某高层框架主体结构施工单排挑支脚手架的设计及应用

　　摘要：高层框架结构主体施工时，外用脚手架对主体施工安全、进度、成本均有较大的影响，合理选择外用脚手架的形式，对施工安全性、方便性以及降低施工成本都非常重要。本文对单排脚手安全性性方便性以及经济效益方面进行分析,在不同的结构外形特点、工期要求、生产安排、文明施工要求等条件下选择合理的脚手架。
　　关键词：单排挑支脚手架；成本分析；应用
　　
　　0引言
　　目前北京地区高层框架结构施工常用的外脚手架有单排脚手架、双排脚手架等两种，根据结构外形特点、工期要求、生产安排、文明施工要求等，选择适合工程施工的脚手架。
　　1.单排外挑脚手架
　　1.1单排外挑脚手架模型
　　高层框架结构施工用单排脚手架通常是用单钢管外挑，此脚手架应用于框架结构施工较为方便。施工时在楼板上预留锚环，竖向结构施工前搭设，每层或每两层周转一次。此脚手架主要用作安全防护。
　　钢管通常用作拉压杆，一般不用做抗弯杆件，因为它的截面抗弯性能较差，常用的φ48钢管截面模量只有5.08cm3，是100×100mm木方的1/32，截面抗弯刚度也仅有100×100mm木方的1/2。但单排架荷载小，单层悬挑，在这种条件下也能满足计算要求。《施工手册》中提出，钢管悬挑长度不宜超过700mm。
　　1.2单排外挑脚手架的受力分析
　　挑杆间距1500mm，立杆间距1500mm，水平杆步距1500mm，立杆均用6m长钢管。
　　1.2.1荷载计算
　　1）外挑杆集中力：
　　外脚手架每根立杆集中力计算（取1500mm宽的一个挑杆单元）：
　　立杆自重：0.038×6=0.228kN
　　水平杆自重：0.038×1.5×6=0.342kN
　　扣件自重：7×0.013+1×0.015=0.106kN
　　安全网自重：0.005×6×1.5=0.045kN
　　立杆集中力标准值：0.228+0.342+0.106+0.045=0.721kN
　　2）均布线荷载：
　　挑杆自重：0.038kN/m
　　脚手板自重：0.35×1.5=0.525kN/m
　　均布荷载标准值：0.038+0.525=0.563kN/m
　　活荷载：1×1.5=1.5kN/m
　　3）风荷载：
　　基本风压值：w0=0.30kN/m2
　　取μs=1.3×0.872=1.13
　　μz=1.77
　　wk=0.7μzμsw0=0.7×1.77×1.13×0.30=0.42kN/m2(1-1)
　　4）荷载组合：
　　集中荷载设计值：N1=1.2×0.721=0.865kN
　　线荷载设计值：q=1.2×0.563+1.4×1.5=2.776kN/m
　　1.2.2内力计算 
　　1）挑杆抗弯计算：
　　同时考虑两层脚手架的自重和一层施工荷载，得
　　MB=2×0.7N1+0.5×0.7×0.7×q(1-2)
　　=1.212+0.680=1.892kN.m
　　查表得Φ48×3.5钢管截面抵抗矩W=5.08×103mm3，按两层挑杆协同作用考虑，不考虑下层斜拉撑的卸荷作用，得：f=M/W=1.892×106/(2×5.08×103)=186N/mm2<fm=205N/mm2(1-3)
　　满足要求。
　　2）挠度验算：
　　f=Nl3/3EI+ql4/8EI=865×7003/3×2×2.06×105×12.19×104+2.776×7004/8×2×2.06×105×12.19×104=1.97+1.69=3.66mm(1-4)
　　3）风荷载作用
　　按规范给出的计算公式，风荷载作用下立杆的弯曲应力为：
　　fw=Mw/W
　　由前面参数计算得：
　　fw=33.2N/m2
　　而单排架最不利杆件不是立杆而是挑杆，因此，规范给出的公式在此处无法应用。
　　从结构施工的过程来看，刚在楼板上搭设完脚手架，即架体高度竖向结构还未开始施工时，这时垂直于架体向楼内、楼外的风荷载作用效应将非常明显，此时的架体应视为立放的悬臂梁，高度越高，风荷载也就越大。
　　以施工最高层时，最大风荷载从结构内侧向外侧为最不利状态，此时安全网设置高度按4500mm
　　ΣMC=0得F3=0.5×1.4×0.63×4.5×4.5/1.7=5.25kN
　　F2=4.465kN
　　显然，当在50m高处出现最大风荷载时，挑杆竖向集中远大于施工荷载作用下的N1，单独挑杆是无法承受风荷载效应的，此时需要考虑下层斜拉撑的作用。
　　施工层三角单元按刚体考虑，下层挑杆不考虑承受竖向荷载。
　　斜撑所受压力：F=3.43kN
　　斜拉撑长细比:λ=L0/i=3800/15.8=240(1-5)
　　查表得稳定性系数:ψ=0.129
　　则斜撑稳定承载力设计值:f=F/ψA=3430/0.129×489=54N/mm2<205N/mm2(1-6)
　　实际上，从前面的计算μs=1.13可看出，风荷载对脚手架的作用甚至比对一块密不透风的整板产生的效应更强。当出现最大风荷载作用时，安全网早已经破坏，脚手架变为敞开式，μs减小，风荷载效应随之减弱。因此，上述计算是偏于安全的。
　　1.3单排外挑脚手架的使用成本分析
　　按楼层为15层，搭设高度54m，工期120天，计算每100m外檐脚手架租赁费用。
　　表3-1单排外挑架租赁费统计表
　　构件名称 钢管 直角扣件 旋转扣件 对接扣件 安全网
　　使用量 3044m 933个 578个 200个 2400m2
　　租期 120天 120天 120天 120天 
　　租赁费 4383元 896元 555元 192元 6240元
　　人工费 约1080工日100元/工日 108000元
　　合计 120266元
　　如果施工组织得当，钢管等按一层半配置，可减少用量的1/4。
　　
　　2结论
　　单排外挑脚手架的成本优势是其它脚手架无法比拟的，但使用不如双排架方便，外立面也不如双排架整齐；双排架施工操作方便，外观整齐，但构件用量大，一旦工期延误或工期过长，成本相对较高。
　　该工程建筑总高度54m，共15层，在选择结构施工脚手架时，按上述方案进行了分析，最后选择了单排钢管外挑脚手架，每层独立挑杆，每两层周转一次，构件使用量不到双排架的三分之一，费用低得多。从工程应用结果来看，完全满足安全、施工使用的要求。
　　
　　参考文献
　　[1]JGJ130-2001建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范
　　[2]建筑施工手册（第四版）中国建筑工业出版社
　　[3]北京建工集团科技质量部脚手架及水平模板支撑计算

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