高层建筑施工 第9章 高层建筑外脚手架

第9章

高层建筑外脚手架高层建筑外脚手架的构造形式首先要满足施工、安全保障要求，同时还应考虑材料用量、搭拆难易等，需经技术经济比较后综合考虑加以确定。高层建筑的脚手架具有荷载大、使用量高、安全性要求高、使用周期长、技术复杂等特点，要做好设计计算、构造设计以及安全防护等工作。在扣件式钢管脚手架、碗扣式钢管脚手架和门式钢管脚手架等。非落地式脚手架建筑工程施工中常用的有落地式、非落地式、移动式脚手架。落地式脚手架的种类有包括悬挑式脚手架、附着升降式脚手架、悬吊式脚手架以及与外模板提升结合的爬模体系等。9.1扣件式钢管脚手架扣件式钢管脚手架属于多立杆式外脚手架中的一种，具有杆配件数量少，搭设灵活，工作可靠，装拆方便和适应性强等优点，是目前我国使用最为普遍的脚手架品种。

基本形式有单排和双排两种。单排限制高度为24m，双排为50m。对于高度超过50米的双排钢管脚手架，应遵循分段搭设的原则，每段搭设悬挑高度不宜超过20m。1.扣件式钢管脚手架的构造

由钢管、扣件、脚手板、连墙件和底座等组成。可用于搭设单排脚手架、双排脚手架、满堂脚手架、支撑架以及其他用途的架子。常用密目式安全立网全封闭双排脚手架结构的设计尺寸见表9.1。图9.1外脚手架示意图1-外立杆；2-内立杆；3-纵向水平杆；4-横向水平杆；5-栏杆；6-挡脚板；7-直角扣件；8-旋转扣件；9-连墙杆；10-横向斜撑；11-主力杆；12-副立杆；13-抛撑；14-剪刀撑；15-垫板；16-纵向扫地杆；17-横向扫地杆；18-底座连墙件设置立杆横距lb步距h下列荷载时的立杆间距la（m）脚手架允许搭设高度（H）2+0.35(kN/m2)2+2+2×0.35(kN/m2)3+0.35(kN/m2)3+2+2×0.35(kN/m2)二步三跨1.051.502.01.51.51.5501.801.81.51.51.5321.301.501.81.51.51.5501.801.81.21.51.2301.551.501.81.51.51.5381.801.81.21.51.222三步三跨1.051.502.01.51.51.5431.801.81.21.51.2241.301.501.81.51.51.2301.801.81.21.51.217常用密目式安全立网全封闭式双排脚手架常用尺寸（m）注：1.表中所示2+2+2×0.35(kN/m2)，包括下列荷载：2+2(kN/m2)是二层装修作业层施工荷载；2×0.35(kN/m2)为二层作业层脚手板自重荷载标准值；2.作业层横向水平杆间距，应该不大于la/2设置；3.地面粗糙度为B类，基本风压=0.4kN/m2。2.扣件式钢管脚手架的设计计算（1）扣件式钢管脚手架设计计算项目的确定

扣件式钢管脚手架的计算项目、要求和不需进行计算的情况（条件）见表9.2。有挑支构造者，需验算挑支结构；连墙、支撑和悬挑等构造中的专用加工件按照钢结构规范的有关规定进行计算。序号计算项目计算要求需要进行计算的情况（条件）1脚手架（立杆）整体稳定承载力转化为验算立杆的稳定承载力，验算截面一般取立杆底部（1）在基本风压小于0.35kN／㎡地区、高50m以上敞开式脚手架、构造符合要求者，可不计算风载作用；（2）符合表9.1构架规定者，可不进行计算2纵横向水平杆和脚手板在“跨度界值”之内验算抗弯强度；在“跨度界值”之外验算挠度在“控制跨度”或“控制荷载”之内（及其相应条件）者，可不计算3连墙件、扣件抗滑按相应公式验算无4地基按相应公式根据实际荷载进行设计计算无5单肢稳定性验算按相应公式验算无局部构造和荷载的不利性变化者不计算表9.2扣件式钢管脚手架的计算项目、要求和不需进行计算的情况（2）扣件式钢管脚手架设计计算步骤1）根据施工要求，参考表9.12）计算荷载：①计算恒载标准值；②计算施工作业层荷载标准值；③计算风荷载标准值；④计算横向平杆、纵向平杆、脚手板、连墙件、立杆地基等项的验算荷载，按相应验算要求分别确定。3）脚手架整体稳定性验算①确定材料强度附加分项系数；②计算轴心力设计值N；③计算风荷载弯矩；④确定稳定系数：先计算长细比，然后查表得到；⑤验算脚手架的整体稳定。4）验算其他需要验算的项目5）验算不合格时，应适当调整构架设计参数，重新验算并达到要求。恒载有：①脚手架结构自重，包括立杆、大小横杆、剪刀撑、横向斜杆和扣件等自重；②构、配件自重，包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施自重。活荷载有：①施工荷载，包括作业层上的人员、器具和材料自重；②风荷载。恒载取值，应符合规范规定的各杆件、构（配）件自重表取值，一般按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）的附录确定。对于施工均布活荷载标准值，当为结构脚手架时取35kN/m2，当为装修脚手架时取2kN/m2。若施工中脚手架的实际施工荷载超过以上规定，按可能出现的最大值计算。（3）荷载及荷载组合风荷载标准值取值。作用于脚手架上的水平风荷载标准值应按下式计算：

k

=0.7sz0（9.1）式中：s—风荷载体型系数，按表9.3采用；

z—风压高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）的规定值采用；

0—基本风压（kN/m2）,按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）的规定值采用；0.7——按5年重现期计算的基本风压折减系数。表9.3脚手架风荷载体型系数s背靠建筑物的状况全封闭敞开、开洞脚手架状况各种封闭情况1.01.3敞开stw注：①stw为按桁架确定的脚手架构造结构的风荷载体型系数，可参照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中相关规定计算；②为按脚手架封闭情况确定的挡风系数，=挡风面积As/迎风面积Aw；③各种封闭情况包括全封闭、半封闭和局部封闭。在计算脚手架构件的强度、稳定性与连接强度时，应根据可能出现的荷载取其最不利的组合进行计算，永久荷载分项系数取1.2，可变荷载分项系数取1.4。荷载效应组合应按表9.4采用。计算项目荷载效应组合纵向、横向水平杆强度与变形永久荷载+施工均布荷载脚手架立杆稳定永久荷载+施工均布荷载永久荷载+0.85（施工均布荷载+风荷载）连墙件承载力单排架，风荷载+3.0KN双排架，风荷载+5.0KN表9.4脚手架的荷载效应组合Q235钢抗拉、抗压的抗弯强度设计值f205弹性模量E2.06×103表9.5钢材的强度设计计算与弹性模量（N/mm2）钢材的强度设计计算与弹性模量应按表9.5采用。项目承载力设计值对接扣件（抗滑）3.20直角扣件、回转扣件（抗滑）8.00底座（抗压）40.00注：扣件螺栓拧紧扭力矩值不应小于40N·m，且不应大于65N·m。表9.6扣件、底座的承载力设计值（KN）扣件、底座的承载力设计值应按表9.6采用。受弯构件的挠度值不应超过表9.7中规定的容许值。构件类别容许挠度[υ]脚手板，纵、横向水平杆l/150与10mm悬挑受弯构件l/400表9.7受弯构件的容许挠度注：l—受弯构件的跨度。受压、受拉构件的长细比不应超过表9.8中规定的容许值。构建类别容许长细比[]立杆双排架210单排架230横向斜撑、剪刀撑中的压杆250拉杆350注：计算时，立杆的计算长度按式（9.10)计算,但k值取1.00；本表中其它杆件的计算长度l0按l0=l=1.27l计算。表9.8受压、受拉构件的容许长细比（4）纵、横向水平杆计算1）纵、横向水平杆的抗弯强度：

=≤f

(9.2)式中M——弯矩设计值，应按式（9.3）计算；W——截面模量,应按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）附录B表B采用；

f——钢材的抗弯强度设计值,应按表9.5采用2）纵、横向水平杆弯矩设计值：M=1.2MGK+1.4∑MQK

(9.3)式中MGK——脚手板自重标准值产生的弯矩；MQK——施工荷载标准值产生的弯矩；3）纵、横向水平杆的挠度符合下式：

≤[]（9.4）式中——挠度；

[]——容许挠度,应按表9.7取值。4）纵,横向水平杆的内力与挠度：纵向水平杆宜按三跨连续梁计算,计算跨度取纵距la；横向水平杆宜按简支梁计算,计算跨度l0；可按图9.2采用；双排脚手架的横向水平杆的构造外伸长度a≤500mm时,其计算外伸长度a1可取300mm。（a）双排脚手架；（b）单排脚手架1-横向水平杆；2-纵向水平杆；3-立杆图9.2横向水平杆计算跨度5）纵、横向水平杆与立杆连接的扣件抗滑承载力计算应符合：R≤Rc

（9.5）式中R—纵、横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；

Rc—扣件抗滑承载力设计值，应按表9.6取值。（5）立杆计算1）立杆的稳定性计算应符合下列公式：不组合风荷载：

≤f

（9.6）组合风荷载：

+

≤f

（9.7）式中N—计算立杆段的轴力设计值，应按式（9.8）、式（9.9）计算；

—轴心受压构件的稳定系数；

A—立杆的截面面积，应按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）附录B表B取值；

Mw—计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩，可按公式计算；

f—钢材的抗压强度设计值，应按表9.5采用。不组合风荷载：

N=1.2(NG1K+NG2K)

+1.4NQK（9.8）组合风荷载：

N=1.2(NG1K+NG2K)

+0.85×1.4NQK（9.9）式中：

NG1K—脚手架结构自重产生的轴向力标准值；NG2K—构配件自重产生的轴向力标准值；NQK—施工荷载产生的轴向力标准值总和，内、外立杆按一纵距（跨）

内施工荷载总和的1/2取值。轴心受压构件的稳定系数，应根据长细比

由《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）附录C表C取值，当

>250时：式中

——长细比，按下式计算：

式中l0—立杆计算长度，应按公式（9.10）规定计算；

i—截面回转半径，应按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130—2011）附录B表B取值；2）立杆计算长度l0=kh（9.10）式中：

k—计算长度附加系数，其值取1.155；

—考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，应按表9.9采用；

h—立杆步距。类别立体横杆连墙件布置二步三跨三步三跨双排架1.031.501.701.31.551.751.551.601.80单排架≤1.501.802.00表9.9脚手架立杆的计算长度系数3）由风荷载设计值产生的立杆弯矩

MW=0.85×1.4MWK=(9.11)式中MWK—风荷级标准值产生的弯矩；

la—立杆纵距。

k—风荷载标准值，应按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范JGJ130—2011)中(4.2.3)式计算；4）立杆稳定性计算部位的确定①当脚手架搭设尺寸采用相同的步距、立杆纵距、立杆横距和连墙件间距时,应计算底层立杆段；②当脚手架搭设尺寸中的步距、立杆纵距，立杆横距和连墙件间距有变化时，除底层立杆段，还必须对出现最大步距或最大立杆纵距、立杆横距、连墙件间距等部位的立杆段进行验算；③双管立杆变截面处主立杆上部单根立杆的稳定性，应按式(9.6)或式(9.7)进行计算。5）脚手架的搭设高度计算及调整应符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011)（6）连墙件计算1）连墙件的强度，稳定性和连接强度应符合相应规范规定。①连墙件的轴力设计值

Nl=Nlw+N0（9.12）式中Nl—连墙件轴力设计值(kN)；Nlw—风荷载产生的连墙件轴力设计值，应按规定计算；N0—连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴力，单排架取3，双排架取5。②扣件连墙件的连接扣件值应按公式（9.5）的规定验算抗滑承载力。③螺栓，焊接连墙件与预埋件的设计承载力应大于扣件抗滑承载力设计值。2）风荷载产生的连墙件轴力设计值应按式（9.13）计算：

Nlw=1.4·k·A（9.13）式中A—每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧面的迎风面积。（7）立杆地基承载力计算1）立杆基础底面的平均压力应满足式

p≤fg

(9.14)式中p—立杆基础底面的平均压力，p=N/A；N—上部结构传至基础磁顶面的轴力设计值A—基础底面面积fg

—地基承载力设计值，应按公式（9.15）计算。2）地基承载力设计值按下式计算

fg=kc·

fgk

（9.15）式中kc—脚手架地基承载力调整系数，对碎石土、砂土、回填土取0.4，对黏土取0.5，对岩石、混凝土取1.0；

fgk

—地基承载力标准值，应符合现行《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）附录五的规定采用9.2悬挑式脚手架悬挑式脚手架系利用建筑结构外边缘向外伸出的悬挑构架作施工上部结构，或作外装修用。这种脚手架要求必须有足够的强度、刚度和稳定性，并能将脚手架的荷载有效的传给建筑结构，对于房屋结构也需作施工期间承受这个外加荷载的验算。施工中遇到下述情况时可采用：①±0.00以下结构工程的回填土未能及时回填，而上部主体结构工程因工程要求必须立即进行；②高层建筑主体结构四周有裙房，脚手架不能直接支在地面上；③超高层建筑施工，脚手架搭设高度超过其容许高度，需要将其分成几个高度段来搭设。悬挑式脚手架不需要地面及坚实的基础作脚手架的支撑，也不占用施工场地。脚手架的使用数量不因建筑物的高度增大而增加。但是因脚手架及其承担的荷载通过悬挑支架或连接件传递给与之相连的建筑物结构，对这部分结构强度要有一定要求。悬挑架的支承结构应为型钢制作的悬挑梁或悬挑桁架等，不能采用钢管，目前应用比较多是型钢悬挑脚手架。图9.3型钢悬挑脚手架1.型钢悬挑脚手架构造要求

1）一次悬挑脚手架高度不宜超过20m；型钢悬挑梁宜采用双轴对称截面的型钢。悬挑钢梁型号及锚固件应按设计确定，钢梁截面高度不应小于160mm。悬挑梁尾端应在两处及以上固定于钢筋混凝土梁板结构上。锚固型钢悬挑梁的U形钢筋拉环或锚固螺栓直径不宜小于16mm（图9.4）。

图9.4悬挑脚手架挑梁结构及其锚固1-反拉钢丝绳2）每个型钢悬挑梁外端宜设置钢丝绳或钢拉杆与上一层建筑结构斜拉结。钢丝绳与建筑结构拉结的吊环应使用HPB235级钢筋，其直径不宜小于20mm，吊环预埋锚固长度应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010中钢筋锚固的规定（图9.4）。3）用于锚固的U形钢筋拉环或螺栓应采用冷弯成型。U形钢筋拉环、锚固螺栓与型钢间隙应用钢楔或硬木楔楔紧（图9.5）。图9.5悬挑钢梁U形螺栓固定构造1-木楔侧向楔紧；2-两根1.5m长直径18mm的HRB235钢筋4）悬挑梁悬挑长度按设计确定。固定段长度不应小于悬挑段长度的1.25倍。型钢悬挑梁固定端应采用2个（对）及以上U形钢筋拉环或锚固螺栓与建筑结构梁板固定，U形钢筋拉环或锚固螺栓应预埋至混凝土梁、板底层钢筋位置，并应与混凝土梁、板底层钢筋焊接或绑扎牢固，其锚固长度应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010中钢筋锚固的规定(图9.6-图9.7）。

图9.6悬挑钢梁楼面构造图9.7悬挑钢梁穿墙构造1-木楔楔紧5）型钢悬挑梁与建筑结构采①用螺栓钢压板连接固定时，钢压板尺寸不应小于100mm×10mm（宽×厚）；②采用螺栓角钢压板连接时，角钢规格不应小于63mm×63mm×6mm。6）型钢悬挑梁悬挑端应设置能使脚手架立杆与钢梁可靠固定的定位点，定位点离悬挑梁端部不应小于100mm。7）锚固位置设置在楼板上时，楼板的厚度不宜小于120mm，厚度小于120mm应采取加固措施。8）悬挑梁间距应按悬挑架架体立杆纵距设置，每一纵距设置一根。9）锚固型钢的主体结构混凝土强度等级不得低于C20。10）剪刀撑和连墙件的设置同落地式扣件钢管脚手架一致。（1）采用型钢悬挑梁作为脚手架的支承结构时，应进行下列计算：

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连接的强度；

③型钢悬挑梁下建筑结构的承载能力验算。（2）悬挑脚手架作用于型钢悬挑梁上的立杆的轴向力设计值，按式（9.8）、式（9.9）分别计算，并应取较大者。2.型钢悬挑脚手架计算

（4）型钢悬挑梁整体稳定：

≤f

（9.17）式中：b—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》GB50017的规定采用；

W—型钢悬挑梁毛截面模量。（5）型钢悬挑梁挠度：

≤[]（9.18）式中：[]—型钢悬挑梁挠度允许值,应按本规范表9.10取值；—型钢悬挑梁最大挠度。构件类别容许挠度[υ]脚手板、脚手架纵向、横向水平杆l/150与10mm脚手架悬挑受弯杆件l/400型钢悬挑脚手架悬挑钢梁l/250表9.10受弯构件的容许挠度注：l为受弯构件的跨度。对悬挑杆件为其悬伸长度的2倍。图9.8悬挑脚手架型钢悬挑梁计算示意图N—悬挑脚手架立杆的轴向力设计值；lc—型钢悬挑梁锚固点中心至建筑楼层板边支承点的距离；lc1—型钢悬挑梁悬挑端面至建筑结构楼层板边支承点的距离；lc2--脚手架外立杆至建筑结构楼层板边支承点的距离；lc3--脚手架内立杆至建筑结构楼层板边支承点的距离；q—型钢梁自重线荷载标准值（6）型钢悬挑梁锚固在主体结构上的U形钢筋拉环或螺栓的强度：

=

≤fl（9.19）式中：—U形钢筋拉环或螺栓应力值；Nm—型钢悬挑梁锚固段压点U形钢筋拉环或螺栓拉力设计（N）；Al—U形钢筋拉环净截面面积或螺栓的有效截面面积（mm2），一个钢筋拉环或一对螺栓按两个截面计算；

fl

—U形钢筋拉环或螺栓抗拉强度设计值，应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定取=50N/mm2。（7）当型钢悬挑梁锚固段压点处采用2个（对）及以上U形钢筋拉环或螺栓锚固连接时，其钢筋拉环或螺栓的承载能力应乘以0.85的折减系数。（8）当型钢悬挑梁与建筑结构锚固的压点处楼板未设置上层受力钢筋时，应经计算在楼板内配置用于承受型钢梁锚固作用引起负弯矩的受力钢筋。（9）对型钢悬挑梁下建筑结构的混凝土梁（板）应按《混凝土结构设计规范》GB50010进行混凝土局部受压承载力、结构承载力验算，当不满足要求时，应采取可靠的加固措施。（10）悬挑脚手架的纵向水平杆、横向水平杆、立杆、连墙件计算同落地式脚手架。9.3附着升降脚手架定义：搭设一定高度并通过附着支撑结构附着于高层超高层工程结构上，具有防倾覆、防坠落装置，依靠自身的升降设备和装置，随工程结构施工逐层爬升直至结构封顶,继而满足外墙装饰作业要求实现逐层下降的辅助施工外脚手架。作用：满足结构施工、安装施工、装修施工等施工阶段中工人在建筑物外侧进行操作时的施工工艺及安全防护需要。分类：①按附着支承形式可分为：