懸挑腳手架在方案設(shè)計中注意及問題.doc

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高層建筑懸挑腳手架方案設(shè)計中存在的幾個問題 為滿足結(jié)構(gòu)施工和外裝飾施工的需要，分段懸挑搭設(shè)的扣件式鋼管腳手架應(yīng)用得非常普遍，由于其對人員安全、施工質(zhì)量、施工速度和工程成本以及鄰近建筑物和場地都有著重大的影響，所以，懸挑腳手架施工方案是否完整、合理、可靠，是否能正確指導(dǎo)施工人員制作、安裝、搭設(shè)懸挑腳手架，是確保架體安全的重要因素之一。因此對其懸挑結(jié)構(gòu)的選型、腳手架的設(shè)計計算、構(gòu)造與搭拆施工及使用管理都有著嚴(yán)格的要求。 根據(jù)《危險性較大工程安全專項施工方案編制及專家論證審查辦法》，懸挑腳手架必須編制專項施工方案。方案主要編制依據(jù)有《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ130-2001（以下簡稱JGJ130-2001規(guī)范）、《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》JGJ59-99、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003，以及地方標(biāo)準(zhǔn)等。施工方案應(yīng)包括有設(shè)計計算書(包括對架體整體穩(wěn)定性、支撐桿件的受力計算)，有針對性較強的、較具體的搭設(shè)、維護及拆除等安全技術(shù)措施，并應(yīng)有平面、立面圖以及節(jié)點詳圖。 由于現(xiàn)在建筑施工企業(yè)技術(shù)人員一般使用PKPM或品茗等軟件計算和編制方案，關(guān)于計算的詳細(xì)內(nèi)容本人不再贅述，本文僅就施工方案設(shè)計和施工時與構(gòu)造措施有關(guān)的幾個熱點問題與廣大同行進行探討。 一、關(guān)于懸挑結(jié)構(gòu)的選型 　　懸挑式腳手架的全部荷載最終都是通過懸挑結(jié)構(gòu)傳遞給建筑結(jié)構(gòu)，因此，懸挑式腳手架的關(guān)鍵是懸挑結(jié)構(gòu)，它必須具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，并能與建筑結(jié)構(gòu)可靠連接，以將腳手架的荷載安全地傳遞給建筑結(jié)構(gòu)。 　　懸挑腳手架按其受力型式分為懸臂式、斜撐式、斜拉式等三類。懸臂式，顧名思義，是直接在建筑結(jié)構(gòu)上伸出型鋼挑梁作為腳手架的支撐體系；斜拉式是在由建筑結(jié)構(gòu)伸出的型鋼挑梁端部加鋼絲繩、圓鋼或型鋼材料進行斜拉，鋼絲繩、圓鋼或型鋼另一端采用繩卡或焊接等方式固定到預(yù)埋在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的吊環(huán)或預(yù)埋件上；下?lián)问绞窃谔袅憾瞬肯旅婕右恍睏U支撐，支撐下部固定到建筑結(jié)構(gòu)或預(yù)埋在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的預(yù)埋件上。 　　懸臂式結(jié)構(gòu)由于受力體系簡單，制作方便，應(yīng)用較普遍。其他兩類懸挑結(jié)構(gòu)在實際工程中也有廣泛的應(yīng)用，但其受力體系及使用上各有特點：斜拉式懸挑結(jié)構(gòu)的承載能力由受拉構(gòu)件控制的，而下?lián)问綉姨艚Y(jié)構(gòu)的承載能力由下?lián)螚U的受壓穩(wěn)定性控制。 二、關(guān)于懸挑式腳手架的設(shè)計計算內(nèi)容 　懸挑式腳手架的計算包括腳手架架體的計算和懸挑結(jié)構(gòu)的計算兩部分。 1、　根據(jù)JGJ130-2001規(guī)范要求，腳手架架體的計算要考慮的荷載恒荷載和活荷載。恒荷載一般包含：腳手架結(jié)構(gòu)自重，包括立桿、縱向水平桿、橫向水平桿、剪刀撐、橫向斜撐和扣件等的自重；構(gòu)、配件自重，包括腳手板、欄桿、擋腳板、安全網(wǎng)等防護設(shè)施的自重等?；詈奢d一般包含：施工荷載，包括作業(yè)層上的人員、器具和材料等的自重；風(fēng)荷載等。其計算內(nèi)容包括縱向、橫向水平桿等受彎構(gòu)件的強度和連接扣件的抗滑承載力計算；立桿的穩(wěn)定性計算；連墻件的強度、穩(wěn)定性和連接強度的計算；架體中受彎構(gòu)件的變形驗算等。 2、懸挑結(jié)構(gòu)的計算內(nèi)容根據(jù)懸挑式腳手架的荷載傳遞途徑，計算應(yīng)包括：腳手架立桿底部型鋼橫擔(dān)（如有設(shè)置）和懸挑梁型鋼的計算（包括抗彎強度計算、抗剪強度計算、局部承壓強度計算、整體穩(wěn)定性驗算和撓度計算）；斜拉式懸挑結(jié)構(gòu)應(yīng)包括鋼絲繩拉索（作為卸荷作用）、圓鋼或型鋼等的抗拉強度計算；下?lián)问綉姨艚Y(jié)構(gòu)應(yīng)包括下?lián)螚U的強度和穩(wěn)定性計算。 3、懸挑結(jié)構(gòu)與建筑結(jié)構(gòu)的連接計算根據(jù)懸挑結(jié)構(gòu)與建筑結(jié)構(gòu)連接具體方式的不同，可能包括建筑結(jié)構(gòu)混凝土的局部抗壓驗算；吊環(huán)的強度計算；螺栓或預(yù)埋構(gòu)件焊縫連接部位的抗拉、抗剪計算等。 三、關(guān)于懸挑腳手架搭設(shè)的高度 懸挑腳手架施工方案編制的主要依據(jù)是JGJ130-2001規(guī)范，該規(guī)范對懸挑腳手架并沒有限高的規(guī)定，而各地方的做法不盡相同，昆山地區(qū)考慮到風(fēng)荷載較大緣故，一般規(guī)定每道型鋼支承架上部的腳手架高度不宜大于20m。對于高層建筑而言，風(fēng)荷載是重要的水平荷載，是使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和位移的重要因素，對于外腳手架也不例外，隨著高度的增加，風(fēng)荷載的作用會逐漸增大，因此在分段懸挑時，應(yīng)盡量使上一步懸挑高度小于下一步的，確保立桿的穩(wěn)定性。 建筑施工企業(yè)技術(shù)人員目前一般使用PKPM或品茗等安全計算軟件編制方案，方案編制時一般先根據(jù)經(jīng)驗初步擬定每段懸挑腳手架的高度及各項參數(shù)，再核算外腳手架本身的力學(xué)性能，尤其要驗算連墻件的受力情況，如不能通過驗算，應(yīng)逐個調(diào)整參數(shù)，繼續(xù)驗算直至強度、剛度、穩(wěn)定性、節(jié)點強度等各項要求均滿足。 四、關(guān)于懸挑梁的截面選型 懸挑腳手架應(yīng)采用型鋼制作的懸挑梁、懸挑桁架或附著式鋼三角架，不得采用鋼管。目前懸挑梁多采用普通工字鋼或槽鋼，由于普通工字鋼具有雙軸對稱截面，受力明確，傳力直接，得到廣泛使用。 對于型鋼梁型號規(guī)格的選擇，一般僅選擇危險性較大的、懸挑構(gòu)件荷載受力復(fù)雜且較大的有代表性的幾根懸挑梁進行驗算，通常選擇轉(zhuǎn)角、陽臺、飄窗及采光井等懸挑長度較長、構(gòu)件受力較大的部位，尤其是要注意在陽臺等懸挑結(jié)構(gòu)部位，由于陽臺有5cm的室內(nèi)外高低差，此時懸挑構(gòu)件的支點應(yīng)設(shè)在承重的結(jié)構(gòu)挑梁上，所以該處懸挑構(gòu)件的懸挑長度往往較大。在建筑物的陽角處，型鋼梁懸挑長度并不一定是最長的，但此處是兩側(cè)立桿的交匯點，有可能采用橫擔(dān)的方式傳力，其承受的荷載比較大，且不易固定，所以，轉(zhuǎn)角等特殊部位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取加強措施，并且在專項方案中應(yīng)有驗算和構(gòu)造詳圖。 五、關(guān)于斜拉式懸挑結(jié)構(gòu)能否采用鋼絲繩的問題 一些專業(yè)腳手架公司的搭設(shè)人員認(rèn)為腳手架的大部分荷載是可以由鋼絲繩來承擔(dān)的，鋼絲繩可以作為斜拉式懸挑結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件。但本人認(rèn)為鋼絲繩作為柔性材料，斜拉鋼絲繩如果作為主要受力構(gòu)件，則存在以下一些問題： 1、鋼絲繩是否承擔(dān)荷載，以及承擔(dān)荷載的多少不易確定。 鋼絲繩的伸長率大與懸挑型鋼的變形不匹配，當(dāng)鋼絲繩達(dá)到設(shè)計抗力時，懸挑腳手架挑梁早已撓度變形過大，處于不穩(wěn)定狀態(tài)了，即使采用調(diào)緊裝置，也難以保證各根鋼絲繩都能按照設(shè)計意圖均衡受力。在斜拉式懸挑腳手架實際搭設(shè)和使用過程中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鋼絲繩受力時的張緊程度并不一致，說明各繩受力的大小不一樣。如果按簡支結(jié)構(gòu)作為計算模型，以鋼絲繩的破斷拉力作為極限荷載，這樣選擇的懸挑型鋼偏??；但如果完全按懸挑結(jié)構(gòu)計算，選擇的型鋼則很大，造成了很大的浪費；如果考慮型鋼梁和鋼絲繩各承擔(dān)一部分荷載，對鋼絲繩的極限荷載進行折減，如折減30%～40%，但這很難進行理論計算和試驗測定。 兩種力學(xué)模型的計算簡圖見圖1a、b。（F3為鋼絲繩受力） 圖1斜拉式懸挑架計算簡圖 2、偏心問題。由于構(gòu)造原因，鋼絲繩受力后拉結(jié)點往往偏于型鋼的一側(cè)，腳手架立桿位置一般設(shè)置在型鋼截面中心，兩者之間存在一定偏心距，使懸挑構(gòu)件產(chǎn)生平面扭轉(zhuǎn)；由于各懸挑構(gòu)件一般情況都是獨立的受力體系，相互之間未采用縱向連系桿連接，當(dāng)腳手架鋼管立桿安裝位置出現(xiàn)不利偏差時，這種影響將更大。 3、固接端斷絲問題。鋼絲繩的直徑一般在12~18mm，有的甚至更粗，實際安裝時，為保證采用調(diào)緊裝置的拉直效果，固接端鋼絲繩彎曲半徑往往設(shè)置過小，鋼絲繩受力后容易在固接端處出現(xiàn)斷絲過多的情況，使實際承載力下降。 4、鋼絲繩是一種柔性材料，當(dāng)懸挑腳手架受建筑物周圍環(huán)境和遇到臺風(fēng)、龍卷風(fēng)等惡劣天氣等的影響，產(chǎn)生向上的翻流作用時，是不能保證懸挑結(jié)構(gòu)幾何不變的，即使出現(xiàn)輕微的浮（振）動，對懸挑腳手架而言也是極其危險的。 5、由于斜拉鋼絲繩的設(shè)置要等上一層（錨固部位）樓面結(jié)構(gòu)混凝土強度達(dá)到要求時才能設(shè)置，當(dāng)采用純斜拉式結(jié)構(gòu)懸挑腳手架時，將出現(xiàn)上部腳手架搭設(shè)滯后的問題。 因此，在高層懸挑腳手架的設(shè)計時，一般懸挑架計算時懸挑型鋼和鋼絲繩的受力是分開計算的，懸挑型鋼能夠獨立承受外架的受力。鋼絲繩等柔性材料作為受拉構(gòu)件，僅可以作為一種安全儲備構(gòu)件來計算，鋼絲繩在計算時是能夠獨立受力的，避免懸挑型鋼在某種情形下失效后出現(xiàn)外架傾覆的危險，受條件限制，必須采用斜拉式懸挑腳手架時，宜采用圓鋼或型鋼等材料制作剛性斜拉構(gòu)件。 六、關(guān)于型鋼懸挑構(gòu)件室內(nèi)長度和末端的固定方法 我們一般設(shè)計懸挑架的鋼梁的錨固長度時，室內(nèi)長度一般設(shè)計為懸挑長度的1.5-2倍。但是對于部分比較特殊的腳手架，比如在轉(zhuǎn)角、陽臺、欄桿等水平高低處，由于支點擱置部位的影響，使得一些構(gòu)件的實際懸挑長度往往過大，假如懸臂達(dá)到3米的話，那室內(nèi)的錨固長度就最少4.5米，此時由于室內(nèi)空間限制，根本達(dá)不到末端長度的要求。本人認(rèn)為，方案設(shè)計時不必過于強調(diào)1.5倍或2倍的束縛，只要通過驗算，適當(dāng)增加錨固和斜撐，使懸挑梁錨固措施及混凝土強度能夠滿足要求，就是安全的。 型鋼懸挑構(gòu)件室內(nèi)末端與主體混凝土結(jié)構(gòu)的固定一般可采用兩道預(yù)埋螺栓固定、鋼筋拉環(huán)錨固等方法，在陽角等特殊部位亦可采用將型鋼直接預(yù)埋在混凝土墻板和柱內(nèi)，連接強度應(yīng)經(jīng)計算確定，為保證錨固的可靠性，不得采用扣件連接。 當(dāng)采用鋼筋拉環(huán)錨固時，拉環(huán)應(yīng)錨入樓板30d，并壓在樓板下層鋼筋下面。如不能保證鋼筋的混凝土保護層厚度，也可以將拉環(huán)壓在樓板下層鋼筋上面，同時在拉環(huán)上部兩側(cè)各附加兩根直徑14～16的鋼筋，并與樓板鋼筋綁扎牢固，以確保拉環(huán)不會從混凝土樓板中拔出。 圖2所示為幾種常見的固定方法。 a) 預(yù)埋螺栓固定 b)鋼筋拉環(huán)錨固（拉環(huán)壓在樓板下層鋼筋下面） c)鋼筋拉環(huán)錨固（拉環(huán)壓在樓板下層鋼筋下面） d)鋼筋拉環(huán)大樣 圖2 型鋼梁與主體混凝土結(jié)構(gòu)的固定方式 七、關(guān)于連墻件的設(shè)置 根據(jù)JGJ130規(guī)范規(guī)定，連墻件宜靠近主節(jié)點設(shè)置，偏離主節(jié)點的距離不應(yīng)大于300mm，在實際施工中并不易實現(xiàn)。施工方案一般按兩步三跨或兩步兩跨設(shè)置，腳手架的步距一般為1.5m～1.8m，為了方便施工人員行走，通常采用1.8m，由于層高很難與步距的整數(shù)倍匹配，因此連墻件的位置有可能會在洞口等無法設(shè)置的地方。編制人員在計算時應(yīng)考慮此問題，避免出現(xiàn)無法固定的情況，給架體的穩(wěn)定帶來隱患。由于高層結(jié)構(gòu)很多采用剪力墻結(jié)構(gòu)，連墻件可以利用剪力墻模板固定留下的對穿拉桿孔洞來進行加固處理。 根據(jù)JGJ130規(guī)范第6.4.2.4條“一字型、開口型腳手架的兩端必須設(shè)置連墻件，連墻件的垂直間距不應(yīng)大于建筑物的層高，并不應(yīng)大于4m（兩步）?！?、第6.6.3.2條“一字型、開口型雙排腳手架的兩端必須設(shè)置橫向斜撐。”等強制性條文要求，現(xiàn)場施工升降機、工具式腳手架、懸挑接料平臺等開口處往往存在較多的安全隱患，編制人員在編制方案時應(yīng)考慮此問題，并將此類問題單獨考慮，合理安排開口部位，同時應(yīng)繪制詳圖，重點說明。 抗風(fēng)渦流的措施在施工方案中也是經(jīng)常被忽略的，JGJ130-2001規(guī)范中的6.4.7條“架高超過40m且有風(fēng)渦流作用時，應(yīng)采取抗上升翻流作用的連墻措施”，但具體應(yīng)采取什么連墻措施來抵抗上升翻流作用呢？客觀地說，落實該條規(guī)定有一定的難度。風(fēng)渦流產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，在不同建筑物的不同平、立面產(chǎn)生的作用力大小不同，在不易定量分析計算的情況下可采取如下預(yù)防措施：在與連墻桿對應(yīng)的外立桿處設(shè)置剛性斜拉桿與上層主體結(jié)構(gòu)的預(yù)埋件連接或?qū)⑦B墻件的間距加密。根據(jù)本地區(qū)的實際情況，一般采用“U”卡和螺栓搭配使用的方式來設(shè)置預(yù)埋式的剛性連墻件，由此從根本上杜絕了鋼管扣件式連墻件容易被拆除、易松動、扣件抗滑力不足等缺點。 八、關(guān)于主體結(jié)構(gòu)相關(guān)位置的承載力驗算 型鋼梁固定在主體結(jié)構(gòu)上，腳手架上的荷載通過型鋼梁傳到支承的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，如果外腳手架懸挑太高或型鋼梁懸挑太長，該荷載超過了型鋼梁的支承構(gòu)件的承載能力，將會引起構(gòu)件的損傷或破壞，將導(dǎo)致外架的失穩(wěn)和垮塌。但在施工方案中卻經(jīng)常忽略對支承結(jié)構(gòu)構(gòu)件的驗算。型鋼梁支承在梁、樓板或墻上。對于墻，一般認(rèn)為可以不再驗算，對于梁、板，則需要驗算其強度和剛度，驗算內(nèi)容包括：支承點混凝土的抗彎、抗剪、抗扭、局部承壓承載力，如采用鋼筋拉環(huán)，還應(yīng)驗算混凝土的抗拔承載力。如不滿足承載力的要求，應(yīng)降低懸挑腳手架的高度，或者對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加強。 九、關(guān)于保證水平方向穩(wěn)定的構(gòu)造措施 限制腳手架的側(cè)向變形、保證腳手架的側(cè)向穩(wěn)定也是施工中應(yīng)注意的問題。一般情況下，按規(guī)范要求設(shè)置剪刀撐、縱向和橫向掃地桿，能很好的限制腳手架的側(cè)向變形，起到保證腳手架側(cè)向穩(wěn)定、加強腳手架整體性的作用。但在基本風(fēng)壓較大和臺風(fēng)地區(qū)，除設(shè)置剪刀撐、縱向和橫向掃地桿外，還應(yīng)考慮在型鋼梁之間設(shè)置保證水平方向穩(wěn)定的構(gòu)造措施。 可以在型鋼梁之間設(shè)置橫桿或斜桿，也可以在型鋼梁的上部掃地桿位置處設(shè)置水平斜撐，有效防止側(cè)向失穩(wěn)。對于選擇槽鋼作為型鋼支承架的腳手架，更要注意防止立桿放置偏心而引起的平面外失穩(wěn)，可以相鄰懸挑構(gòu)件相互之間采用縱向連系桿連接，也可以在槽鋼內(nèi)側(cè)焊接鋼板作為加勁肋，加強槽鋼的平面外剛度等方法加固。 十、關(guān)于型鋼懸挑構(gòu)件斜支撐作為受力構(gòu)件的計算 當(dāng)懸挑長度較大，且外立面造型復(fù)雜的情況下，依靠鋼梁的自身強度、撓度往往不滿足要求，這個時候選擇斜桿支撐是常見的做法。問題在于斜支撐的支設(shè)往往是后來施工的，采用焊接方法，下端與預(yù)埋件焊牢固，上端與懸挑構(gòu)件焊牢固，從實際檢查的情況分析，上端與懸挑構(gòu)件的焊接情況往往不理想，往往出現(xiàn)接觸面間隙較大且未達(dá)到滿焊的要求。 如此一來，斜桿支撐在計算時，上端支撐點究竟按固定支座處理還是按鉸支座處理呢？本人認(rèn)為，在方案設(shè)計時，可以按偏安全的固定鉸支節(jié)點來驗算，現(xiàn)場則盡量按偏安全的滿焊要求施工，斜撐與鋼梁構(gòu)成的是穩(wěn)定的三角形受力體系，斜撐和懸挑梁的連接可靠，傳力明確，完全可以承擔(dān)由上部傳遞下來的荷載，只要經(jīng)過科學(xué)計算，完全符合穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系受力要求，可以作為受力構(gòu)件的。