悬挑脚手架型钢悬挑梁在阳台上的受力分析

ｃＯｎＳＴＲＵＣＴＩＯｎ　Ｓ￣ＦＥＴ￣　建筑盔金２０１７年第７期　脚手架与模拳睾全　悬挑脚手架型钢悬挑梁在阳台上的受力分析　帅云飞，李彬　赣州　３４１０００）　ｆ江西理工大学建筑与测绘工程学院，　江西【摘要】通过工程实例对阳台上的型钢悬挑梁进行受力分析，并综合ＳＡＰ２０００结构分析软　件模拟型钢悬挑梁的力学性能指标，最终得出型钢悬挑梁的受力和安全分析，并为以后悬挑脚手　架的设计提供试验和理论依据。　【关键词】悬挑脚手架　型钢悬挑梁　阳台　受力分析　【中图分类号】ＴＵ７３１．２　【文献标志码】Ｂ　引　言　采用＋４８．３ｘ３．６钢管，立杆横距ｌｂ＝１．０５　ｌｒｎ，立杆纵　距Ｚ　＝１．５　ｍ，大横杆步距ｈ＝１．５　ｍ，铺木脚手板４　层，同时施工２层，施工荷载Ｑ　＝２　ｋＮ／ｍ２（装修架），　连墙杆布置为两步三跨（２ｈ￣３ｌ　）结构布置如图１［１］：　目前，我国悬挑式脚手架设计主要依据《建筑　施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（ＪＧＪ　１３０—　２０１１），而对于带阳台的悬挑脚手架设计，由于阳　台不参与受力计算，因此会导致型钢悬挑梁的悬　挑长度超过２　ｍ，甚至接近３　ｍ，这给工程施工带　来了难题。另外，钢丝绳原则上也不能参与受力计　算，这无疑会进一步增大施工难度。解决此问题最　直接、最安全的方法就是增大型钢悬挑梁的高度，　但这极大地增加了工程费用，不够经济。实际上，　７　柑　蝇　！　＼　＼　　●ｒ　、　ｕ型螺挂　ｕ型螺柱　Ｌ　ｌ，ｏｏ阳台和钢丝绳都会受到一定程度的荷载，这就是　为什么单独计算型钢悬挑梁不满足规范要求，却　ｌ■＿　］　●　ｍｍ　　Ｉ　Ｉ、　能够在实际工程中得以实施。总结在多个施工单　位的施工经验，此类情况是客观存在的。因此，对　Ｉ　ｌ　Ｌ　：３５。０ｍｍ　ｌ　２５　咩　｝　＼　台　型钢悬挑梁进行力学性能研究，并结合ＳＡＰ２０００　结构分析软件建立简单模型，具体的分析一下型　钢悬挑梁的受力情况，以及阳台和钢丝绳在实际　工程上所起到的作用，并得出相关结论，供实际工　程参考。　１．工程概况　图１　型钢悬挑脚手架构造圄　２．计算模型　根据图１可以得出型钢悬挑梁受力计算模型　如图２，其中内、外立杆段的轴向力设计值可认为　近似相等　引，均取Ⅳ。　３．荷载计算　某工程位于江西省赣州市，采用工字型钢悬挑脚　手架，采用密目网全封闭，一次悬挑高度为１９．５　ｍ，　［作者简介】帅云飞，硕士研究生，Ｅ．ｍａｉｌ：ｍａｓｔｅｒｓｈｕａｉ＠１６３．ｃｏｒｎ。　《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》　３９　ＣｏｎＳＴＲＵＣＴＩＯｎ　５ＡＦＥＴＹ　支筑盔金２０１７年第７期　脚手架与模架安全　图２型钢悬挑梁计算模型（单位：ｍｍ）　（ＪＧＪ　１３０—２０１１）中表示，作用于脚手架的荷载可分　为永久荷载（恒荷载）与可变荷载（活荷载）。脚手架　永久荷载包括以下内容：①架体结构自重：包括立　杆、纵向水平杆、横向水平杆、剪刀撑、扣件等自重。　②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。脚手架可变荷载包括以下内　容：①施工荷载：包括作业层上人员、器具和材料等　自重。②风荷载：计算立杆段的轴向力设计值Ⅳ，应　按下式计算　］：　不组合风荷载时：　Ｎ＝Ｉ．２（＾ｌＧ１ｋ＋ⅣＧ２ｋ）＋１．４∑＾ｌｏｋ　组合风荷载时：　Ｎ＝Ｉ．２（ⅣＧ１ｋ＋ⅣＧ２Ｉ【）＋０．９ｘ１．４∑Ⅳ　式中：ⅣＧ。Ｉ　脚手架结构自重产生的轴向力标准　值；　——构配件自重产生的轴向力标准值；　∑Ⅳ０厂—＿施工荷载产生的轴向力标准值总和，　内、外立杆各按一纵距内施工荷载　总和的１／２取值。　（１）永久荷载计算　１）ⅣＧ１ｋ计算　①立杆自重：４ｘ１．５ｘＯ．０３８４＝０．２３０４　ｋＮ　②大横杆自重：２ｘ１．５ｘ０．０３８４＝０．１１５２　ｋＮ　③小横杆自重：２ｘ１．５ｘ０．０３８４＝０．１　１５２　ｋＮ　④扣件自重：（２ｘ２＋２ｘ２）ｘＯ．０１５＝０．１２　ｋＮ　⑤连墙杆以及最下层钢管自重：　２ｘＴｘ１．８ｘ０．０３８４＋２￣２ｘ１．５ｘ０．０３８４＋（２×２＋２×２）×　０．０１５＝１．３１８１　ｋＮ　Ⅳｌｃ１ｋ＝１／４［（０．２３０４＋０．１１５２＋０．１１５２＋０．１２）￣１９．５／　１．５＋０．９６７７＋０．３５０４　Ｊ＝２．２１７１　ｋＮ　２）　计算　①脚手板自重：４ｘ１．０５ｘ１．５ｘＯ．３５＝２．２０５　ｋＮ　②由于铺设脚手板而增加的构件的自重：　４ｘ　１．５ｘ０．０３８４＋４×２×０．０１５＝０．３５０４　ｋＮ　③护栏与扣件自重：　（２ｘ１．５ｘＯ．Ｏ３８４）＋（２×２×０．０１５）＝０．１７５２　ｋＮ　④二层挡脚板自重：２ｘ１．５ｘ０．１７＝０．５１　ｋＮ　⑤剪刀撑自重：　２×、／　ｘ１．５ｘ１３／６ｘ０．０３８４＋１０ｘ０．０１５＝０．５０３　ｋＮ　⑥密目网自重（０．０１　ｋＮ／ｍ　）：　１９．５ｘ（１．５＋１．０５）＝０．４９７３　ｋＮ　Ⅳ　＝１／４（２．２０５＋０．３５０４＋０．１７５２＋０．５１＋０．４９２５＋　０．５０３＋０．４９７３）＝１．１８３３　ｋＮ　（２）可变荷载计算　１）施工荷载　Ｎｏ＝２Ｘ２＝４　ｋＮ／ｍ　Ⅳｏ１ｋ＝Ⅳｏ１ｋ＝ｌ／２ｘ１．５ｘ１．０５ｘ４＝３．１５　ｋＮ　２）风荷载　Ｗｋ＝／．＆Ｘ／．ｔ，Ｘｗｏ　式中：　——风荷载标准值（ｋＮ／ｍ　）；　ｌｚ厂风压高度变化系数，应按现行国家标　准《建筑结构荷载规范》（ＧＢ　５０００９－　２０１２）规定采用；　ｌ　脚手架风荷载体型系数，应按现行国　家标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安　全技术规范｝（ＪＧＪ　１３０—２０１　１）采用；　厂基本风压值（ｋＮ／ｍ２），应按现行国家标　准《建筑结构荷载规范》（ＧＢ　５０００９－　２０１２）的规定采用，取重现周期ｎ＝１０　对应的风压值。　查规范［。　可知／ｚ，＝０．７４，／ｘ，＝０．８，Ｗｏ＝０．２　ｋＮ／ｍ　Ｎ￣＝ｌ／２ｘ０．１　１８４ｘ１９．５ｘ１．５＝１．７３１６　ｋＮ　（３）荷载组合　１）不组合风荷载时：　Ｎ＝Ｉ．２（＾　１ｋ＋ⅣＧ２ｋ）＋１．４∑Ｊ７、７　＝１．２ｘ（２．２１７１＋１．１８３３）＋１．４ｘ３．１５　＝８．５　ｋＮ　２）组合风荷载时：　Ｎ＝Ｉ．２（ⅣＧ１ｋ＋Ⅳ（　）＋０．９ｘ１．４∑ⅣＱｋ　＝１．２ｘ（２．２１７１＋１．１８３３）＋０．９ｘ１．４ｘ（３．１５＋１．７３１６）　＝１０．２　ｋＮ　取组合荷载较大值，故Ｎ＝１０．２　ｋＮ　４．型钢悬挑梁的受力分析（钢丝不参与受力）　由图２可以清楚地看出，型钢悬挑梁悬挑出来　ｃＯｎＳＴＲＵＣＴＩＯｎ　ＳＡＦＥＴＹ　建筑盔金２０１７年第７期　脚手架与模架安全　的部分为２．７５　ｍ，比一般的悬挑要长很多。所以，在　单独考虑其受力的状态下，取较大型号的工字钢，　拟取工２５ａ。根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安　全技术规范》（ＪＧＪ　１３０—２０１１）可知，当采用型钢　悬挑梁作为脚手架的支承结构时，应进行下列设　计计算：　（１）型钢悬挑梁的抗弯强度、整体稳定性和　挠度；　（２）型钢悬挑梁锚固件及其锚固链接的强度；　（３）型钢悬挑梁下建筑结构的承载力验算。　而这次主要分析型钢悬挑梁自身的受力情况　且阳台不参与受力，故只需对其进行挠度、抗弯强　度、整体稳定性计算。　利用ＳＡＰ２０００结构分析软件建立简单模型　（见图３），再将所求荷载设计值输入其中，即可得　出型钢悬挑梁在集中荷载下的挠度（见图４）、弯矩　图（见图５）。　Ｚ　囤３　Ｉ２５ａ工字钢计算模型　Ｚ　图４工２５ａ工宇钢形变图　图５弯矩图　１）挠度验算：　根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规　范》（ＪＧＪ　１３０—２０１１），型钢悬挑脚手架悬挑钢梁的　容许挠度［ｔＪ］＝ｌ／２５０，Ｚ为受弯构件的跨度，对悬挑杆　件取其悬伸长度的２倍。　［　］＝１／２５０＝（２７５０Ｘ２）／２５０＝２２　ｍｍ　由图４易知　ｌ９．５　ｍｍ≤［　］，故能满足要求。　２）抗弯强度验算：　根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规　范｝（ＪＧＪ　１３０—２０１１），型钢悬挑梁的抗弯强度应按　下式计算：　抗弯强度：　＝鲁　式中：　一型钢悬挑梁力值；　Ｍ　一型钢悬挑梁计算截面最大弯矩设计值；　——型钢悬挑梁净截面模量（工２５ａ为　４０２　ｃｍ　）；　．卜钢材的抗弯强度设计值。　塑：　４０２　：：１０７．８４（Ｎ／ｍｍ２）　＜＃２１－５（Ｎ／ｍｍ　）　故能满足要求。　３）整体稳定性验算：　根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规　范｝（ＪＧＪ　１３０—２０１　１），型钢悬挑梁的整体稳定性应　按下式计算：　：　≤，　仇Ｗ　式中：　＿一型钢悬挑梁的整体稳定性系数，应按　现行国家标准《钢结构设计规范》（ＧＢ　５００１７—２００３）的规定采用；当￣ｏｂ＝１．４８　＞０．１６时，用　代替　，　１．０７一—０．２８２　—ｂ　：１．０７一—０．１２　８２：８８［４］．　．４８　０．８８￣＜１．０，取　’一　．——型钢悬挑梁毛截面模量。　塑：０　：：１２２．５４（Ｎ／ｍｍ２）　．８８ｘ４０２　≤　２１５（Ｎ／ｍｍ　）　故能满足要求。　综上所述，１２５ａ悬挑梁在单独承受集中荷载　时满足设计要求。　５．型钢悬挑梁的受力分析（钢丝绳参与部分受力）　实际工程中，为了增加安全性，通常增设斜拉　钢丝分担型钢悬挑梁的受力。在脚手架搭设时　，　４１　ｃＯｎＳＴＲＵＣＴＩＯｎ　ｓＡＦｒ＝Ｔｙ　建筑盔金２０１７年第７期　脚手架与模架安全　需保持钢丝预张紧，与型钢悬挑梁共同作用。此时，　钢丝可分担３０％－４０％的荷载。本文为实现最大安　全化，取钢丝受３０％的力计算，即　（１０．２＋１０．２）×　３０％＝６．１２　ｋＮ，钢丝与型钢悬挑梁夹角ｏｒ＝５０。。那么　ｇ＝６．１２ｘｃｏｓ　５０。＝３．９３　ｋＮ，毋＝６．１２￣ｓｉｎ　５０。＝４．６９　ｋＮ。　钢丝绳选用ＨＰＢ２３５级钢筋…，＋２０　ｍｍ；选用工２２ａ　号。　同样利用ＳＡＰ２０００结构分析软件建立简单模　型（图６），再将所求荷载输人其中，即可得出型钢　悬挑梁与钢丝绳共同在受力作用下的挠度（图７）、　弯矩图（图８）。　Ｚ　图６　１２２ａ计算模型　Ｚ　Ｐ　ｒｏ　：２　图７　Ｔ２２ａ形变图　图８弯矩图　①挠度验算：　Ｕ３＝１９．８　ｍｍ≤［　］＝２２　ｍｍ，故能满足要求。　②抗弯强度验算：　：　≤厂　４３．３５ｘ１０３　３０９　＝１４０．２９（Ｎ／ａｒｍ　）　＜ｆ＝２１５（￣Ｎ／ａｒｍ　）　故能满足要求。　４２　③整体稳定性验算：　：　≤厂　仇　３０．９２ｘ１０　＝一　０．８８ｘ３０９　＝１１３．７１（Ｎ／ｍｍ２）　４２１５（Ｎ／ｍｍ２）　故能满足要求。　综上所述，Ｉ２２ａ悬挑梁和钢丝绳在共同受力　作用下满足设计要求。　６．结束语　分别对型钢悬挑梁单独受力以及型钢悬挑梁　和钢丝绳共同受力进行分析，通过ＳＡＰ２００Ｏ结构　分析软件建立简单模型，具体分析了型钢悬挑梁在　阳台上的受力情况。经过详细分析，阳台完全不参　与受力计算，相比型钢悬挑梁单独受力，钢丝绳承　担一部分受力之后会使所选用的工字钢的规格比　原来小很多，从而方便施工，同时也更加经济。但　是，规范明确表示，钢丝绳不能参与受力，只能作为　一种安全储备措施，这与笔者的观点一致。然而，在　施工现场工作期间，发现许多现场技术人员并没有　按照规范设计，他们大部分都默认把钢丝绳带人受　力计算，虽然总的受力状态没什么问题，但是由于　钢丝绳本身的不稳定性，工程会存在很大的隐患。　对此笔者强烈建议，不要为了节约费用、方便施工　而不顾人身安全，希望广大技术人员能清晰地认识　到这一点。　参考文献：　［１］ＪＧＪ　１３０—２０１１建筑施工扣件式钢管脚手　架安全技术规范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，　２０１１．　［２］封卫江，郭宁．高层建筑悬挑脚手架型钢梁　与斜拉钢丝绳共同作用原理分析［Ｊ］．建筑安全，　２０１１（Ｏ４）．　［３］ＧＢ　５０００９—２０１２建筑结构荷载规范［ｓ］．北　京：中国建筑工业出版社，２０１２．　［４］ＧＢ　５００１７～２００３钢结构设计规范［Ｓ］．北　京：中国计划出版社，２００３．　（本文收稿：２０１７—０４－０６）