高层悬挑脚手架施工方案(含计算书)

一、施工概况：

       泾南三街坊（西块）商品住宅工程由上海中星集团新城房产有限公司开发，上海中星志成建筑设计有限公司设计，监理单位上海正信建设工程管理有限公司，施工单位为江苏宏大建设集团有限公司，本工程位于浦东新区，东侧为绿地泾南公寓住宅小区、南侧为杨高路、西侧为民生路、北侧为申舟明阳苑住宅小区，由1#、2#、3#、4#、5#、6#号楼及地下停车库、变电站、幼儿园、垃圾生化处理站等11个单体组成。总建筑面积69796平方米，计划开工日期为2006年5月，竣工日期2008年8月。

二、本脚手架初步搭设方案和计算依据：

1、建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJI30—2001）（JGJ84——2001）

2、建筑结构荷载规定（GBJ9——87）

3、建筑施工安全检查标准（JGJ59——99）

4、施工现场及建筑施工图规定和要求

三、方案设计：

1、根据本工程的结构和房型特点，为了满足施工进度和安全要求，有些号房特殊部位经项目部施工技术人员的论证决定先行采用悬挑脚手架，其余部位仍采用落地脚手架，高层从第九层开始采用“工”字钢悬挑双排扣件式钢管脚手架施工。

2、本工程外悬挑脚手架的搭设在第八层施工完毕后进行，其基本结构分悬挑结构（悬挑梁、斜撑、预埋件等）和钢管脚手架架体等组成。悬挑结构承受自重和上部传来的脚手架体系恒载和施工最大活荷载、部分风荷载等，并将其传递到建筑物上。

3、挑结构与双排钢管扣件脚手架的连接方法：在悬挑梁上焊接直径60MM长12CM钢套管然后将脚手架插入套管内，套管与工字钢焊接时留有溢流口，以防套管内积水。

4、“工”字钢悬挑双排钢管扣件式脚手架（见悬挑结构示意图）

4、1、悬挑梁采用14#的GB“工”字钢，一般部位长3.0M，局度达到4.5M或6M,向外挑出1.5M。（垂直于墙面距离）

4．2、悬挑梁穿过建筑物墙体的预留孔尺寸：高220MM×宽120MM（用废旧木模板制作）。

4．3、在楼层转角处设置斜撑采用10#槽钢，建筑物上的斜撑支点在下层结构对应部位预埋6MM钢板，然后将槽钢与悬挑梁连接对脚手架架体进行斜撑加固。

4．4、悬挑梁墙体内受力点加固采用ф16#圆钢经加工后成“几”型预埋件，共用三个“几”型预埋件，前二个“几”型预埋件为固定工字钢用，间距为1000MM，最后一个为保险预埋件，将“几”型预埋件与楼板钢筋焊接，待混凝土强度达到标准后，再对悬挑梁进行定位加固。

4．5、悬挑工字钢的“几”型预埋件与工字钢接触部位加焊ф16“U”型圆钢，保证搭设长度大于8CM。

4．6、挑梁间距：一般部位为1.5M,局部作适当调整。

4．7、①、基本尺寸：立杆间距1500MM，步距1800MM，小横杆间距1500MM，架体内力杆离墙距离300—350MM。

②、架体外侧倾覆连墙杆采用ф4.8×3.5MM钢管楼面预埋长1100MM,连墙杆水平间距为6M,垂直间距为3.6M。

③、整个外架沿架体采用密目网密封，每隔三层的楼层与架体间隙进行全封闭隔离。

④、上下通道：采用在架体内设置爬梯，梯宽450MM，长2000MM，搭设角度在50.280左右,用钢筋焊制。

四、安全技术措施：

1、架上工作人员应穿防滑鞋和佩带好安全带。

2、架上作业人员应随身挂好工具袋。

3、搭设材料应随搭设速度到位，随用随上，以免放置不稳掉落伤人。

4、每天施工结束时，架上剩余材料应清理干净；未搭好的架体应形成稳定结构，不能留有洞口和危险临边。

5、在搭设过程中，地面应有警戒区域和监护人员。

6、脚手架搭设材料不得使用不合格材料。

7、施工现场配有专人负责指挥，作业人员必须服从统一指挥。

8、有六级以上强风或雷雨天气，应停止室外作业。

9、班组长每天对作业人员进行安全操作规程和作业环境的安全交底。

10、脚手架的搭设、拆除应严格遵守操作规程。

五、安全使用措施：

1、脚手架搭设完毕必须经现场项目部负责人和有关部门验收合格后方可投入使用。

2、本脚手架在结构施工时最多只允许上下两步堆荷使用，施工荷载不得大于270KG/M²；在装修施工时只允许上下三步堆荷使用，施工荷载不得大于200KG/M²。

3、架体上严禁堆放模板、钢管、钢筋等重量大、数量多，有可能超安全荷载的东西。

4、架体不准用作模板支撑受力使用，外墙、外边梁等建筑物荷载均不允许传递到脚手架上。

5、对脚手架上的施工垃圾应随时清理，清理时不得直接向下抛扔。

6、在靠近脚手架架体和站在架体上进行焊割作业时，应采取可靠的防火措施。

7、现场配电线路不得沿脚手架架体铺设。

8、在脚手架上施工时注意安全，严禁攀爬脚手架。

9、不得随便拆除脚手架的基本构件和连墙杆等受力杆件，因施工需要必须拆除时，应经施工负责人同意后由架子工拆除，并应采取可靠的加固和安全防护措施。

六、拆除注意事项：

1、划出拆除区域，设安全护栏禁止非施工人员进入。

2、专人指挥，协调操作，由上而下拆除。

3、钢管扣件、槽钢、工字钢、脚手板分类堆放于楼板上或装卸平台上，由塔吊或人货电梯运到地面，高空严禁往地面抛物。

4、斜撑最后拆除。

七、脚手架计算书：

悬挑式扣件钢管脚手架计算书

        钢管脚手架的计算参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）。

        计算的脚手架为双排脚手架，搭设高度为20.6米，立杆采用单立管。

        搭设尺寸为：立杆的纵距1.50米，立杆的横距1.05米，立杆的步距1.80米。

        采用的钢管类型为48×3.5，

        连墙件采用2步3跨，竖向间距3.60米，水平间距4.50米。

        施工均布荷载为3.0kN/m2，同时施工2层，脚手板共铺设11层。

        悬挑水平钢梁采用16号工字钢，其中建筑物外悬挑段长度1.50米，建筑物内锚固段长度1.50米。

        悬挑水平钢梁采用悬臂式结构，没有钢丝绳或支杆与建筑物拉结。

    一、大横杆的计算:

        大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。

        按照大横杆上面的脚手板和活荷载作为均布荷载计算大横杆的最大弯矩和变形。

        1.均布荷载值计算

        大横杆的自重标准值  P1=0.038kN/m

        脚手板的荷载标准值  P2=0.150×1.050/4=0.039kN/m

              活荷载标准值  Q=3.000×1.050/4=0.787kN/m

              静荷载的计算值  q1=1.2×0.038+1.2×0.039=0.093kN/m

              活荷载的计算值  q2=1.4×0.787=1.102kN/m

                                大横杆计算荷载组合简图(跨中最大弯矩和跨中最大挠度)

                                大横杆计算荷载组合简图(支座最大弯矩)

        2.抗弯强度计算

        最大弯矩考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的弯矩

        跨中最大弯矩计算公式如下:

        跨中最大弯矩为

        M1=(0.08×0.093+0.10×1.102)×1.5002=0.265kN.m

        支座最大弯矩计算公式如下:

        支座最大弯矩为

        M2=-(0.10×0.093+0.117×1.102)×1.5002=-0.311kN.m

        我们选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算：

        =0.311×106/5080.0=61.266N/mm2

        大横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!

        3.挠度计算

        最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度

        计算公式如下:

        静荷载标准值q1=0.038+0.039=0.078kN/m

        活荷载标准值q2=0.787kN/m

        三跨连续梁均布荷载作用下的最大挠度

        V=(0.677×0.078+0.990×0.787)×1500.04/(100×2.06×105×121900.0)=1.678mm

        大横杆的最大挠度小于1500.0/150与10mm,满足要求!

    二、小横杆的计算:

        小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。

        用大横杆支座的最大反力计算值，在最不利荷载布置下计算小横杆的最大弯矩和变形。

        1.荷载值计算

        大横杆的自重标准值  P1=0.038×1.500=0.058kN

        脚手板的荷载标准值  P2=0.150×1.050×1.500/4=0.059kN

              活荷载标准值  Q=3.000×1.050×1.500/4=1.181kN

              荷载的计算值  P=1.2×0.058+1.2×0.059+1.4×1.181=1.794kN

                        小横杆计算简图

        2.抗弯强度计算

        最大弯矩考虑为小横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的弯矩和

        均布荷载最大弯矩计算公式如下:

        集中荷载最大弯矩计算公式如下:

        M=(1.2×0.038)×1.0502/8+1.794×1.050/2=0.948kN.m

        =0.948×106/5080.0=186.627N/mm2

        小横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!

        3.挠度计算

        最大挠度考虑为小横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的挠度和

        均布荷载最大挠度计算公式如下:

        集中荷载最大挠度计算公式如下:

        小横杆自重均布荷载引起的最大挠度

        V1=5.0×0.038×1050.004/(384×2.060×105×121900.000)=0.02mm

        集中荷载标准值P=0.058+0.059+1.181=1.298kN

        集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度

        V2=19×1297.912×1050.03/(384×2.06×105×121900.0)=2.960mm

        最大挠度和

        V=V1+V2=2.985mm

        小横杆的最大挠度小于1050.0/150与10mm,满足要求!

    三、扣件抗滑力的计算:

        纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算(规范5.2.5):

                                R ≤ Rc

        其中  Rc —— 扣件抗滑承载力设计值,取8.0kN；

             R —— 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；

        1.荷载值计算

        横杆的自重标准值  P1=0.038×1.050=0.040kN

        脚手板的荷载标准值  P2=0.150×1.050×1.500/2=0.118kN

              活荷载标准值  Q=3.000×1.050×1.500/2=2.362kN

              荷载的计算值  R=1.2×0.040+1.2×0.118+1.4×2.362=3.498kN

        单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!

        当直角扣件的拧紧力矩达40--65N.m时,试验表明:单扣件在12kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取8.0kN；

        双扣件在20kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取12.0kN；

    四、脚手架荷载标准值:

        作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。

        静荷载标准值包括以下内容：

        (1)每米立杆承受的结构自重标准值(kN/m)；本例为0.1248

            NG1 = 0.125×20.600=2.571kN

        (2)脚手板的自重标准值(kN/m2)；本例采用竹笆片脚手板，标准值为0.15

            NG2 = 0.150×11×1.500×(1.050+0.300)/2=1.671kN

        (3)栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m)；本例采用栏杆、竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15

            NG3 = 0.150×1.500×11/2=1.238kN

        (4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网(kN/m2)；0.005

            NG4 = 0.005×1.500×20.600=0.154kN

        经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3+NG4 = 5.634kN。

        活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，内、外立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。

        经计算得到，活荷载标准值 NQ = 3.000×2×1.500×1.050/2=4.725kN

        风荷载标准值应按照以下公式计算

        其中  W0 —— 基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用：W0 = 0.550

             Uz —— 风荷载高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用：Uz = 1.250

             Us —— 风荷载体型系数：Us = 1.200

        经计算得到，风荷载标准值Wk = 0.7×0.550×1.250×1.200 = 0.578kN/m2。

        考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式

                         N = 1.2NG + 0.85×1.4NQ

        风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW计算公式

                         MW = 0.85×1.4Wklah2/10

        其中  Wk ——  风荷载基本风压标准值(kN/m2)；

              la —— 立杆的纵距 (m)；

              h —— 立杆的步距 (m)。

    五、立杆的稳定性计算:

        1.不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算

        其中 N —— 立杆的轴心压力设计值，N=13.38kN；

              —— 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l0/i 的结果查表得到0.19；

        　　 i —— 计算立杆的截面回转半径，i=1.58cm；

        　　 l0 —— 计算长度 (m),由公式 l0 = kuh 确定，l0=3.12m；

        　　 k —— 计算长度附加系数，取1.155；

        　　 u —— 计算长度系数，由脚手架的高度确定，u=1.50；

        　　 A —— 立杆净截面面积，A=4.cm2；

        　　 W —— 立杆净截面模量(抵抗矩),W=5.08cm3；

        　　  —— 钢管立杆受压强度计算值 (N/mm2)；经计算得到  = 147.23

        　　[f] —— 钢管立杆抗压强度设计值，[f] = 205.00N/mm2；

        不考虑风荷载时，立杆的稳定性计算  < [f],满足要求!

        2.考虑风荷载时,立杆的稳定性计算

        其中 N —— 立杆的轴心压力设计值，N=12.38kN；

        　　  —— 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l0/i 的结果查表得到0.19；

        　　 i —— 计算立杆的截面回转半径，i=1.58cm；

        　　 l0 —— 计算长度 (m),由公式 l0 = kuh 确定，l0=3.12m；

        　　 k —— 计算长度附加系数，取1.155；

        　　 u —— 计算长度系数，由脚手架的高度确定；u = 1.50

        　　 A —— 立杆净截面面积，A=4.cm2； 

        　　 W —— 立杆净截面模量(抵抗矩)，W=5.08cm3； 

        　　 MW —— 计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩，MW = 0.334kN.m；

        　　  —— 钢管立杆受压强度计算值 (N/mm2)；经计算得到  = 202.05

        　　[f] —— 钢管立杆抗压强度设计值，[f] = 205.00N/mm2；

        考虑风荷载时，立杆的稳定性计算  < [f],满足要求!

    六、连墙件的计算:

        连墙件的轴向力计算值应按照下式计算：

                         Nl = Nlw + No

        其中  Nlw —— 风荷载产生的连墙件轴向力设计值(kN)，应按照下式计算：

                         Nlw = 1.4 × wk × Aw

              wk —— 风荷载基本风压标准值，wk = 0.578kN/m2；

              Aw —— 每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积，Aw = 3.60×4.50 = 16.200m2；

              No —— 连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力(kN)；No = 5.000

        经计算得到 Nlw = 13.098kN，连墙件轴向力计算值 Nl = 18.098kN

        连墙件轴向力设计值 Nf = A[f]

        其中  —— 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l/i=30.00/1.58的结果查表得到=0.95；

             A = 4.cm2；[f] = 205.00N/mm2。

        经过计算得到 Nf = 95.411kN

        Nf>Nl，连墙件的设计计算满足要求!

        连墙件采用扣件与墙体连接。

        经过计算得到 Nl = 18.098kN大于扣件的抗滑力8.0kN，不满足要求!

                连墙件扣件连接示意图

    七、悬挑梁的受力计算:

        悬挑脚手架按照带悬臂的单跨梁计算

        悬出端C受脚手架荷载N的作用，里端B为与楼板的锚固点，A为墙支点。

                        悬臂单跨梁计算简图

        支座反力计算公式

        支座弯矩计算公式

        C点最大挠度计算公式

        其中 k = m/l,kl = ml/l,k2 = m2/l。

        本工程算例中，m = 1500mm，l = 1500mm，ml = 300mm，m2 = 1350mm；

        水平支撑梁的截面惯性矩I = 1130.00cm4，截面模量(抵抗矩) W = 141.00cm3。

        受脚手架作用集中强度计算荷载 N=1.2×5.63+1.4×4.73=13.38kN

        水平钢梁自重强度计算荷载 q=1.2×26.10×0.0001×7.85×10=0.25kN/m

                    k=1.50/1.50=1.00

                    kl=0.30/1.50=0.20

                    k2=1.35/1.50=0.90

        代入公式，经过计算得到

        支座反力 RA=42.201kN

        支座反力 RB=-14.713kN

        最大弯矩 MA=22.346kN.m

        抗弯计算强度 f=22.346×106/(1.05×141000.0)=150.933N/mm2

        水平支撑梁的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!

        受脚手架作用集中计算荷载 N=5.63+4.73=10.36kN

        水平钢梁自重计算荷载 q=26.10×0.0001×7.85×10=0.21kN/m

        最大挠度 Vmax=8.056mm

        按照《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录A结构变形规定，受弯构件的跨度对悬臂梁为悬伸长度的两倍，即3000.0mm

        水平支撑梁的最大挠度大于3000.0/400,不满足要求!

    八、悬挑梁的整体稳定性计算:

        水平钢梁采用16号工字钢,计算公式如下

        其中 b —— 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，查表《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录B得到：

        b=1.51

        由于b大于0.6，按照《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录B其值用b'查表得到其值为0.867

        经过计算得到强度 =22.35×106/(0.867×141000.00)=182.72N/mm2；

        水平钢梁的稳定性计算  < [f],满足要求!

    九、锚固段与楼板连接的计算:

        1.水平钢梁与楼板压点如果采用钢筋拉环，拉环强度计算如下：

        水平钢梁与楼板压点的拉环受力R=14.713kN   

        水平钢梁与楼板压点的拉环强度计算公式为

        其中[f]为拉环钢筋抗拉强度，每个拉环按照两个截面计算，按照《混凝土结构设计规范》10.9.8[f] = 50N/mm2；

        所需要的水平钢梁与楼板压点的拉环最小直径 D=[14713×4/(3.1416×50×2)]1/2=14mm

        水平钢梁与楼板压点的拉环一定要压在楼板下层钢筋下面，并要保证两侧30cm以上搭接长度。

        2.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，螺栓粘结力锚固强度计算如下：

        锚固深度计算公式

        其中 N —— 锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向拉力，N = 14.71kN；

             d —— 楼板螺栓的直径，d = 20mm；

             [fb] —— 楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度，计算中取1.5N/mm2；

             h —— 楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度，经过计算得到 h 要大于14712.73/(3.1416×20×1.5)=156.1mm。

        3.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，混凝土局部承压计算如下：

        混凝土局部承压的螺栓拉力要满足公式

        其中 N —— 锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向拉力，N = 14.71kN；

             d —— 楼板螺栓的直径，d = 20mm；

             b —— 楼板内的螺栓锚板边长，b=5d=100mm；

             fcc —— 混凝土的局部挤压强度设计值，计算中取0.95fc=13.59N/mm2；

        经过计算得到公式右边等于131.6kN

        楼板混凝土局部承压计算满足要求!