隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的加快,全國各大、中、小城城市興建了越來越多的高層建筑,高層建筑成為城市建設(shè)的主流。在工程施工中,單管落地式雙排鋼管腳手架因容許搭設(shè)高度的限制,不能滿足施工的要求。例如,浙江臺州地區(qū),基本風壓500N/m2,當施工場地為地城市郊區(qū),地面粗糙度為B類,立桿縱距1.5m,立桿橫距1.05m,步距1.8m,連墻件豎向間距×水平間距=層高×4.5m,竹笆板腳手板層層鋪設(shè),踢腳桿、欄桿層層設(shè)置,外側(cè)用密目式安全立網(wǎng)全封閉的外腳手架(作為在結(jié)構(gòu)主體施工階段作臨邊防護用、在外墻裝飾裝修施工階段作操作平臺用,每層裝修荷載2KN/m2,同時作業(yè)層數(shù)2層),腳手架架體搭設(shè)高度大約在28m至29m之間,不超過30m。這時,除可采取分段懸挑或卸載措施外,還有一種有效的方法,就是采用雙管立桿,工程實踐證明,架體高度在一定范圍內(nèi)(50m以內(nèi))時是安全的,滿足工程施工要求。當腳手板采用竹笆板時,雙管立桿腳手架構(gòu)造作法如下。

一、雙管立桿體系
采用橫桿混合承重方式,內(nèi)部大橫桿與小橫桿用直角扣件(或旋轉(zhuǎn)扣件)連接,小橫桿用直角扣件與與雙管立桿中的一根立桿(被連接的立桿稱為主立桿,另一根稱為副立桿),兩側(cè)大橫桿都用直角扣件與雙管立桿的兩根立桿連接。
橫桿混合承重方式受力分析:腳手板和施工荷載大部分由小橫桿承擔,小橫桿把荷載傳給立桿,傳力直接,但小橫桿只與其中一根立桿(主立桿)連接,所以本步架內(nèi)的荷載絕大部分由主立桿承受,副立桿受力很小,傳力不均衡,對此作如下改進:
相鄰步架的小橫桿分別與雙管立桿中的為主、副立桿用直角扣件連接,這樣,兩根立桿在總體上受荷均衡。
二、上部單立桿與雙管立桿的連接
有兩種方式:對接式和搭接式。
對接式:單立桿與雙管立桿中的主立桿用直角扣件連接(也就是雙管立桿中的主立桿沿豎軸線搭設(shè)到頂)。
搭接式:上部單立桿與下部雙管立桿的兩根立桿用不少于3只旋轉(zhuǎn)扣件搭接。
對接式受力分析:對接式上部單立桿把荷載先傳給雙管立桿中的主立桿。傳力不均衡,為使傳力均衡合理,改進如下:每步架內(nèi)雙管立桿的兩根立桿用不少于2只旋轉(zhuǎn)扣件連接(這樣兩根立桿便可以共同工作)。由于旋轉(zhuǎn)扣件長度的限制,雙管立桿中的為主、副立桿只能有一根與大橫桿(縱向水平桿)用直角扣件連接。
搭接式受力分析:上部單立桿傳來的荷載由下部雙管立桿中的主、副立桿平均分擔。受力均衡,但上下立桿采用旋轉(zhuǎn)扣件搭接,旋轉(zhuǎn)扣件抗滑承載力。ㄐD(zhuǎn)扣件抗滑承載力極限值10KN,設(shè)計值8KN),可靠性和安全性差。
實際施工中,最常用的是橫桿混合承重方式和對接式的雙管立桿構(gòu)造。以下是一個雙管立桿腳手架設(shè)計的實例。
 
雙管立桿腳手架設(shè)計實例
一工程采用雙管立桿雙排鋼管腳手架,搭設(shè)高度46.95M,具體搭設(shè)如下:架體下部36m(標高-0.300至+35.700)為雙管立桿,上部10.95m為單管立桿,立桿縱距l(xiāng)a=1.2m,立桿橫距1.05m,步距1.8m,連墻件豎向間距×水平間距=層高×3.6m,鋼管外徑與壁厚φ48×3.5,該架體在結(jié)構(gòu)主體施工階段作臨邊防護用,在外墻裝飾裝修施工階段作操作平臺用,每層裝修荷載2KN/m2,同時作業(yè)層數(shù)2層,施工總荷載4KN/m2,腳手架采用竹笆板,踢腳桿、欄桿和腳手片層層設(shè)置,縱向水平桿置于小橫桿(橫向水平桿)之上,建筑物結(jié)構(gòu)型式為框架,用密目式安全立網(wǎng)全封閉腳手架。
主立桿沿豎軸線搭設(shè)到頂,輔立桿與主立桿之間的中心距不大于200mm,主、輔立桿中的一根用直角扣件與縱向水平桿連接,每步架內(nèi)雙管立桿的兩根立桿用不少于2只旋轉(zhuǎn)扣件連接;小橫桿(橫向水平桿)設(shè)于雙立桿之間,相鄰步架的小橫桿分別與雙管立桿中的主、副立桿用直角扣件連接。構(gòu)造圖如下:

image001.gif

施工地區(qū)基本風壓500N/m2,城市郊區(qū),地面粗糙度為B類。
φ48×3.5鋼管特性:截面積A=489mm2,截面模量W=5080mm3,回轉(zhuǎn)半徑i=15.8mm,每米重標準值38.4N/m,抗彎強度設(shè)計值f=205N/mm2。
各種構(gòu)配件自重標準值:竹笆板84N/m2,對接扣件18.4N/個,直角扣件13.2N/個,密目式安全立網(wǎng)5N/m2(密目式安全立網(wǎng)按1.8×6m網(wǎng)重30N計算,即30/(1.8×6)=2.78N/m2,考慮到安全網(wǎng)上可能存留一些建筑雜物,取5N/m2計算)。
施工荷載2KN/m2×2=4000N/m2,基本風壓Wo=500N/m2
(1)主立桿穩(wěn)定性
①雙管立桿腳手架每米立桿結(jié)構(gòu)自重標準值gk'計算
單管立桿雙排鋼管腳手架每米立桿結(jié)構(gòu)自重標準值0.1161KN/m(查《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ130-2001附錄A表-1)。
副立桿每步與縱向水平桿相交處用直角扣件扣牢,每6m用對接扣件扣牢,增加的副立桿每米自重為(13.2+38.4×1.8+1.8/6×18.4)/1.8=48.8N/m=0.0488KN/m。
gk'=0.1161+0.0488=0.1649KN/m
②主立桿結(jié)構(gòu)自重標準值NG1K
主、副立桿荷載分配:主、副立桿分別承擔腳手架結(jié)構(gòu)自重的65%、35%,活荷載均由主立桿承受。
NG1K=【(46.95-24)×0.1161+0.1649×24】×65%=4.30KN
③主立桿構(gòu)配件自重標準值NG2K
雙管立桿24m和單管立桿22.95m分別折合成層數(shù)24/1.8=13層,22.95/1.8=13層
NG2K=【(0.5×1.05×1.2×0.084×13+0.0384×1.2×4×13+1.2×24×0.005)+(0.5×1.05×1.2×0.084×13+0.0384×1.2×4×13+1.2×22.95×0.005)】×65%=4.19KN,式中4為外立桿兩道欄桿、一道踢腳桿和一道竹笆板支承桿的鋼管根數(shù)和。
④密目式安全立網(wǎng)雙管立桿雙排鋼管腳手架擋風系數(shù)φ
36m以下敞開式雙管立桿腳手架擋風系數(shù)φ2=1.2An2/(la·h)=1.2(la+2h+0.325la·h)·d/(la·h)=1.2(1.2+2×1.8+0.325×1.2×1.8)×0.048/(1.2×1.8)=0.1467
密目式安全立網(wǎng)網(wǎng)目密度2300目/100cm2,每目孔隙面積約為Ao=1.3mm2,安全立網(wǎng)擋風系數(shù)φ1=1.2(10000-2300×1.3)/10000=0.841
φ=φ1+φ2-φ1·φ2/1.2=0.841+0.1467-0.841×0.1467/1.2=0.8849
⑤驗算長細比
k=1,μ=1.5,λ=lo/i=kμh/i=1×1.5×1800/15.8=171<[λ]=210,可
k=1.55,μ=1.5,λ=lo/i=kμh/i=1.55×1.5×1800/15.8=197.4,φ=0.185
⑥風荷載設(shè)計值產(chǎn)生的彎距Mw
場區(qū)粗糙度B類,場面處風壓高度變化系數(shù)μz=1,風荷載體型系數(shù)μs=1.3φ=1.3×0.8849=1.15
Mw=0.85×1.4×(0.7×1×1.15×0.5)×1.2×1.82×0.1=0.186KN·m
⑦主立桿穩(wěn)定性

組合風荷載時:
立桿段軸向力設(shè)計值N=[1.2×(4.30+4.19)+0.85×1.4×0.5×1.05×1.2×4]×1000=13187N
N/(φA)+Mw/W=13187/(0.185×489)+0.186×1000000/5080=182N/mm2<205N/mm2,滿足要求
不組合風荷載時:
立桿段軸向力設(shè)計值N=[1.2×(4.30+4.19)+1.4×0.5×1.05×1.2×4]×1000=13716N
N/(φA)=13716/(0.185×489)=152N/mm2<205N/mm2,滿足要求
(2)單管立桿(上部22.9595m高部分)穩(wěn)定性
①風荷載設(shè)計值產(chǎn)生的彎距Mw
敞開式鋼管腳手架擋風系數(shù)φ2=0.099(查JGJ130-2001附錄A表A-3),密目式安全立網(wǎng)全封閉腳手架擋風系數(shù)φ=φ1+φ2-φ1·φ2/1.2=0.841+0.099-0.841×0.099/1.2=0.871,腳手架風荷載體型系數(shù)μs=1.3φ=1.3×0.871=1.132
離地24m高處風壓高度變化系數(shù)μz=1.3
風荷載標準值Wk=0.7×1.3×1.132×500=515N/m2
Mw=0.85×1.4Wk·la·h2/10=0.85×1.4×515×1.2×1.82/10=238N·m
②腳手架結(jié)構(gòu)自重標準值NG1K
NG1K=0.1161×22.95=2.66KN
③構(gòu)配件自重標準值NG2K
NG2K=0.5×1.05×1.2×0.084×13+0.0384×1.2×4×13+1.2×22.95×0.005=3.22KN
④立桿穩(wěn)定性
組合風荷載時:
立桿段軸向力設(shè)計值N=1.2×(2.66+3.22)+0.85×1.4×0.5×1.05×1.2×4=10KN
N/(φA)+Mw/W=10×1000/(0.185×489)+238×1000/5080=157.4N/mm2<205N/mm2,滿足要求
不組合風荷載時:
立桿段軸向力設(shè)計值N=1.2×(2.66+3.22)+1.4×0.5×1.05×1.2×4=10.58KN
N/(φA)=10.58×1000/(0.185×489)=117N/mm2<205N/mm2,滿足要求
(3)連墻件
離46.95m高處風壓高度變化系數(shù)μz=1.64,風荷載產(chǎn)生的軸向力設(shè)計值Nw=1.4×0.7×1.64×1.132×500×2.9×3.6=9497N,連墻件軸向力設(shè)計值N=Nw+No=9497+5000=14497N
連墻件φ48×3.5鋼管計算長度取1000+200+120=1320,λ=1320/15.8=84,查JGJ130-2001附錄C,得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.698
N/(φA)=14497/(0.698×489)=42.5N/mm2<205N/mm2,連墻件穩(wěn)定性滿足要求
連墻件采用一根φ48×3.5鋼管與預(yù)埋在砼梁板結(jié)構(gòu)中的短鋼管用直角扣件連接外,兩邊各加一只直角扣件于連墻件鋼管上與之頂緊,提高扣件的抗滑承載力,扣件抗滑承載力按2只計算,N=14.497KN<8×2=16KN,扣件抗滑承載力滿足要求。
(4)地基承載力
基坑四周分層回填夯實后澆筑150mmC15砼,作為架體立桿基礎(chǔ),桿底墊寬200mm,厚50mm木板,可滿足施工要求,計算過程略。
上述計算中,取主立桿承受荷載的65%時安全的,理由見下。
雙立桿腳手架試驗結(jié)果表明:
1.用這種方式搭設(shè)高腳手架在一定范圍內(nèi)是可行的,它在構(gòu)造上比懸挑腳手架簡單;
2.雙管立桿腳手架的破壞特征(試驗),均是上部單立桿失穩(wěn)造成。在這種條件下,只要上部單立桿滿足自身穩(wěn)定性要求,則雙立桿不必進行穩(wěn)定性驗算,但雙立桿腳手架試驗破壞特征不能完全反映現(xiàn)場實際情況,不能排除存在其他失穩(wěn)破壞,所以仍要對雙立桿部分進行計算;
3.雙管立桿中,主、副立桿載荷分配規(guī)律是,主立桿載荷分配是由上而下遞減,副立桿載荷分配是由上而下遞增,傳至第二步時主立桿承受荷載的64%,傳至第三步時主立桿承受荷載的60%,傳至第七步時主立桿承受荷載的50%(此時副立桿承受荷載的50%,主、副立桿承受荷載相同)。