安徽天翰工程咨询有限责任公司    叶元贵   邮编：243000

一、工程概况:

本工程为某高层写字楼，框剪结构。建筑面积29800㎡，层高3.5m，地下一层，地上20层，加跃层全高76.5m。裙房地下一层，地上两层，裙房与主楼在筏基、一层顶结构层均设后浇带,裙房主体待主楼结构封顶后施工。

二、脚手架设计方案:

 1、本工程采用扣件式φ48×3.5钢管脚手架，地下一层至地上三层顶采用双排落地式单立杆脚手架，三层顶开始分三次悬挑至跃层，分别在三层顶、九层顶、十五层顶用16#工字钢加φ20圆钢斜拉卸荷，每段最大悬挑高度21m。

2、钢管脚手架采用双排单立杆，纵向间距1.5m,横向间距0.9m,纵向水平杆步距1.8m,里立杆距外墙皮0.3m;小横杆间距0.75m。每步架设栏杆高0.9m。作业层设挡脚手板和竹笆跳板满铺。

3、水平杆在立杆内侧，小横杆在纵向水平杆下，满铺竹笆的作业层填纵向水平杆一根。

4、连墙件采用φ48×3.5钢管按二步(3.6m)三跨(4.5m)设置，阴阳角两侧均设置连墙件。

5、脚手架外侧立面整个长度和高度连续设置剪刀撑，每组剪刀撑跨越立杆6-7根，与水平成45°—60°角。

6、脚手架拐角处及中间每隔6跨设置一道横向斜撑，自底层至顶层。

7、外立杆内侧用密目式绿色安全网全封闭，作业层竹笆底面用平网封闭。

三、设计验算:

(一)验算依据:

 1、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001。

2、《建筑工程安全检查标准》JGJ59-99。

3、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001。

4、《上海市悬挑脚手架安全技术规程》DG/TJ08-2002-2006。

 (二)验算内容:

依据规范第5.1.5条规定的情况下，相应杆件可不再进行设计计算，架体设计采用了规范第6.1.1条规定的构造尺寸，符合表5.1.7注及第六章构造规定，故纵向水平杆、横向水平杆、立杆等就不必进行验算，故只验算连墙杆、型钢支承架、扣件抗滑承载力。

(三)连墙杆验算:

1、连墙杆的轴向设计值:

 N₁=N_1w+N_o                                           (5.4.1)

其中 N_o—架体平面外变形产生的轴向力，规范取5KN

     N_o—风荷载产生的轴向力=1.4W_k·Aw               (5.4.2)

     W_k—水平荷载标准值=0.7μ_z·μ_s·W_o                           (4.3.2)

     A_w—每个连墙件的覆盖面积(本工程为4.5×3.6=16.2㎡,取27㎡)

    μ_z—风压高度变化系数。(按荷载规范GB5009-2001表7.2.1及场地情况及高度查得μ_z=1.95)

    μ_s—脚手架体型系数(按规范表4.2.4查得μ_s=1.3φ。φ为挡风系数，按规范附录表A查得φ=0.089，μ_s=l.3×0.089=0.1157)

    W_o—基本凤压值按荷载规范附录附图查得W_o=40kg/㎡

    W_o=0.7μ_z·μ_s·W_o=0.7×1.95×0.1157×40=6。317kg/㎡

    N_1w=1.4W_k·A_w=1.4×6.317×27=238.78kg

    N₁=N_1w+N_o=238.78+500=738.78kg

2、连墙杆强度验算:

选用φ48X3.5钢管作为拉墙杆，查表得

F=4.89㎡   Q235钢材强度设计值f=205N/mm²     (规范表: 5.1.6)

σ=N/F=7387.78/489=15.11N/mm²<205N/mm²        安全

 (四)型钢支撑架验算:

选双保险的结构型式:即悬挑梁加斜拉杆。

1、架体设计尺寸同第二条

连墙件设置为二步三跨，立杆横距L_b为0.9m,纵向水平杆步距1.8m,立杆纵距La为1.5m，内立杆距建筑物主体为0.3m。

2、计算简图(按二种最不利状态)

①悬臂梁状态(拉杆失效)

②上拉三脚架状态(压点失效)

3、荷载计算:

立杆的轴向压力:N

按不组合凤荷载考虑(组合风荷载的计算值更小)

N=1.35(N_G1K+N_G2K)+1.42∑N_QK

(按上海“规范”规定恒载分项系数调整为1.35)

N_G1K-脚手架结构自重标准值产生的轴向力。 (按规范附录A  A-1表取值)

N_G2K-构件自重标准值产生的轴向力       (按规范表4.2.1-1～4.2.1-2) ∑N_QK-施工荷载标准值产生的轴向力总和

每根立杆承受的作用面积为:1.8×1.2×1/2=1.08m²

每根立杆承受构件自重标准值为:0.1248KN/          (规范附录表A-1)脚手板自重标准值为:0.35KN/m²                    (规范表4.2.1-1)栏杆挡脚板标准值为:0.14KN/m²                    (规范表4.2.1-2)施工活荷载标准值为:6KN/m²       (按上海规程3.2.2第二条要求取值)支承架上架体高度:21m                                 (设计方案) N_G1K=21×0.1248=2.62KN

N_G2K=1.08×6(层)×(0.35+0.14)=3.18KN

N_QK=1.08×6KN=6.48KN

N=1.35×(2.62+3.18)+1.4×6.48=7.83+9.07=16.9KN

4、内力分析和截面验算:

(1)悬臂梁内力计算(见右图)

B点弯矩

M_B=1.69×(0.3+1.2)=2.535t·m

A支座压力

R_A=2.535÷2.2=1.152t

B支座反力

R_B=1.152+3.38=4.532t

(2)型钢截面验算

选工字钢I16^#/W_X=141cm³；F=26.1cm²

抗弯强度验算:W-截面模量

σ=M_max/W=253500/141=1797.8kg/cm²；=179.78N/mm²＜205N/mm²

抗剪强度验算:

τ=V_max·S/I·tw             V_max—最大剪力；S—截面模量=81cm³

                           I—惯性矩=1127cm⁴；t_w—腹板厚度=0.6cm

τ=3380×81/(1127X0.6)=273780/676.2=404.88kg/cm²=40.4N/mm²＜125N/mm²

(3)拉杆内力计算:

按实际位置拉杆尺寸倾斜角

tgφ=1200/3420=0.3548      φ≈19.5°

Fy=1..69t+1.69×0.3/(0.3+0.9)=1.69+0.4225=2.113t

CoS19.5°=0.943；F=Fy·CoS19.5°=2.113×0.943=1.990t

Fx=Fy·Sin19.5°=2.113×0.334=0.705t   (梁底板抵消)

(4)拉杆截面验算：选φ20圆钢拉杆      Fu=3.14cm²

拉杆强度验算:

σ=F/Fu=1990kg/3.14=624.86kg/cm²=62.5N/mm²＜215N/mm²    安全

 (5)拉杆结点焊缝强度验算:

悬挑架安装图

节点图

悬挑架连接

①φ20圆钢拉杆上端弯成71°,弯端长100mm与上楼层予埋件M采用双面电弧焊(角焊)，焊缝长度两侧各100mm。h_f12mm。下端弯成19°弯端长100mm,与工字钢上侧采用双面电弧焊(角焊)，焊缝长度两侧各100mm。

②悬挑层结构外侧埋件M₂与工字钢下翼两侧采用双面电弧焊，焊缝两侧各长100mm，以控制工字钢移动。

③每根工字钢挑出端按图示尺寸，焊两个φ25圆钢，高150mm以控制立杆位置。

焊缝验算:

φ20圆钢拉杆作用力平行于焊缝方向，按钢结构设计规定焊缝抗剪强度按下式计算:

τ=N/(h_f·1_w)≤<0.7f_y^w           其中N—轴向拉力

                              h_f—焊脚尺寸

由前计算得:N=1.990t           1_w焊缝有效长度等于焊缝长度扣除2倍焊脚尺寸

查表得：f_y^w =160N/mm²           f_y^w   =角焊缝抗剪强度设计值

1^w=200-12×2=176mm

N/(h_f·1_w)≤0.7 f_y^w 代入19900/(1. 2×176)＜0.7×160

                                    9.42＜112                    安全

(五)扣件抗滑承载力计算

按规范5.2.5条纵向或横向水平杆与立杆连接时，其扣件的抗滑承载力按下式计算:R≤R_c

R—纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值

R_c—扣件抗滑承载力设计值，按规范表5.1.7采用8KN

承载值计算:

水平杆自重标准值        P₁=0.038×1.5=0.057KN

脚手板标准值            P₂=0.35×0.9×1.5/2=0.236KN

活荷载标准值            Q=2×0.9×1.5/2=1.35KN

承载计算值              R=1.35×0.057+1.35×0.236+1.4×1.35

                         =0.077+0.319+1.89=2.286KN＜8KN        安全