落地式钢管脚手架卸荷设计计算及应用

 
时间日期:2008-5-21        已被阅读次:[3572]
 
佛山市汇博建设工程有限企业 黎国源

[摘 要] 落地式钢管脚手架在工程中广泛采用,为主体和装饰施工提供了安全可靠的操作
     平台和防护。但由于钢管和基础的承载力的限制,脚手架的搭设高度很难满足高
     层建筑的的需要。加设卸荷装置是一项有效增加脚手架搭设高度的措施,而且比
     较安全可靠。下面结合工程实例探讨一下脚手架卸荷的设计计算。
[关键词] 脚手架 卸荷 设计计算

  1.工程概述:
  商业、住宅、地下车库(汇博.星辰)工程,位于佛山大道旁,建筑面积36882m2,地下
一层,地上19层。建筑最大标高75.6米,室外地坪标高0.3米。脚手架采用双排扣件式钢管
落地脚手架、最大搭设高度约77米,钢管采用48×3.5焊接钢管,立杆纵距la=1.8米,排距l
b=0.8米,大横杆步柜h=1.9米。大横杆用直角扣件扣在立杆内侧,小横杆在大横杆下方,扣
在立杆上。间距1.8米,立杆离墙 a1=0.2米。连墙件两步三跨。除扫地杆外,每步均铺一层
脚手板以满足外墙装饰需要。脚手板用1000×200×20毫米松板。脚手板铺在大横杆上,两
端用胶篾扎牢。
  2.轴心力计算:
  2.1 以一条立杆为计算对象,固定荷载作用在立杆上,轴心力为NGik,活荷载作用在立
杆上的轴心为NQik。NGik包括:①脚手架结构自重NG1k,取每米结构自重g=0.134kn/m计算
得NG1k=10.318KN;②脚手板自重NG2k按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ
130-2001)中木脚手板自重为0.35kn/m2,但规范中脚手板厚度为5CM。而且工程实例中脚
手板厚度为2CM。按实计算自重为0.12kN/ m2,计算得NG2k=4.32kn。③围护结构(含栏杆、
档脚板密目安全网等)自重产生的NG3k,经计算得NG3k=8.72KN。∑NGik=10.318KN+4.32KN
+8.72KN=23.358KN。
  2.2 NQik包括:①施工荷载产生的轴心力NQ1k,装饰脚手架单层施工荷载取2KN/ m2,
同时考虑两层施工荷载,则计算得NQ1k=3.6KN。②风荷载产生的轴心力NQ2k。基本风压w0取
0.4kN/m2。风压高度变化系数用插入法取μz=1.48。体型系数取μs=0.75,风荷载标准值wk
=0.7 w0μzμs=0.311 kN/m2
  风荷载标准值产生的立杆段弯矩Mw=0.85wklah2/10=0.172KN.m
  风荷载产生的轴心力NQ2k=MwA/W=16.56kN
  A——48×35钢管的截面面积;W——48×35钢管的截面模量
  ∑NQik=3.6kN+16.56kN=20.16 kN
  2.3 作用在立杆上的轴心力设计值N=1.2∑NGik+1.4∑NQik=56.254 kN
  3.立杆承载力计算:
  48×35钢管的截面特性:A=4.89cm2,I=12.19cm4,W=5.08cm3,i=1.58cm.,Q235钢的
材料强度f=205N/mm2,弹性模量E=2.06×105N/mm2。脚手架步距h=1.9m,边墙件间距两步三
跨。计算长细μλ=Mh/i=1.5×1.9/0.0158=181。查得φ=0.218,则立杆承载力φΑf=0.218
×4.89×102×205=21853.41N=21.85KN。4.卸荷的设计和计算:
  4.1经计算得脚手架立杆的总受力为56.254KN。而钢管的承载力只有21.85KN,不能满足
要求。因此需要设置卸荷装置。卸荷就是通过悬挂装置。将脚手架的全部或部分荷载传递到
建筑主体,继而增加脚手架的搭设高度,以满足施工要求。卸荷装置一般在主体框外边梁施
工时预埋吊环,待砼达到设计强度后,用钢丝绳吊挂住脚手架的主节点(大横与立杆交接处
)。而卸荷装置的承载力取决于4个因素。①主节点直角扣件的承载力,直角扣件承载力为8
KN,为增大承载力保证安全可采用双扣件,本实例按单扣件设计。②钢丝的承载力。③吊环
的承载力。④框架梁的承载力。在计算出卸荷装置所承受的荷载后,选择相应截面的圆钢和
钢丝绳,但扣件的承载力固定的,所以以此来确定卸荷的数值。框架梁的承载力应由设计单
位验算,这里不作讨论。
  4.2 直角扣件的承载为设计值为8KN,立杆总受力与钢管承载力的差值为56.254-21.85
=34.04KN,设4道卸荷,其总承载力为8×4 = 32KN,略少于34.464KN。考虑到荷载计算的分
项系数。大家认为可满足安全要求。
  4.3 每道卸荷的钢丝绳承受的竖向荷载为8KN。钢丝绳与竖直方向的夹角不得超过45度
,计算按45度,偏于安全。则每条钢丝绳的破坏拉力总和Tg=8×8√2/0.85=146.46KN。因此
选择φ14(6×19)的钢丝绳。
  吊环承受的荷载为2×8×√2 = 22.624KN。则吊环截面面积As=22.624×103/210 = 107
.73mm2,选φ12钢筋做预埋吊环。
  4.4 通过计算确定卸荷装置的数值,还要确定设置的位置。尤其是第一道卸荷点的位置
。随着脚手架高度的增加,荷载按线性递增。要在荷载超过钢管承载力前的第一道卸荷就要
起作用才能保证使用安全。每米高脚手架的荷载56.254/75.6 = 0.744KN/m。不卸荷时脚手
架允许搭设高度H=21.85/0.744=29米
  第一道卸荷点在脚手架搭设到29米前设置。考虑砼达到设计强度所需时间,以及高度不
大时风荷载较小,将第一道卸荷点设在八层梁板。标高27.1米,以后每四层梁板设一道卸荷
,合共四道卸荷点。
  5.基础计算:
  每根立杆下垫150×150×8钢板。基础为C15素混凝土。承载力取Fg=80KPad基础厚度D=
(√(21.85/80)-150/1000)/2=0.187m。
  则砼基础厚度取200mm。
  6.工程效果
  本脚手架工程从2006年6月开始施工,2007年1月15日封顶,预计8月中拆卸完毕。从搭
设到现在经历包括去年8月的强台风“派比安”在内的多次大风雨吹袭,架体依然牢固,说
明设计是符合要求的、合理的。
  7.心得体会:
  7.1 通过有效可靠的卸荷可大大增加脚手架的搭设高度以满足施工需要;搭设高度不增
加时,设置安全可靠的卸荷点可以增大立杆纵距节约材料,节省投资。
  7.2 计算结构承载力时要抓住影响承载力的关键环节。有针对性地设计。本工程实例中
影响卸荷装置承载力的关键是扣件。以扣件承载力确定装置的承载力。
  7.3 落地式脚手架技术要求简单,较广泛采用,但在场地受到限制和超高度建筑中可采
用悬排式和爬升式脚手架。更能满足施工需要。而且节省材料降低成本。
参考文献
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)。
  杜荣军主编,《建筑施工脚手架实用手册》,1994年5月第一版,中国建筑工业出版社

     
 
 
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