縱向支撐（剪刀撐）：L=4×2×5=40m

整個架體綴條數(shù)量：橫綴條和斜綴條數(shù)量分別為7根和6 根，共有兩面。

L=2×[6×(0.82+0.922)×0.5+7×0.8]=25.80m

∴鋼管總長度為：33+18+6.6+40+25.80=123.4m

鋼管的總重量為：G1=123.4×25.8÷6=530.62㎏

架體結構的邊柱長5.5m，共四根，總重量為：

G2=4×5.5×25.8÷6=98.6㎏

邊柱構造系數(shù)按10%考慮，那么架體自重為：

G=G1+G2×1.1=530.62+1.1×98.6=639.08㎏

⑵腳手板重量

G=30×2.5×0.8×4=240㎏

⑶欄桿重量

G=11×2.5×4=110㎏

⑷防護網(wǎng)重量

G=0.5×2.5×5.5=6.88㎏

⑸固定支座和支架（單個支座重量60㎏）

G=60×2=120㎏

恒定荷載標準值GK：

GK=639.08+240.00+110.00+6.88=995.95㎏

3.2.2 施工活荷載標準值Qk

Qk=2×2.5×0.8×2=8kN

上升和下降狀態(tài)：Qk=0.5×2.5×0.8×2=2kN

3.2.3 計算風載

根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》相關規(guī)范和《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ 130-2011），風載標準值計算公式：

其中：

W0——常規(guī)風壓(kN/m2)，按W0=0.35；

Uz——風載強度系數(shù)變化，按Uz=1.00；

Us——風載系數(shù)：Us=0.60。

經(jīng)計算，風載標準值Wk為：

Wk=0.7×0.35×1×0.6=0.15kN/m2

考慮到架體外側設有防護網(wǎng)，會適當增加擋風系數(shù)，所以風載Wk取值需增加10%。經(jīng)增加擋風系數(shù)后計算得出風載Wk數(shù)值為：

Wk=1.1×0.147=0.16kN/m2

3.3 縱向受力桿強度

縱向桿按三跨計算，柱距取b=1.2m。

計算縱向桿的最大彎矩和變形時，動荷載和縱向桿件上的竹制腳手板均考慮為均布荷載。3.3.1 設計計算均布荷載值

計算動荷載標準值：Q=2.00×0.40=0.80kN/m

計算靜荷載值：q1=(0.12+0.0333)×1.2=0.18kN/m

計算動荷載值：q2=0.80×1.4=1.12kN/m

計算縱向桿件重量標準值：P1=0.0333kN/m

計算腳手板荷載標準值：P2=0.30×0.40=0.12kN/m

圖4 計算大橫桿荷載組合簡圖(跨中最大彎矩和最大撓度情況)

圖5 計算大橫桿荷載組合簡圖(支座彎矩最大情況)

3.3.2 抗彎強度計算

考慮三跨均布荷載作用下的彎矩為最大彎矩情況，計算最大彎矩（跨中）：

M1max=0.08q1l2+0.10q2l2

最大彎矩計算（跨中）：

M=(0.08×0.18+0.1×1.12)×1.22=0.18kN·m

按下列公式計算支座彎矩最大情況：

M2max=-0.10q1l2+0.117q2l2

最大彎矩為（支座）：

M=-(0.1×0.18+0.117×1.12)×1.22=-0.22kN·m

跨中彎矩和支座彎矩的強度驗算：

σ=M/W=0.22×106/4492.97=47.90N/mm2

經(jīng)驗算，縱向桿的強度小于205.0N/mm2，滿足要求。

3.3.3 計算撓度

在三跨均布荷載作用下，考慮為最大撓度情況。

最大撓度按下面公式計算：

靜荷載標準值：q1=0.12+0.0333=0.15kN/m

動荷載標準值：q2=0.80kN/m

最大撓度為：

Vmax=(0.667×0.15+0.99×0.80)

×12004/(100×206000×107831.321)=0.83mm經(jīng)計算得出縱向桿件上的最大撓度值為0.83，小于1200.00/150.00 比10.00mm，滿足要求。

3.4 計算直角扣件抗滑力作用

縱橫向水平桿連接立桿時，抗滑力計算公式為：

R≤Rc

其中：

Rc——按8.0kN 取扣件抗滑設計承載力值；

R——為縱橫向水平桿連接立桿的豎向傳導力設計值。

計算動荷載標準值：

Q=2.00×0.80×1.20/2=0.96kN

計算荷載值：

P=(0.03+0.14)×1.2+0.96×1.4=1.58kN

計算橫桿作用力的標準值：

P1=0.03×(1.2+.8/2)=0.05kN

計算腳手板作用力的標準值：

P2=0.30×0.80×1.20/2=0.14kN

經(jīng)計算，單扣件抗滑力滿足要求。

試驗表明：當12kN 的作用力下單個直角扣件會產生滑動（擰緊力矩達40～65N·m 前提下）,抗滑承載力為8.0kN；所以，當采用雙扣件時，在20kN 的作用力下才會產生滑動,抗滑承載力為12.0kN。

3.5 架體荷載標準值計算

架體承受荷載主要有動荷載、風荷載、靜荷載三種。

計算靜荷載標準值：

⑴結構本身重量能承受的標準值(kN/m)（按每米立桿計），本例為0.1014：

NG1=0.1014×5.5=0.557kN

⑵腳手板的自重標準值(kN/m2)，按標準值0.30計：

NG2=0.30×4×1.2×0.8/2=0.576kN

⑶欄桿與擋板腳手板自重標準值(kN/m)；本例采用欄桿、竹片擋板，標準值為0.11：

NG3=0.110×4×1.2/2=0.264kN

⑷懸掛的安全設施荷載，包括防護網(wǎng)0.005kN/m2：

NG4=0.005×5.5×1.2=0.033kN

經(jīng)NG=NG1+NG2+NG3+NG4=1.43kN 得出靜荷載的標準值。

由施工荷載標準值產生的總軸向力為動荷載，內立桿和外立桿縱向距離內產生的施工荷載按總施工荷載的1/2 取值。

經(jīng)計算，動荷載標準值NQ=2.00×2×1.2×0.8/2=1.920kN

考慮風載時，設計值計算公式（立桿的軸向壓力）：N=0.85×1.4NQ+1.2NG

經(jīng)過計算，最大軸向壓力（底部立桿）N=1.2×1.430+0.85×1.4×1.920=4kN

在不考慮風載情況下, 軸向壓力設計值計算公式（架體立桿）：N=1.4NQ+1.2NG。經(jīng)過計算，最大軸向壓力（底部立桿）：N=1.2×1.430+1.4×1.920=4.405kN。

彎矩MW（由立桿的風載設計值產生的）：

其中：

Wk——風載標準值(kN/m2)；

la——縱距(m)；

h——步距(m)。

經(jīng)計算，風載產生的彎矩為：

MW=0.850×1.40×0.162×1.2×1.82/10=0.075kN·m

3.6 立桿穩(wěn)定性

3.6.1 計算立桿穩(wěn)定性（風載不計情況下）

其中：

N——設計軸心壓力值，N=4.001kN；A——凈截面面積（立桿），A=4.241cm2；

φ——軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)，由λ 查表得到0.195；

λ——長細比由下列公式計算得出為：

3119.00/16.00=196.00；

其中：

i——回轉半徑（立桿斷面），i 取16.00mm；

k——系數(shù)值，附加系數(shù)取1.155；

u——長度系數(shù)（由高度確定），u=1.50；

l0——長度計算(mm)，由公式l0=kuh 計算得出l0=1.155×1.50×1.80=3119.00mm；

σ——受壓強度值,為：

σ=4001/(0.20×424)=48.382N/mm2；

[f]——[f]=205N/mm2，為立桿抗壓強度標準值；

在不計風載情況下，經(jīng)計算立桿穩(wěn)定性滿足要求。

3.6.2 計算鋼管立桿穩(wěn)定性（計風載情況）

其中：

N——軸心壓力標準值，N=4.405kN；

W——立桿抵抗矩情況，凈斷面模量為，W=4.493㎝3；

MW——彎矩（由風載標準值產生），MW=0.075kN·m；

σ——經(jīng)計算得出鋼管受壓強度值為：

σ=4001/(0.20×424)+74814.062/4492.972=69.909N/mm2；

[f]——[f]=205N/mm2，為立桿抗壓強度設計值。

在計風載情況下，鋼管立桿的穩(wěn)定性能滿足要求。

3.7 架體結構的主框架設計計算

架體邊柱計算：回轉半徑15.9mm，其長細比必須不大于210mm。

λ=l0/i=1.155 ×1.500 ×1800/15.9=195.58mm ≤210mm，滿足要求。

4 安全技術措施

基于施工活載和架體自身重量1848.08Kg，故固定端配載重量不得小于2000Kg，且固定端力臂為2.7m，懸端力臂為1.8m，大于1.25 倍。為確保架體安全穩(wěn)定，施工現(xiàn)場架體搭載的配重應盡量加大，且必須有鋼絲繩拉結在原建筑物砼構件上，加強架體的安全穩(wěn)定性。

為降低風險，施工前應進行下荷載承壓試用。

5 結束語

對于特殊的結構工程，腳手架的搭設方法雖然可以經(jīng)過特殊改造，但必須嚴格按照相關的規(guī)范規(guī)定進行方案的設計和計算。搭設過程中還應對工人加強安全管理，確實做好工人的安全技術交底和防護措施，嚴格按照規(guī)范規(guī)定和方案要求執(zhí)行。