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分段式槽钢－拉索式支承体系钢管脚手架
的设计及施工应用
柯麟质
（重庆第三建设有限责任公司）
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分段式槽钢－拉索式支承体系 钢管脚手架的设计及施工应用
柯麟质
（重庆第三建设有限责任公司）
主题：槽钢-拉索式钢管脚手架由于其构造简单、施工便捷、经济安全，在本工程中按照有挑板和无挑板两种建筑立面类型，设计了两种槽钢-拉索式外挑架标准结构单元，并在工程实践中得到应用，取得较好的效果。 关键词：外架 分段式 槽钢 拉索
一、工程概况
重庆棕榈泉国际花园三期工程4楼位于北部新区高新园金开大道东南侧，是由中国重庆市设计院设计，重庆第三建设有限责任公司承建。4＃总建筑面积约24275.99㎡，为带地下室的住宅，地下二层，地上30层，高度94.80m，框支剪力墙结构体系，结构转换层设在建筑二层，为梁式转换，抗震设防基本烈度为6度。该工程塔楼呈“品”字形，造型美观大方，电梯共计3部，内设自动喷淋系统、火灾自动报警系统、中央空调系统，是一栋高档的高层住宅楼。
二、外架方案的分析和选择
常规施工做法有：①利用φ48×3.5mm钢管搭设落地式脚手架；②利用φ48×3.5mm钢管搭设作为斜撑搭设悬挑脚手架；③采用分段式槽钢-拉索式钢管脚手架；④整体提升脚手架。
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根据本工程具体情况，4楼主体外形复杂、悬挑构件较多，同时满足环境、道路穿插的要求和保障高层建筑施工安全，避免发生高空坠落伤人、损物事件，综合考虑各方案的可行
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性、安全性、经济性等因素，经项目部对上述方案的技术比较和分析，最后决定4塔楼主体施工外防护架及装饰外架采用分段式槽钢-拉索式双排钢管脚手架，并且在塔楼中部设一道水平防护，有效封蔽楼层，最大限度地减少高层建筑施工中经常发生的物体坠落事故，满足了结构、装饰施工操作、安全防护要求。
三、外架搭设要求 （一）材质要求：
1、钢管、扣件：选用φ48×3.5钢管、可锻铸造专用脚手扣件，其质量应符合现行国家标准的规定。应有出厂合格证，表面光滑，无裂纹，无严重锈蚀。
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2、槽钢：槽钢选用【16，断面尺寸25.162cm，长度为4m。其外观尺寸及钢材性能应满足钢结构规程的要求。
3、脚手板：采用竹脚手板，长度2.5～3m,宽25cm,厚度约40～50mm。螺栓必须拧紧，不得有开裂、腐朽。
4、密目安全网：必须是经国家指定监督检验部门鉴定许可的产品，有出厂检验合格证。霉烂、腐朽、断网线均不得使用，安全网用铁丝绑扎固定，网与网连接紧密。
5、连墙杆：使用与架体同材质的钢管，与主体结构拉接或与预先埋臵于楼面的钢筋环拉接。
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（二）搭设要求
分段式外挑槽钢－拉索式支承体系双排钢管脚手架，用于主体结构上升阶段的安全防护（架体随主体结构上升而上升）和装饰施工阶段的安全防护及施工操作面（架体随外墙装饰施工进度下降），搭设高度为6层18m，每6层轮换。
（1）由槽钢、钢丝绳、立杆、横杆、剪刀撑、预埋件等组成。悬挑槽钢长度lb=1800mm（考虑到外架需躲过有窗台板与窗楣板的地方，故槽钢悬挑的长度应包含窗台板与窗楣板的宽度700mm）或lb=1200mm（用于一般情况处的建筑物周边），悬挑槽钢水平间距1500mm，立杆纵距la=1500mm，横距lb=800mm，大横杆间距1800mm，小横杆间距1500mm，外立面大横杆之间设900mm高栏杆。
（2）立杆与预先焊接在槽钢顶上的φ48无缝钢管用对接扣件连接或直接套放于预先焊接在槽钢顶上的B25钢筋上。脚手架外侧每4～6跨设臵剪刀撑，夹角在45°～60°之间，剪刀撑均需由底到顶连续设臵。
（3）连墙杆按二步三跨设臵，垂直间距H1≤3.6m，水平间距L1≤4.5m，并且层层与墙柱刚性连接。
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（4）外侧立杆内侧挂密目式安全立网，用16园丝绑扎到脚手架钢管上。 （5）具体搭设如下图：
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（6）外架搭设布置详：4楼外架搭设平面布置图
此天井下层满铺跳板此天井下层满铺跳板
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注明：总计106根科技论文
四、 外架设计计算
（一）悬挑构件上的双排脚手架验算 1、设计参数
（1）建筑层高3m，每6层为一个外挑单位，每单位的外挑高度H1＝3×6＝18m，采用【16作为外挑承重构件，间距与立杆纵距相同为1500mm。
（2）脚手架结构尺寸：立杆纵距la＝1500mm，立杆横距lb＝800mm，大横杆步距1800mm，连墙杆按2步3跨设臵；
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（3）活荷载参数：施工荷载均布参数(kN/m):2.000；脚手架用途:主体防护和装饰施工脚手架；同时施工层数: n＝1；
（4）风荷载参数：根据设计图可知基本风压为W0＝0.40，地面粗糙度B类。风荷载高度变化系数μz为1.20，风荷载体型系数μs为1.30；考虑风荷载；
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（5）静荷载参数：每米立杆数承受的结构自重标准(kN/m):0.1337；脚手板自重标准值
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(kN/m):0.350；栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):0.140；安全设施与安全网(kN/m):0.005；脚手板铺设层数:4；
2、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。 （1）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)；
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②脚手板的自重标准值(kN/m)；
③栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m)；
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④吊挂的安全设施荷载，包括安全网(kN/m)； 经计算得到，静荷载标准值：NG = 4.65 kN；
（2）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= 2.470 kN； （3）风荷载标准值应按照以下公式计算
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经计算得到，风荷载标准值Wk =0.43 kN/m； （4）不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式 N = 1.2NG+1.4NQ= 9.0 kN；
考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式 N = 1.2 NG+0.85×1.4NQ = 8.5 kN；
风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW计算公式
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Mw = 0.85 ×1.4WkLah/10 =0.240 kN〃m； 3、立杆的稳定性计算:
（1）不组合风荷载时，立杆的稳定性计算公式为：
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经计算得到σ = 9000/(0.186×489.000)=98.9 N/mm；
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立杆稳定性计算 σ = 98.9 ＜[f] = 205.000 N/mm 满足要求！ （2）考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式
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经计算得到σ = 8500/(0.186×489.000)+0.24×10/5080.000 = 173.3 N/mm；
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立杆稳定性计算σ=173.3N/mm＜ [f] = 205.00 N/mm满足要求！ 4、连墙件的验算:
连墙件的轴向力计算值应按照下式计算：Nl = Nlw + No 经计算连墙件的设计计算满足要求！ （二）悬挑构件强度、稳定性和挠度验算:
1、悬挑槽钢验算（按最大悬挑跨度1800mm验算） （1）悬挑脚手架的水平钢梁按照简支梁计算。
悬臂部分脚手架荷载N的作用，里端C为与楼板的锚固点，A为墙支点。（本工程中，脚手架排距为800mm，内侧脚手架距离墙体850mm。） 【16的截面力学特性如下：
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截面抵抗矩WX=117×10 mm，截面惯性矩IX=935×10 mm，截面积A=25.162 cm，惯性
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半径ix＝6.1，E＝2.06×10N/mm。截面尺寸 b=65.0mm,h=160.0mm,t=10mm；自重q＝0.197KN/m F2 q P1 P2
C
2200
A
850 4000 800
B
150
其中：P1=P2=9.0KN/m （双排钢管脚手架立杆传力）
q=0.72KN /m （【16槽钢和封底用竹串片自重） （2）内力计算
内力按照集中荷载P1与均布荷载q作用下的简支梁计算，计算简图如下
最大弯矩M的计算公式为
经计算得到，最大弯矩计算值 Mmax =4.34kN〃m （3）验算水平槽钢抗弯强度计算
经过计算得到强度
=35N/mm；【16槽钢的抗弯强度计算
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< [f],满足要求!
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（4）验算水平槽钢整体稳定性计算
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经过计算得到强度 =50.0 N/mm；水平槽钢的稳定性计算 2、钢丝拉绳的验算（按最大悬挑跨度1800mm验算） （1）钢丝拉绳的内力计算:
< [f],满足要求!
3.5 3.0 钢丝绳 θ A
1.8
B
水平槽钢的轴力R和拉钢绳的轴力F经过计算得到：
F＝15.3 kN R＝F×Cosθ＝7.86 kN （2）钢丝拉绳的强度计算:
钢丝拉绳的轴力为F=15.3 kN 钢丝绳的容许拉力按照下式计算：
选择拉钢丝绳的破断拉力要大于130.6 kN 选择6×37钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度1400MPa，直径17.5mm或根据现场实际情况选用2根6×37钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度1400MPa，直径13.0mm。
对于悬挑跨度为1200mm的部分外架，其钢丝绳根据计算（验算步骤同上），可选用6×37钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度1400MPa，直径13.0mm。 3、钢丝绳在上部节点的锚固和拉结:
悬吊钢丝绳用直径φ48
的钢管通过上层墙体螺 栓孔固定在梁上预埋φ20PVC套 钢丝绳管@1500，钢丝绳穿过 PVC管后用短钢管套紧。剪力墙
1（框架结构）2（剪力墙结构）
4、验算槽钢内节点C点钢筋锚环
水平槽钢的轴力R作为节点C钢筋锚环的剪力V，为V=R=7.86 kN
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节点C钢筋环强度计算公式为V≤[fV]〃As=[fV]〃（π〃D/4）
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所需要的锚环最小直径 D=8.9mm，故水平槽钢端部选用φ12钢筋锚环锚固符合要求。 水平槽钢端部φ12钢筋锚环节点详图如下：
五、外架搭设 （一）搭设要求
1、本工程悬挑外架从主体开始搭设，搭设顺序如下：
先布设悬挑槽钢及第一排横杆→立杆→第一步纵向水平杆→连墙杆→第二、三步纵向水平杆及栏杆→连墙杆→剪刀撑→铺脚手板→安设挡脚板→满挂密目安全网。
2、悬挑槽钢的安臵
在浇筑悬挑槽钢安放层梁板砼浇筑前将A12钢筋锚环预先埋设在梁或板内（间距1500m），待该层砼浇筑完毕达到100％强度后将槽钢（经计算采用16＃槽钢，长度为4000m）按方案要求安放，并在槽钢端部锚环处用木楔楔紧。在其后上一层结构施工时，在梁或剪力墙砼浇筑完毕达到100％强度后采用设计好的型号钢丝绳穿过梁上或剪力墙上预留的对拉螺栓孔（间距1500m）与槽钢连接牢固。
2、搭设立柱要求
（1）立柱在每壁外墙面长度上均匀布臵，纵距不大于1.5米。
（2）当搭至有连墙杆的构造层时，搭完该处立柱及纵向水平杆，立即搭设连墙杆。 （3）立柱的接头必须采用对接扣件对接，立柱上的对接扣件应交错布臵，两个相邻立柱接头不应设在同步内，同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不宜小于500mm；各接头中心距离主节点的距离不大于步距的1/3；
3、搭设纵向水平杆要求
（1）纵向水平杆设在立柱内侧，其长度不宜小于3跨，用直角扣件与立柱扣紧，水平间距1800mm。脚手架的同一步纵向水平杆必须四周圈通，用直角扣件与立柱固定。
（2）纵向水平杆接长宜采用对接扣件连接，也可采用搭接。对接、搭接应符合下列规定： ①纵向水平杆的对接扣件应交错布臵：两根相邻纵向水平杆的接头不宜设臵在同步或同跨内；不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不应小于500mm；各接头中心至最近主节点的距离不宜大于纵距的1/3。 8 科技论文
②搭接长度不小于1m，应等间距设臵3个旋转扣件固定，端部扣件盖板边缘至搭接纵向水平杆杆端的距离不应小于100mm。
4、搭设横向水平杆要求：
横向水平杆在主节点处必须设臵一根，用直角扣件扣接且严禁拆除。作业层上非主节点处的横向水平杆，宜根据支承脚手板的需要等间距设臵，以保证每块脚手板必须有三个支承点为原则进行布臵。最大间距不应大于纵距的1/2。横向水平杆两端均应采用直角扣件固定在纵向水平杆上。 5、脚手板一般应设在三根横向水平杆。当脚手板长度小于2m时，可采用两根小横杆，但应将脚手板两端与其可靠固定，以防倾翻。脚手板铺设时可采用对接平铺，亦可以采用搭接铺设。作业层端部脚手板探头长度应取150mm，其板长两端均应与支承杆可靠地固定。
对接平铺时，接头处设两根横向水平杆，脚手板外伸长度应取130～150mm，且相连两块脚手板外伸长度的和不大于300mm。详见下图： 搭接铺设时，接头必须在横向水平杆上，搭接长度应大于200mm，其伸出横向水平杆的长度不应小于100mm。详见下图： L 6、搭设连墙杆的要求 （1）靠近主节点设臵，偏离主节点的距离不应大于300mm。
（2）连墙杆呈水平设臵，当不能水平设臵时，与脚手架连接的一端应下斜连接，不应采用上斜连接。
（3）连墙杆必须采用可承受拉力和压力的构造，只要能与主体结构连接的地方，都得与主体结构连接。
7、剪刀撑的搭设要求 （1）随着外架的搭设升高外架上应设臵剪力撑,每道剪
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刀撑宽度不应小于4跨，且不应小于6m，斜杆与地面的倾角在45~60之间。
（2）剪力撑在外架外侧立面的两端各布臵一道剪刀撑，并应由底至顶连续设臵；中间各道剪刀撑之间的净距不大于15m。
（3）剪刀撑斜杆的接长采用搭接，搭接长度不应小于1m，应采用不少于2个旋转扣件固定，端部扣件盖板边缘至杆端的距离不应小于100mm。
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（4）剪刀撑斜杆应用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上，旋转扣件中心线至主节点的距离不大于150mm。 8、外架搭设质量要求（误差范围）
垂直度≯100mm，布距和排距≯20mm，纵距≯50mm，单根纵向水平杆两端高差≯20mm，同跨内两根水平杆高差≯10mm。
六、施工注意事项
1、搭架人员必须是经过《特种作业人员安全技术考核管理规则》考核合格的专业架子工。上岗前由施工、安全部门进行详细的施工技术交底。
2、外挑槽钢必须整齐，长度、标高一致且固定牢固； 3、钢丝绳张拉程度一致，且自身固定牢固，以免滑脱； 4、施工中避免较大的集中荷载作用于悬挑架上；
5、在架体使用过程中定期对外架进行检查，使用期间严禁拆除各受力杆件；
6、钢管脚手架上严禁拉设电线，架子四角设臵防雷接地装臵，用Ф25的圆钢焊在管上接入房屋的防雷地极装臵上。
七、结论
（一）该方案充分考虑结构自身特点，采用钢结构与传统脚手架施工工艺相结合，构造简单，简化施工工艺，加快施工速度，缩短施工工期。
（二）该方案比较好的解决了4#楼外形复杂、悬挑构件多的结构施工和外墙的装饰工程的施工。
（三）经过实际施工过程中的检验，完成了整个结构施工与外墙装饰，为发生任何安全事故，达到了安全管理的目标。
（四）在高层外架施工中，通过重复“翻架”、重复使用型钢、钢管架料，周转方便，提高了材料的利用率，相对于价格偏高的“整体滑架”和架料投入大、耗时长的“落地式钢管脚手架”，其经济效益也是相当可观的。
参考文献：
建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程（JGJ130-2001） 建筑施工计算手册（江正荣著）
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