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        移動(dòng)式懸掛腳手架在高層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

        2021-12-05 06:11:36張福養(yǎng)
        廣東建材 2021年11期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)載手板架體

        張福養(yǎng)

        (南平市延平區(qū)建設(shè)工程質(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的酒店餐廳,辦公樓一層有兩個(gè)側(cè)面為商店,一個(gè)側(cè)面為辦公樓人員出入口,另一個(gè)側(cè)面為廣場,四周都是人員密集區(qū)域。辦公樓頂層的圓形結(jié)構(gòu)外邊緣大部分都挑出主體結(jié)構(gòu),因樓層高無法搭設(shè)落地或懸挑式外腳手架,結(jié)合本工程的特殊性和各個(gè)因素,在首要考慮滿足結(jié)構(gòu)及施工安全的情況下,選擇搭設(shè)兩個(gè)只需滿足一至兩人施工要求的可移動(dòng)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(shè)給圓形結(jié)構(gòu)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(gè)移動(dòng)的懸掛外腳手架向兩邊繞圈轉(zhuǎn)動(dòng)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(shè)要求

        ⑴鋼管材質(zhì)要求:腳手架材質(zhì)宜采用現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)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(zhì)量不大于25.8Kg。

        ⑵扣件材質(zhì)及性能要求:扣件采用符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《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(gè)扣件扭力矩均應(yīng)達(dá)到40N·m 以上要求,且扭力矩到65N·m 時(shí),未破壞。

        ⑶懸挑處腳手板采用竹制板,側(cè)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(gòu)件。

        ⑸平臺內(nèi)側(cè)固定端每個(gè)桿件搭接或連接處均在外側(cè)設(shè)置防滑扣件,懸挑部分架體均在桿件搭接下部增設(shè)防滑扣件。

        ⑹搭設(shè)架體時(shí)可利用下部主體結(jié)構(gòu)突出部分的屋頂平臺協(xié)助。

        3 設(shè)計(jì)計(jì)算

        3.1 信息參數(shù)

        移動(dòng)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(shí),均布荷載不應(yīng)超過2kN/m2,施工中考慮多人交叉施工情況,按兩層計(jì)算,竹制腳手板需鋪設(shè)側(cè)面防護(hù)1.8m 高和底面0.8m 寬,合計(jì)2.6m,自重按0.8×4 計(jì)算,長度為2.5m。

        3.2 荷載分析

        3.2.1 恒載標(biāo)準(zhǔn)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(jì)):L=3×3×2=18m

        小橫桿(每根長度按1.1 計(jì)):L=3×2×1.1=6.6m

        縱向支撐(剪刀撐):L=4×2×5=40m

        整個(gè)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(hù)網(wǎng)重量

        G=0.5×2.5×5.5=6.88㎏

        ⑸固定支座和支架(單個(gè)支座重量60㎏)

        G=60×2=120㎏

        恒定荷載標(biāo)準(zhǔn)值GK:

        GK=639.08+240.00+110.00+6.88=995.95㎏

        3.2.2 施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算風(fēng)載

        根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》相關(guān)規(guī)范和《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 130-2011),風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式:

        其中:

        W0——常規(guī)風(fēng)壓(kN/m2),按W0=0.35;

        Uz——風(fēng)載強(qiáng)度系數(shù)變化,按Uz=1.00;

        Us——風(fēng)載系數(shù):Us=0.60。

        經(jīng)計(jì)算,風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值Wk為:

        Wk=0.7×0.35×1×0.6=0.15kN/m2

        考慮到架體外側(cè)設(shè)有防護(hù)網(wǎng),會適當(dāng)增加擋風(fēng)系數(shù),所以風(fēng)載Wk取值需增加10%。經(jīng)增加擋風(fēng)系數(shù)后計(jì)算得出風(fēng)載Wk數(shù)值為:

        Wk=1.1×0.147=0.16kN/m2

        3.3 縱向受力桿強(qiáng)度

        縱向桿按三跨計(jì)算,柱距取b=1.2m。

        計(jì)算縱向桿的最大彎矩和變形時(shí),動(dòng)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(shè)計(jì)計(jì)算均布荷載值

        計(jì)算動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值:Q=2.00×0.40=0.80kN/m

        計(jì)算靜荷載值:q1=(0.12+0.0333)×1.2=0.18kN/m

        計(jì)算動(dòng)荷載值:q2=0.80×1.4=1.12kN/m

        計(jì)算縱向桿件重量標(biāo)準(zhǔn)值:P1=0.0333kN/m

        計(jì)算腳手板荷載標(biāo)準(zhǔn)值:P2=0.30×0.40=0.12kN/m

        圖4 計(jì)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(jì)算大橫桿荷載組合簡圖(支座彎矩最大情況)

        3.3.2 抗彎強(qiáng)度計(jì)算

        考慮三跨均布荷載作用下的彎矩為最大彎矩情況,計(jì)算最大彎矩(跨中):

        M1max=0.08q1l2+0.10q2l2

        最大彎矩計(jì)算(跨中):

        M=(0.08×0.18+0.1×1.12)×1.22=0.18kN·m

        按下列公式計(jì)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(qiáng)度驗(yàn)算:

        σ=M/W=0.22×106/4492.97=47.90N/mm2

        經(jīng)驗(yàn)算,縱向桿的強(qiáng)度小于205.0N/mm2,滿足要求。

        3.3.3 計(jì)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(jì)算:

        靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值:q1=0.12+0.0333=0.15kN/m

        動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(jì)算直角扣件抗滑力作用

        縱橫向水平桿連接立桿時(shí),抗滑力計(jì)算公式為:

        R≤Rc

        其中:

        Rc——按8.0kN 取扣件抗滑設(shè)計(jì)承載力值;

        R——為縱橫向水平桿連接立桿的豎向傳導(dǎo)力設(shè)計(jì)值。

        計(jì)算動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值:

        Q=2.00×0.80×1.20/2=0.96kN

        計(jì)算荷載值:

        P=(0.03+0.14)×1.2+0.96×1.4=1.58kN

        計(jì)算橫桿作用力的標(biāo)準(zhǔn)值:

        P1=0.03×(1.2+.8/2)=0.05kN

        計(jì)算腳手板作用力的標(biāo)準(zhǔn)值:

        P2=0.30×0.80×1.20/2=0.14kN

        經(jīng)計(jì)算,單扣件抗滑力滿足要求。

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

        3.5 架體荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

        架體承受荷載主要有動(dòng)荷載、風(fēng)荷載、靜荷載三種。

        計(jì)算靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值:

        ⑴結(jié)構(gòu)本身重量能承受的標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m)(按每米立桿計(jì)),本例為0.1014:

        NG1=0.1014×5.5=0.557kN

        ⑵腳手板的自重標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2),按標(biāo)準(zhǔn)值0.30計(jì):

        NG2=0.30×4×1.2×0.8/2=0.576kN

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

        NG3=0.110×4×1.2/2=0.264kN

        ⑷懸掛的安全設(shè)施荷載,包括防護(hù)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(biāo)準(zhǔn)值。

        由施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的總軸向力為動(dòng)荷載,內(nèi)立桿和外立桿縱向距離內(nèi)產(chǎn)生的施工荷載按總施工荷載的1/2 取值。

        經(jīng)計(jì)算,動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值NQ=2.00×2×1.2×0.8/2=1.920kN

        考慮風(fēng)載時(shí),設(shè)計(jì)值計(jì)算公式(立桿的軸向壓力):N=0.85×1.4NQ+1.2NG

        經(jīng)過計(jì)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(fēng)載情況下, 軸向壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算公式(架體立桿):N=1.4NQ+1.2NG。經(jīng)過計(jì)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(fēng)載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的):

        其中:

        Wk——風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2);

        la——縱距(m);

        h——步距(m)。

        經(jīng)計(jì)算,風(fēng)載產(chǎn)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(jì)算立桿穩(wěn)定性(風(fēng)載不計(jì)情況下)

        其中:

        N——設(shè)計(jì)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(xì)比由下列公式計(jì)算得出為:

        3119.00/16.00=196.00;

        其中:

        i——回轉(zhuǎn)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(jì)算(mm),由公式l0=kuh 計(jì)算得出l0=1.155×1.50×1.80=3119.00mm;

        σ——受壓強(qiáng)度值,為:

        σ=4001/(0.20×424)=48.382N/mm2;

        [f]——[f]=205N/mm2,為立桿抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;

        在不計(jì)風(fēng)載情況下,經(jīng)計(jì)算立桿穩(wěn)定性滿足要求。

        3.6.2 計(jì)算鋼管立桿穩(wěn)定性(計(jì)風(fēng)載情況)

        其中:

        N——軸心壓力標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生),MW=0.075kN·m;

        σ——經(jīng)計(jì)算得出鋼管受壓強(qiáng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

        在計(jì)風(fēng)載情況下,鋼管立桿的穩(wěn)定性能滿足要求。

        3.7 架體結(jié)構(gòu)的主框架設(shè)計(jì)計(jì)算

        架體邊柱計(jì)算:回轉(zhuǎn)半徑15.9mm,其長細(xì)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(shù)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(yīng)盡量加大,且必須有鋼絲繩拉結(jié)在原建筑物砼構(gòu)件上,加強(qiáng)架體的安全穩(wěn)定性。

        為降低風(fēng)險(xiǎn),施工前應(yīng)進(jìn)行下荷載承壓試用。

        5 結(jié)束語

        對于特殊的結(jié)構(gòu)工程,腳手架的搭設(shè)方法雖然可以經(jīng)過特殊改造,但必須嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范規(guī)定進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)和計(jì)算。搭設(shè)過程中還應(yīng)對工人加強(qiáng)安全管理,確實(shí)做好工人的安全技術(shù)交底和防護(hù)措施,嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定和方案要求執(zhí)行。

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