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高层建筑悬挑脚手架方案设计中存在的几个问题

一、关于悬挑结构的选型

  悬挑式脚手架的全部荷载最终都是通过悬挑结构传递给建筑结构,因此,悬挑式脚手架的关键是悬挑结构,它必须具有足够的强度、刚度和稳定性,并能与建筑结构可靠连接,以将脚手架的荷载安全地传递给建筑结构。

  悬挑脚手架按其受力型式分为悬臂式、斜撑式、斜拉式等三类。悬臂式,顾名思义,是直接在建筑结构上伸出型钢挑梁作为脚手架的支撑体系;斜拉式是在由建筑结构伸出的型钢挑梁端部加钢丝绳、圆钢或型钢材料进行斜拉,钢丝绳、圆钢或型钢另一端采用绳卡或焊接等方式固定到预埋在建筑结构内的吊环或预埋件上;下撑式是在挑梁端部下面加一斜杆支撑,支撑下部固定到建筑结构或预埋在建筑结构内的预埋件上。

  悬臂式结构由于受力体系简单,制作方便,应用较普遍。其他两类悬挑结构在实际工程中也有广泛的应用,但其受力体系及使用上各有特点:斜拉式悬挑结构的承载能力由受拉构件控制的,而下撑式悬挑结构的承载能力由下撑杆的受压稳定性控制。

  二、关于悬挑式脚手架的设计计算内容

  悬挑式脚手架的计算包括脚手架架体的计算和悬挑结构的计算两部分。

  1、 根据JGJ130规范要求,脚手架架体的计算要考虑的荷载恒荷载和活荷载。恒荷载一般包含:脚手架结构自重,包括立杆、纵向水平杆、横向水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件等的自重;构、配件自重,包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重等。活荷载一般包含:施工荷载,包括作业层上的人员、器具和材料等的自重;风荷载等。其计算内容包括纵向、横向水平杆等受弯构件的强度和连接扣件的抗滑承载力计算;立杆的稳定性计算;连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算;架体中受弯构件的变形验算等。

  2、悬挑结构的计算内容根据悬挑式脚手架的荷载传递途径,计算应包括:脚手架立杆底部型钢横担(如有设置)和悬挑梁型钢的计算(包括抗弯强度计算、抗剪强度计算、局部承压强度计算、整体稳定性验算和挠度计算);斜拉式悬挑结构应包括钢丝绳拉索(作为卸荷作用)、圆钢或型钢等的抗拉强度计算;下撑式悬挑结构应包括下撑杆的强度和稳定性计算。

  3、悬挑结构与建筑结构的连接计算根据悬挑结构与建筑结构连接具体方式的不同,可能包括建筑结构混凝土的局部抗压验算;吊环的强度计算;螺栓或预埋构件焊缝连接部位的抗拉、抗剪计算等。

  三、关于悬挑脚手架搭设的高度

  悬挑脚手架施工方案编制的主要依据是JGJ130规范,该规范对悬挑脚手架并没有限高的规定,而各地方的做法不尽相同,昆山地区考虑到风荷载系数较大(0.5)的缘故,一般规定每道型钢支承架上部的脚手架高度不宜大于20m。对于高层建筑而言,风荷载是重要的水平荷载,是使结构产生内力和位移的重要因素,对于外脚手架也不例外,随着高度的增加,风荷载的作用会逐渐增大,因此在分段悬挑时,应尽量使上一步悬挑高度小于下一步的,确保立杆的稳定性。

  建筑施工企业技术人员目前一般使用PKPM或品茗等安全计算软件编制方案,方案编制时一般先根据经验初步拟定每段悬挑脚手架的高度及各项参数,再核算外脚手架本身的力学性能,尤其要验算连墙件的受力情况,如不能通过验算,应逐个调整参数,继续验算直至强度、刚度、稳定性、节点强度等各项要求均满足。

  四、关于悬挑梁的截面选型

  悬挑脚手架应采用型钢制作的悬挑梁、悬挑桁架或附着式钢三角架,不得采用钢管。目前悬挑梁多采用普通工字钢或槽钢,由于普通工字钢具有双轴对称截面,受力明确,传力直接,得到广泛使用。

  对于型钢梁型号规格的选择,一般仅选择危险性较大的、悬挑构件荷载受力复杂且较大的有代表性的几根悬挑梁进行验算,通常选择转角、阳台、飘窗及采光井等悬挑长度较长、构件受力较大的部位,尤其是要注意在阳台等悬挑结构部位,由于阳台有5cm的室内外高低差,此时悬挑构件的支点应设在承重的结构挑梁上,所以该处悬挑构件的悬挑长度往往较大。在建筑物的阳角处,型钢梁悬挑长度并不一定是最长的,但此处是两侧立杆的交汇点,有可能采用横担的方式传力,其承受的荷载比较大,且不易固定,所以,转角等特殊部位应根据现场实际情况采取加强措施,并且在专项方案中应有验算和构造详图。

  五、关于斜拉式悬挑结构能否采用钢丝绳的问题

  一些专业脚手架公司的搭设人员认为脚手架的大部分荷载是可以由钢丝绳来承担的,钢丝绳可以作为斜拉式悬挑结构的主要受力构件。但本人认为钢丝绳作为柔性材料,斜拉钢丝绳如果作为主要受力构件,则存在以下一些问题:

  1、钢丝绳是否承担荷载,以及承担荷载的多少不易确定。

  钢丝绳的伸长率大与悬挑型钢的变形不匹配,当钢丝绳达到设计抗力时,悬挑脚手架挑梁早已挠度变形过大,处于不稳定状态了,即使采用调紧装置,也难以保证各根钢丝绳都能按照设计意图均衡受力。在斜拉式悬挑脚手架实际搭设和使用过程中,我们经常发现钢丝绳受力时的张紧程度并不一致,说明各绳受力的大小不一样。如果按简支结构作为计算模型,以钢丝绳的破断拉力作为极限荷载,这样选择的悬挑型钢偏小;但如果完全按悬挑结构计算,选择的型钢则很大,造成了很大的浪费;如果考虑型钢梁和钢丝绳各承担一部分荷载,对钢丝绳的极限荷载进行折减,如折减30%40%,但这很难进行理论计算和试验测定。

 
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