超高层建筑外脚手架方案设计及施工探讨

垫！Ｑ　鱼：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｅｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｌｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　建筑科学　超高层建筑外脚手架方案设计及施工探讨　张延斌　（广东省深圳市中信惠州置业有限公司　广东深圳　５１８０００）　摘要：国内超高层建筑越来越多，而且大有越来越高的趋势，外脚手架的形式也是发展越来越丰富，本文针对特定工程就外脚手架的悬　挑受力进行计算分析，供类似工程参考。　关键词：超高层　外脚手架　悬挑　中图分类号：ＴＵ９７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—０９８Ｘ（２０１０）０１（ａ）一００４４—０２　１工程概况　近似按对角支撑长度计算：Ｌ＝（１．６７　＋１．７５　）　＝Ｍｍａｘ＝０．２２２　ｘ　４５３６　ｘ　１．２／２　ｘ　ｒ．０＝６０４　位于深圳市中心区某建筑物，高度为　２．４２ｍ；每跨脚手架面积：ｓ：１．７５　ｘ　１．　Ｎ・ｍ＜［Ｍ］＝７８８Ｎ－ｍ　４Ｏ层、１４８ｍ，总建筑面积近１１万ｍ　，从１　３层　０＝１．７５ｍ　。非操作层每层荷载考虑钢管实　支座最大反力　Ｐ１＝１．２　ｘ（０．６７　ｘ　４５３６×２／４×１．０　向上，结构立面四周各缩进１４ｍ一直到顶　际长度系数１．２，则：　层。从１３层～２０层范围外挑钢结构１０ｍ，外　装全部采用玻璃幕墙。　ｗ２：［１．２　ｘ（１．３５＋４×１．６７＋２×１．７５＋２　ｘ　２．４２）ｘ　３８．４＋１０　ｘ　６】÷１．７５＝４６５．３Ｎ／ｍ　＋４５３６　ｘ　１．０／４）＝３　ｌ　８４．３２Ｎ＜［Ｐ］＝６０００Ｎ　所于，满足要求。　（按最不利因素，钢管荷载按照中４８　ｘ　３．５，　３．２．７悬挑基础人字钢架验算　悬挑人字钢架承载力按最不利悬挑　５／１．７５＝２３．１，取２３步　由于大厦四周全部为交通干线，为确　计算　４　８　ｘ　３．２钢管的截面特征：　４０．５ｍ高，步数４Ｏ．保安全，采用全封闭钢管脚手架。考虑整体　Ａｎ＝４．５０４　ｘ　１０ｈｎｍ２；ｉ＝１５．８８ｍｍ；Ｌｎ＝ｕ；Ｌ＝０．７７　计算。　２搭设方案规划　承载计算取　４８×３．２）。　施工安排，因地下室回填、防水等不能在短　时间完成，确定１～ｌ２层（高度５０ｍ）悬挑；　×１．７５＝１．３４７；入＝Ｌ　／ｉ＝８４．８６。欧拉临应　力：ｏ：兀２Ｅ／入　＝２８７．８Ｎ／ｍｍ　；ｎ＝０．３　ｘ　脚手架每跨荷载为：１．０　ｘ　１．７５×（３　ｘ　４　５　３６＋２　３　ｘ　４６　５．３）＋５×１．６７×１．０　ｘ　１００＋２３／２×ｌ２０　ｘ　１．６７＋ｘ　５＝４６０１８Ｎ　５ＯｋＮ　１　３～２０层（高度２８ｍ）搭设相对独立的脚手　１／（１ＯＯｉ）　－二０．１ｌ９　架，方便以后钢结构的施工，脚手架基础落　２３　ｘ　１．６７　ｘ　１．７５　考虑钢管平直度及锈蚀等因素，取附　于１２层顶板上，２０层以上采用分段悬挑脚　加系数ｋ＝２，则：　按内外杆分配系数０．６４及０．３６计算得：　手架。脚手架设计以满足主体及装修工程　ＫＮ＝Ａｎ｛ｆｙ＋（１，１＋１）ｏ／２一［（ｆｙ＋（ｎ＋１）　Ｐ　＝３２ｋＮ，Ｐ　＝１８ｋＮ　施工且确保场地内外的安全为原则。　ｏ）　～ｆｙ　ｄ］００｝＝３１．１５ｋＮ　经初步计算确定悬挑人宇钢架横担梁　３．２．３安装高度计算　采用［１０，斜撑采用中９５　ｘ　３．８焊接钢管。　一３脚手架受力计算　３。１脚手架传力顺序　施工荷载一竹笆板一大横杆一小横杆　立杆一悬挑钢架一结构或基础。　３．２脚手架计算项目　一考虑３层同时操作，竹笆走道板搭设５　步，围护竹笆板隔一步围护一次计算，每根　立杆受荷面积：Ｓ＝１．７５／２＝０．８７５ｍ　［１０强度验算：根据［１Ｏ截面特征，查表第　组３号钢；抗拉、抗弯、抗压强度值：　ｆ＝２１５Ｎ／ｍｍ。，抗剪：ｆＶ＝１２５Ｎ／ｍｍ２。挑架　则：Ｓ　ｘ［３ｗ　＋ｎ（ｗ，＋１．６７×１．７５×５）］＋５　ｘ　１．６７×１．０×ｌ００＋ｎ×１２０　ｘ　１，６７＝３１１　５０　采用Ｅ４３焊条焊接，角焊缝强度设计值：　ｆ＝１６０Ｎ／ｒａｍ　。悬挑钢架计算模式为三点铰　接，根据计算得：［１０跨中最大弯矩Ｍｍａｘ＝　因为脚手架钢管经过多次周转，经过　随机抽取１Ｏ０根实测，实际壁厚按照３．２ｍｍ　故：ｎ＝２９步。　安全系数：Ｋ：１＋５０．７５／２００＝１．２５。实际允　许安装高度：Ｈ一５０．７５／ｉ．２５＝４０．５ｍ　，计算安装高度：Ｈ＝１．７５　ｘ　２９＝５０．７５ｍ　８．４９８ｋＮ・ｉｎ。承受水平拉力：Ｆ＝２２．０８ｋＮ。　计算，荷重按　４．８　ｘ　３．５计取。　计算参数：立杆横距ａ：＝１．０ｍ，纵距ｔ）＝１．６７ｍ，　水平杆步距Ｌ＝Ｉ．７５ｍ，中４８×３．２ｍｍ钢管几何　特征：其中Ａｎ＝４５０．４ｒａｍ　，Ｉ＝ｉｉ．３４×ｌ０　ｍｍ　，　Ｗ＝４．７３ｘ１０。ｍｍ　．ｉ＝１５．８８ｒａｍ．　４８×３．５ｒａｍ　槽钢抗弯计算：ｏ＝Ｍ　／Ｒ　Ｗ、，＝８．４９８　ｘ　１０　／　Ｉ．０５　ｘ　３９．７　ｘ　１　０—３＝２０３．９Ｎ／ｍｍ　２＜Ｉｆｌ　＝３．２．４立杆承载力验算　２１５Ｎ／ｍｍ　因为最高搭设段为（１４８—５０－２８）＝７０ｍ＞　槽钢与预埋铁件Ｍ，焊接，焊缝高　４０．５ｍ，超过最高安装高度，所以考虑１～１２　ｈｆ＝５ｍｍ，求所需焊缝长Ｌｗ，Ｎ／ｈ　Ｌｗ≥ｆｗ　层采用从３５ｍ高处斜拉脚手架；２０层以上按　照每３５ｍ高分为两段相对独立搭设；而１２～　即：２２．０８　ｘ　１０３／２　ｘ　０．７　ｘ　０．５×Ｌｗ≤　钢管每米重３．８４ｋｇ，抗拉、抗压、抗弯的容许　应力［（３－］＝１６．６７Ｎ／ｍｍ　，扣件抗滑移能力ｆｐ］　＝６ｋＮ。　１６０　ｘ　１０　。得Ｌｗ≥１．９７ｃｍ，构造要求最小角　２０层因为脚手架基础可以直接落于结构板　焊缝长４０ｍｍ。　面采用正常搭设。　３．２．１荷载计算　查高层建筑施工手册（表ｌ　３～５、表１　３～　６、表１３～７）：施工均布荷载的标准值：装修　９５　ｘ　３．８ｆ４撑的稳定验算：其截面特　征：Ａ＝１０８８．７ｍｍ　，ｉ＝３４．９６ｒａｍ　３．２．５大横杆验算　［Ｍ　ｗｌ　ｏ］＝４．７３　ｘ　１０　ｘ　１６６．７　ｘ　１０－３　按两端铰接计算：Ｊ０＝　，ｌ＝１．０　ｘ　４．１７　＝脚手架２ｋＮ／ｍ　；竹笆脚手板均布荷载标准　７８８Ｎ・１ｔ＂１。大横杆按三跨连续梁验算，四根　查表《３号钢ｂ类截面轴心受压构件的　值：０．１０ｋＮ／ｍ　；栏杆、竹笆（１．００　ｘ　２．００ｍ）　大横杆承受施工荷载，则单元段内每根大　稳定系数表》　得：　＝０．４４２，则：　挡脚板均布荷载标准值：０．１２ｋＮ／ｍ２；脚手　横杆承受均布荷载为：　Ｎ／山Ａ＝４３．８３　ｘ　ｌ０　／０．４４２　ｘ　１０８８．７：　架围护用密目塑料安全网的荷载标准值：　０．００５ｋＮ／ｍ　Ｐ＝【（４５３６＋１０００）ｘ　１．０　ｘ　１．２＋１．４　ｘ　（１２０＋５）］／４＝１４３４．６Ｎ／ｉｎ。　Ｍ：０．１ｑｌ　＝Ｏ．１　ｘ　１４３６　ｘ　１．６７　＝４００Ｎ・ｍ　９１．９Ｎ／ｒａｍ　＜２１５Ｎ　Ｎ／ｒａｍ　。　３．２．８斜拉卸荷计算　３．２．２立杆设计荷载计算　１．２，超载系数２，临设折减系数０．９，则操作　层附加荷载为：Ｗ，＝１．２　ｘ　２　ｘ　０．９×　采用钢丝绳在内、外立杆与小横杆交　操作层附加荷载计算：考虑动力系数　＜ｌＭ］＝７８８Ｎ・ｍ。　所以，满足要求。　３．２．６小横杆验算　接处同时吊挂，卸荷高度按３０ｍ计算，每根　钢丝绳承受垂直荷载为Ｐ垂，脚手架步数　为：ｌｑ＝３０／１．７５＝１７步　２Ｐｍ：１．０　ｘ　１．７５　ｘ‘（３×４５３．６＋ｌ７　ｘ　（２０００＋１００）＝４５３６Ｎ／ｍ　按简支梁验算抗弯强度，将作用在小　非操作层荷载计算：中４８×３．５Ｎ管重　横杆上的荷载转化为作用在２／３跨上的集　４６５．３）十５×１．６７　Ｘ　１．０　Ｘ　ｌ００＋１７／２　ｘ　ｌ２Ｏ　ｘ　（下转４６页）　量３８．４Ｎ／ｍ，扣件重按１ＯＮ／个。剪刀撑长度　中荷载力。则跨间最大弯矩：　４４　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　垫！Ｑ　Ｑ：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ＴｅｃｈｎＯＩＯｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　建筑科学　少人工光源的使用，从而能有效节约能源。　用，为使光路畅通，避免对反射效果产生影　实意义和前景。如今对节约型建筑设计的　自然光的利用分为直接利用和间接利用。　响，应定期对系统进行清洁。同时为了使空　研究问题已受到世界各国的高度重视，它　前者主要体现在传统的从侧面门窗体进行　气能够自由流通，还应将该系统与外层表　已成为全球共同关心的一个课题。　采光，但这种方式往往会造成眩光。而且采　皮保持一定距离。②安装在室内一侧。这种　参考文献　光区有限，只在窗边的小范围内产生效果。　遮光设置方法的隔热效果不如前者，特别　［１】曹伟．城市生态安全导论［Ｍ】．中国建筑　因此必须注重对光线的间接利用。这不仅　是在夏季中，使用内部遮光只能将制冷能　工业出版社，２００４．　能提高光线质量和视觉舒适度，还能扩大　耗减少２０％。这主要是因为该系统安装在室　［２］李振宇．城市・住宅・城市：柏林与上海　自然光线的有效范围区域。这对房间进深　内后，能吸收较多太阳辐射热，但这些热量　住宅建筑发展比较［Ｍ】．东南大学出版　很大，不能直接利用自然光线的地方，或是　很大部分又通过墙体传到了室内，从而增　社，２００４．　对光线质量具有较高要求的区域是非常必　大了室内的冷负荷。但在冬天时，这种设置　【３】陈世民．节能、绿色住宅与和谐社会ｆＪ】．　需的。光线折转系统能很好的进行间接利　由于吸收热量。因而可以适当提高室内温　中国住宅，２００５，５．　用自然光，其采光主要是依靠材料本身性　度，减少采暖能耗。而且由于系统安装在其　［４】周皓明．生态建筑一面向未来的建筑【Ｍ】．　能来实现，或者根据构件的形状和表面反　他界面之后，所以其建造和安装也比较方　东南大学出版社，２００２．　射性来实现。（２）遮光系统。它包括遮阳与防　便。③安装在空气问层。这种安装方式比较　眩光两大功能，并且这两功能多由同一构　适用于多层表皮的建筑中。遮光系统安装　件体系来实现。遮光系统的主要作用是在　在空气缓冲层之内之后，能有效避免外部　外部直射阳光进入建筑前中途阻止，避免　气候对其产生的影响，也不容易遭到污染，　阳光的不利照射和对建筑进行不必要的加　其寿命周期也更长。此外，光线在进入室内　热，同时还能并防止眩光的产生。遮光系统　之前就己被有效阻止，因而其遮光效果比　的放置是一个重要的问题，它直接对建筑　室内遮光系统要好，与室外遮光系统基本　中的能源消耗产生影响，其具体文章还应　相同。但其位置必须安装得当，否则，将会　与采光系统紧密结合。遮阳要素几乎对所　对通风、隔热功能产生一定的影响，所以必　有建筑类型都适用，尤其是在具有大面积　须控制其安装位置。　玻璃面的建筑中，其在夏季冷负荷较高，采　用遮阳系统能减少过多的热量摄入，从而　３结语　节省空调能耗。遮光系统一般安装位置有　目前，环境问题和能源问题是全球的　三种情况：①安装在室外一侧。这种安装位　两大热点问题，我国在这两方面也面临着　置能有效节省能源消耗，有调查表明，在传　严峻的挑战。因此，在高能耗高污染的建筑　统的东西朝向建筑立面中，使用外部遮光　业中引入节约型理念，有着非常重要的意　比没有遮光系统的玻璃立面的建筑物的制　义。大量国内外节能建筑实践表明，节约型　冷能耗要低一半。还可进一步对建筑的形　建筑的建造和使用的总成本会大大低于传　态进行通风设计，但在选择相关的构件组　统的建筑，而且随着时间的推移，其节约效　合体时要考虑外部因素的影响，如防止高　果就愈发明显。节约型建筑还能直接或间　强度的风荷载导致系统的损坏，以及气候　接的对环境保护做出了一定贡献，减少了　对构件系统的侵蚀等。这就提高了对构件　自然资源的消耗和能耗，建筑垃圾也大大　的设计、建造和维护使用等方面的要求。如　减少，有利于实现社会的可持续发展。可　果将遮光系统与光线改道系统相结合使　见，推广节约型建筑在我国具有广阔的现　（上接４４页）　１．６７＋ｌ７　Ｘ　１．６７×１．７５　Ｘ　５＝４０４４３Ｎ，取每　根吊索承受垂直荷载Ｐ垂＝２０ｋＮ。　＝铁扣件，走道板及操作层围挡使用１０００　Ｘ　１　８００竹笆板，脚手架围护封闭用密目塑料　安全网。　主体结构。人字钢架与架子每跨立杆一一　对应的悬挑方式，适用于脚手架纵距较大　的悬挑脚手架。本工程若采用传统较大型　根据计算简图钢丝绳承受荷载Ｐ拉　４．２施工方法　钢制成主挑架、即主挑架上用槽钢纵向联　２４ｋＮ，产生水平推力Ｐ　＝１３．７ｋＮ　关于脚手架的搭设，施工规范等已经　系作为脚手架悬挑基础，比采用人字型钢　计算选用钢丝绳规格：由公式：ａＰ／Ｋ　有明确清晰的要求，不再赘述。特别对本方　架多使用钢材约８３％。　≥Ｐ　，式中：　案中人字钢架悬挑脚手架基础及斜拉卸荷　ａ一考虑钢丝受力不均匀的钢丝破断拉　做法说明一下。　人字钢架悬挑脚手架采用双排钢管脚　Ｋ一钢丝绳使用的安全系数，查表Ｋ＝３。　手架，内排立杆距结构外沿４００ｍｍ。双排立　力换算系数，查表ａ＝０．８５。　Ｐ　一钢丝绳的计算拉力　Ｐ一钢丝绳的破断拉力总￣Ｕ（ｋＮ）　Ｐ≥Ｋ　／ａ＝３　Ｘ　２４／０．８５＝８４．７ｋＮ　杆横１　０００ｒａｍ，纵距１６７０ｍｍ，水平杆步　１７５０ｒａｍ／１　８００ｍｍ（楼层高为３５００ｒａｍ时取　１７５０ｍｍ，楼层高为３６００ｍｍ时取１８００ｍｍ），　选用钢丝绳中１　４（６　Ｘ　１　９，绳芯１）的　沿全高全长设置连续剪刀撑，每个楼层设　Ｐ＝１０１．ＯｋＮ＞８４．７ｋＮ，可满足安全要求。　置水平拉结点，间距５Ｏ１Ｏｍｍ。　４脚手架搭设方法　４．１材料　５结语　根据该大厦工程实践，总结到人字钢　采用中４８　Ｘ　３．５钢管，连接扣件使用铸　架悬挑脚手架，适用于结构立面较简捷的　４６　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ