鋼筋斜拉工字鋼懸挑腳手架設(shè)計與應(yīng)用

鋼筋斜拉工字鋼懸挑腳手架設(shè)計與應(yīng)用

中國南方的大多數(shù)高層建筑墻都采用了懸索臂，結(jié)構(gòu)面的橫梁被懸索，建筑被拉緊以支撐上部外框架。為安全起見,一般在型鋼的端部增加斜拉鋼絲繩,以增加型鋼的受力穩(wěn)定,從而形成型鋼懸挑、鋼絲繩斜拉(鋼絲繩不參與計算)的腳手架體系。JG130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(以下稱JGJ130—2011規(guī)范)中增加一節(jié)“型鋼懸挑腳手架”,對實際設(shè)計計算規(guī)范了模式,給現(xiàn)場施工明確了構(gòu)造做法。本文就新規(guī)范及深圳常用的型鋼懸挑腳手架設(shè)計和施工中遇到的一些問題作一些探討。1鋼管的設(shè)計(1)鋼管。在JGJ130—2011規(guī)范中明確規(guī)定宜采用覫48.3×3.6鋼管,外徑允許偏差為±0.5mm,壁厚允許誤差±0.36mm。目前建筑工程上采購的腳手架鋼管大多為覫48×3.25(3.5)鋼管,外壁及壁厚允許偏差為-0.5mm,再加上周轉(zhuǎn)次數(shù)多且日曬雨淋,鋼管產(chǎn)生銹蝕,壁厚變薄,建議外架設(shè)計計算時采用壁厚較薄的鋼管進(jìn)行計算,結(jié)果偏于安全。實際現(xiàn)場使用的為剛采購的、全新的、并抽樣送檢合格的鋼管,可采用覫48.3×3.6的各項參數(shù)計算。按JGJ130—2001舊規(guī)范采購的鋼管或現(xiàn)場舊鋼管覫48×3.5,覫48×3.25可分別采用覫48×3.25,覫48×3.0鋼管各項參數(shù)進(jìn)行計算,一般情況下不建議采用覫48.3×3.6鋼管各項參數(shù)進(jìn)行計算,鋼管最大長度不大于6.5m。(2)扣件。外架所采用鋼管扣件材質(zhì)須符合現(xiàn)行《鋼管腳手架扣件》(GB15831—2006)的規(guī)定,并有生產(chǎn)許可證,扣件螺栓擰緊扭矩值不應(yīng)小于40N·m,且不大于65N·m(試驗結(jié)果表明:只有當(dāng)螺栓擰緊,扭力矩達(dá)50N·m時,腳手架才具有較為穩(wěn)定的抗側(cè)移能力)。(3)型鋼挑梁。型鋼懸挑梁宜采用雙軸對稱截面的型鋼,如工字鋼等,而不推薦采用槽鋼等單軸對稱截面等構(gòu)件,懸挑鋼梁型號及錨固件應(yīng)按設(shè)計確定,鋼梁截面高度不應(yīng)小于160mm,每根型鋼懸挑梁外端宜設(shè)置鋼絲繩與上一層建筑結(jié)構(gòu)斜拉結(jié),鋼絲繩不參與懸挑鋼梁受力計算。(4)鋼絲繩。建議采用6×19+1FC(纖維芯),直徑為15.5mm,抗拉強(qiáng)度不小于1670MPa,鋼絲繩選擇的原則是纖維芯(麻芯)、小直徑、高強(qiáng),易于操作,不建議采用高強(qiáng)(1770,1870,1960MPa)鋼絲繩進(jìn)行設(shè)計。(5)連墻件。連墻件材質(zhì)應(yīng)符合Q235-A級鋼的要求,一般選用短鋼管或圓鋼。(6)鋼筋拉(壓環(huán))或錨固螺栓。應(yīng)采用冷彎成型,用HPB235級鋼筋制作,直徑應(yīng)不小于16mm。(7)吊環(huán)。鋼絲繩與建筑結(jié)構(gòu)拉結(jié)的吊環(huán)應(yīng)使用HPB235級鋼筋,其直徑按設(shè)計確定并不宜小于20mm。(8)安全網(wǎng)。立網(wǎng)應(yīng)使用密目式安全網(wǎng),其標(biāo)準(zhǔn)為每100mm×100mm的面積內(nèi)2000個網(wǎng)目,一般采用2200,2300目,同時須強(qiáng)調(diào)防火阻燃。密目式安全網(wǎng)自重不得小于0.01kN/m2。(9)腳手板。JGJ130—2011規(guī)范中給出了沖壓鋼腳手板,竹串片(竹笆片)腳手板、木腳手板,由于施工習(xí)慣以及防火等因素,這幾種腳手板在南方地區(qū)特別是深圳地區(qū)幾乎不用,取而代之的是用圓鋼自制的鋼笆片(圖1),理論重量為每片45N。腳手擋板也可用300mm寬的類似于腳手板的鋼笆片,重量約為鋼笆片的1/3。2計算參數(shù)的價值和方法2.1裝修階段使用目前高層建筑的機(jī)械化施工程度高,在主體施工階段腳手架基本作用只是圍護(hù),其更多的主要是裝修階段使用。在一個懸挑段上同時出現(xiàn)裝修及主體施工的概率不大,筆者建議選用一層結(jié)構(gòu)施工荷載(3kN/m2)或2層裝修施工荷載2×2=4kN/m2比較合適(規(guī)范規(guī)定:在同一個跨距內(nèi)各操作層的施工均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值總和不得超過5.0kN/m2)。2.2風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)規(guī)定風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值ωk=βZμSμZω0,式中:βZ為高度Z處的風(fēng)振系數(shù),μS為風(fēng)荷載體型系數(shù),μZ為風(fēng)壓高度變化系數(shù),ω0為基本風(fēng)壓。2.2.1基本風(fēng)壓的簡化JGJ130—2001規(guī)范中基本風(fēng)壓ω0是根據(jù)重現(xiàn)期為30年確定的,《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)基本風(fēng)壓值是按照10年、50年、100年編制的,修訂后的JGJ130—2011規(guī)范改為重現(xiàn)期為10年一遇的基本風(fēng)壓,取消了0.7的系數(shù),簡便了計算。2.2.2確定每一懸挑段高度μZ系數(shù)應(yīng)按不同的計算高度進(jìn)行取值,懸挑腳手架是分段懸挑,各懸挑段高度一般在20~30m左右,各段高度應(yīng)選用不同的風(fēng)壓高度變化系數(shù),每個懸挑段也應(yīng)根據(jù)不同的計算對象進(jìn)行選取。(1)在驗算腳手架立桿穩(wěn)定性時,應(yīng)取每一懸挑段起挑處(型鋼挑梁處)的離地高度計算。(2)在驗算腳手架連墻件承載力時,在同一懸挑段內(nèi)連墻件宜統(tǒng)一設(shè)置,可取每一懸挑段的最大離地高度計算。2.3型鋼懸挑型鋼梁的允許撓度JGJ130—2001舊規(guī)范中所有受彎桿件中允許撓度全部取[υ]=ι/400(ι為受彎構(gòu)件的跨度),在JGJ130-2011新規(guī)范中專門列出型鋼懸挑腳手架懸挑型鋼梁的允許撓度[υ]=ι/250(ι為懸挑桿件,取懸伸長度的2倍)。2.4步三跨、三跨設(shè)置JGJ130—2011規(guī)范表5.2.8中按照連墻件的布置只給出了二步三跨、三步三跨,但現(xiàn)在200m左右的超高層建筑采用鋼絲繩斜拉型鋼懸挑腳手架屢見不鮮,二步三跨及三步三跨布置連墻件已不能滿足要求,建議在規(guī)范修訂時增加二步一跨、二步二跨的μ值。2.5密目式安全網(wǎng)和立桿縱距2.密目式安全網(wǎng)全封閉腳手架的擋風(fēng)系數(shù)應(yīng)由密目安全網(wǎng)擋風(fēng)系數(shù)φ1和敞開式腳手架的擋風(fēng)系數(shù)φ2兩部分組成。密目式安全網(wǎng)腳手架的擋風(fēng)系數(shù)計算參考取值見表1。密目式安全網(wǎng)全封閉腳手架(步距1.8m,立桿縱距1.5m)擋風(fēng)系數(shù)按下式計算:φ=φ1+φ2-φ1φ2/1.2=0.841+0.09-0.841×0.09/1.2=0.868。密目式(2300目)安全網(wǎng)全封閉(敞開、框架和開洞墻時)腳手架風(fēng)荷載體系數(shù)μs=1.3φ=1.3×0.868=1.128。2.6斜拉鋼絲繩的安全值鋼絲繩安全系數(shù)K0按鋼絲繩用途而定,鋼絲繩不參與計算,只是安全儲備,建議選取K0=6~8較適中。2.7腳手架外側(cè)擄模JGJ130—2011規(guī)范增加了連墻件與腳手架、連墻件與建筑結(jié)構(gòu)采用扣件連接時的驗算。在深圳市,連墻件與扣件連接應(yīng)用最為普遍。和連墻桿鋼管受彎破壞相比,連接扣件更易產(chǎn)生滑移,故連墻件的計算包括兩方面:連墻件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性計算;連墻件與腳手架、連墻件與建筑結(jié)構(gòu)連接件的抗滑移計算。連墻件軸壓力的設(shè)計值取1.0NLW+側(cè)向支承力,NLW=1.4WKAW,NLW為風(fēng)荷載對連墻件所產(chǎn)生的軸向作用力,WK為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值,AW為單個連墻件覆蓋的腳手架外側(cè)面的迎風(fēng)面積。每個連墻件覆蓋面積內(nèi)腳手架外側(cè)面的迎風(fēng)面積為連墻件水平間距乘連墻件豎向間距。在腳手架設(shè)計中,連墻件的設(shè)置用幾步幾跨說明,由于連墻件基本設(shè)在結(jié)構(gòu)樓板上,在具體設(shè)計時迎風(fēng)面積應(yīng)為該層的層高乘腳手架立桿的跨度,如某層高3m,連墻件按2跨(每跨1.5m)設(shè)置,其面積應(yīng)為3m×3m=9m2,而不是3m×3.6m(兩步)=10.8m2。側(cè)向支承力須考慮以下兩種水平力的作用:(1)在偏心力作用下,由腳手架傾覆力矩在連墻件中引起的水平力;(2)連墻件對腳手架橫向整體失穩(wěn)的約束作用所產(chǎn)生的屈曲剪力。這兩項水平力目前還難以準(zhǔn)確確定,根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017—2005),并考慮我國長期工程上使用經(jīng)驗,連墻件約束腳手架平面外變形所產(chǎn)生的軸向力N0,由原規(guī)范規(guī)定的雙排架取5kN改為3kN。采用扣件連接,當(dāng)一個直角扣件連接承載力計算不滿足要求時,可采用雙扣件。當(dāng)采用鋼管扣件做連墻桿的連接件時,扣件抗滑承載力按公式Nl≤RC計算(RC為扣件抗滑移承載力設(shè)計值,一個扣件8kN,兩個扣件可取12.8kN)。當(dāng)采用焊接或螺栓連接的連墻件時,應(yīng)按《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB50018—2002)規(guī)定計算;連墻件與混凝土中的預(yù)埋件連接時,預(yù)埋件尚應(yīng)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010—2010)的規(guī)定計算。2.8測定腳手架高度型鋼懸挑腳手架的高度分實際懸挑高度和設(shè)計計算高度。實際懸挑高度是指懸挑工字鋼開始到此段腳手架的頂端(或兩段懸挑工字鋼之間的高度),計算高度是指本段型鋼懸挑腳手架搭設(shè)完成,梁板混凝土澆筑后未達(dá)一定強(qiáng)度,上一道工字鋼未能完全受力前,為使工程持續(xù)施工,下一懸挑段的腳手架應(yīng)超過本段懸挑工字鋼一段高度,一般可取計算高度為實際搭設(shè)高度加3.6m(二步架)。最頂一段的設(shè)計高度應(yīng)采用型鋼懸挑樓層至女兒墻頂加1m安全欄桿高度,在安全計算復(fù)核時不能用實際懸挑高度代替計算高度。3u形鋼筋拉環(huán)、錨固螺栓規(guī)范中推薦采用U形螺栓,錨固型鋼懸挑梁的U形鋼筋拉環(huán)或錨固螺栓直徑不宜小于16mm,用于錨固的U形鋼筋拉環(huán)或螺栓應(yīng)采用冷彎成型,U形鋼筋拉環(huán)、錨固螺栓與型鋼間隙應(yīng)用鋼楔或硬木楔揳緊(圖2,3)。3.1鋼梁的懸挑和錨固安裝在混凝土澆筑時,預(yù)埋插入圓鋼壓環(huán),工字鋼挑梁根據(jù)在樓板內(nèi)的錨固長度設(shè)置3道卡箍(至少有一道錨入梁內(nèi)),卡箍在板內(nèi)錨入混凝土應(yīng)不小于30d,卡箍內(nèi)空尺寸與工字鋼不匹配時,應(yīng)另外制作一套箍與工字鋼及預(yù)埋壓環(huán)焊牢,以抵抗外架引起的鋼梁水平力,嚴(yán)禁采用木楔填塞。懸挑鋼梁懸挑長度應(yīng)按設(shè)計確定,固定段長度不應(yīng)小于懸挑段長度的1.25倍。型鋼懸挑梁固定端應(yīng)采用2個(對)及以上U形鋼筋拉環(huán)或錨固螺栓與建筑結(jié)構(gòu)梁板固定,U形鋼筋拉環(huán)或錨固螺栓應(yīng)預(yù)埋至混凝土梁、板底層鋼筋位置,并應(yīng)與混凝土梁、板底層鋼筋焊接或綁扎牢固,其錨固長度應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010—2010)中鋼筋錨固的規(guī)定。除JGJ130—2011規(guī)范推薦的型鋼在梁板內(nèi)錨固節(jié)點構(gòu)造圖外,深圳施工現(xiàn)場的另外兩種普遍做法如圖4,5所示。3.2梁主筋內(nèi),梁面穿入鋼面鋼絲繩吊環(huán)應(yīng)使用圓鋼制作,預(yù)埋長度在混凝土內(nèi)不小于30d,并應(yīng)錨在梁主筋內(nèi),同時伸出梁面以能穿入鋼絲繩為度(可取內(nèi)徑d≤50mm),嚴(yán)禁吊環(huán)外露太多,受力后產(chǎn)生變形,引起鋼絲繩張拉不緊產(chǎn)生松弛(圖6)。鋼絲繩壓環(huán)與剪力墻或陽臺時,亦可采用預(yù)埋螺栓的方法(圖7)。3.3型鋼懸挑架的設(shè)置剪刀撐主要作用是為保持外腳手架的縱向整體穩(wěn)定。型鋼懸挑架一般高度均在24m以上,建議應(yīng)連續(xù)設(shè)置剪刀撐;為保證各懸挑段的型鋼懸挑架能獨立工作,剪刀撐在高度方向各懸挑段應(yīng)分開獨立設(shè)置。3.4型鋼懸挑腳手架的加固建議(1)工字鋼下固定鋼絲繩卡環(huán),應(yīng)避免鋼絲繩與型鋼鋒利的翼緣接觸而產(chǎn)生斷絲,可采用鋼絲繩在型鋼接觸處外套膠質(zhì)網(wǎng)管,嚴(yán)禁不用卡環(huán)固定,直接繞著挑梁和腳手架立桿,易產(chǎn)生滑移。(2)懸挑型鋼梁固定腳手架立桿可采用在工字鋼上焊接短鋼筋頭,長度100~150mm,防止鋼管與工字鋼之間在水平力作用下產(chǎn)生滑移,不推薦使用焊大直徑鍍鋅鋼管,然后鋼管插入鍍鋅鋼管內(nèi)的做法(圖8)。(3)對于人貨電梯及腳手架開口處或一字型腳手架連墻件應(yīng)不受計算書約束,按照規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造要求設(shè)置。(4)鋼絲繩夾具應(yīng)為3道(圖9),型鋼外挑端部一般采用一道鋼絲繩斜拉,當(dāng)型鋼懸挑長度不小于1.8m時,應(yīng)采用2道鋼絲繩斜拉,對于懸挑段中部增設(shè)的卸荷鋼絲繩無論外挑長度多少,建議均采用2道鋼絲繩,拉住外架立桿的主節(jié)點位置。鋼絲繩夾把夾座扣在鋼絲繩的工作段上,U形螺栓扣在鋼絲繩的尾段上,鋼絲繩夾在鋼絲繩上交替布置。(5)型鋼懸挑腳手架不宜設(shè)“之”字形斜道,可考慮在作業(yè)層以下3層,在腳手架上設(shè)內(nèi)爬梯,如設(shè)“之”字形斜道,工字鋼懸挑跨度太大,計算不易滿足要求。(6)型鋼懸挑腳手架遇到陽臺時,因為陽臺為懸挑構(gòu)件,承受能力有限,此時工字鋼懸挑段可達(dá)3m左右,按錨固1.25倍,內(nèi)壓長度太長,達(dá)3.75m,工字鋼總長度將達(dá)7m左右,給施工帶來極大不便,建議和設(shè)計院溝通,增加陽臺梁的配筋,讓工字鋼仍支撐于陽臺部位,也可對陽臺懸挑梁回頂加固。(7)腳手架立桿接長除頂層頂部外,其余各層各步接頭須采用對接扣件連接,以避免扣件抗滑移差同時產(chǎn)生偏心。頂層頂步承受垂直方向的力較小,筆者建議采用搭接,比對接能更好地抵抗側(cè)向風(fēng)荷載水平力,受力更合理。4型鋼下錨點設(shè)算現(xiàn)推薦一種較完整的懸挑模式(圖10)。主要參數(shù)(僅供參考,具體以計算書為準(zhǔn)):(1)型鋼:18號工字鋼,外挑1.5m,內(nèi)壓1.9m;(2)型鋼壓(拉)環(huán)及鋼絲繩吊環(huán)不小于20;(3)端部型鋼底部焊接16以固定鋼絲繩防滑移;(4)連墻件:覫48.3×3.6鋼管,根據(jù)腳手架高度,連墻件單扣件、雙扣件一般選每自然層3跨,每層2跨,對于100m以上的超高層為每層1跨,不管外架多高,外架最頂一步架及鋼絲繩卸荷層每根立桿均設(shè)連墻件;(5)鋼絲繩:6×19+1鋼絲繩(強(qiáng)度1670MPa),型鋼端部拉一道鋼絲繩,在腳手架懸挑段中部內(nèi)外立桿加鋼絲繩卸荷,內(nèi)外立桿均設(shè)置鋼絲繩卸荷;(6)實際搭設(shè)高度不大于24m,計算高度不大于27.6m;(7)編制專項方案,并通過專家論證。5施工經(jīng)驗5.1層畫及平面布置圖(1)對于高度超過20m的外墻腳手架方案須嚴(yán)格按照住建部《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》(建質(zhì)87)號文進(jìn)行專家論證評審。(2)編制型鋼懸挑腳手架方案,須包括設(shè)計計算