建筑安全技术与管理3天前
一、前言
悬挑脚手架在建筑施工过程中给安全施工提供了条件，一直沿用了好多年，除了附着式爬升架外没有任何新式的跟新与换代，传统悬挑架一直采用简单粗放式的安装与拼接，悬挑材料重量大，安装过程中劳动强度大，危险性大，搬运材料困难，上拉式脚手架使用材料轻便，属于快速安装型的工具式脚手架，在作业层安装过程中，安装周期缩短，给挑架层施工节约了时间，节省了大量的工字钢用量，节材效果显著。相比于附着式爬升脚手架具有工艺简单、安全系数高的优点。 二、工法特点
2.1本工法操作方便，适应范围广，安全可靠。
2.2本工法改变了传统用钢丝绳卸载的施工方法，改用梁端上部用Φ20钢筋连接，由花篮螺栓拧紧受力可起到固定、卸荷、减轻钢梁支座弯矩作用，且花篮螺栓和钢筋可回收二次利用，与常规使用的钢丝绳比较更安全，且经济合理，降低成本。
2.3本工法将传统工字钢悬挑梁受力变为简支梁受力，工字钢截面特征呈对称，受力明确，钢梁尾端用螺栓固定，钢梁悬挑端上部由花篮螺栓拧紧受力，属于轴心受力的最佳状态，抗弯性能较好。
2.4本工法改变了传统型钢梁在楼面锚固的施工方法，改用型钢挑梁由螺栓固定在建筑物上，悬挑钢梁长度比传统悬挑钢梁缩短一半以上，降低了成本，而且悬挑钢梁不必伸入建筑物内，无需墙面预留洞口，墙面施工时无须再次封补，对后续作业楼层面地坪施工不影响，无需等悬挑钢梁拆除后再进行地坪施工，降低了洞口渗水的质量通病又缩短了工期。
2.5本工法悬挑钢梁上部基本与混凝土楼层面持平，铺上旧模板后防护到位，便于清理。 三、适用范围
本工法适用于高层悬挑脚手架施工，尤其对住宅建筑周围剪力墙比较集中的建筑；可以减少大量的预留孔。 四、工艺原理
利用高强螺杆将挑架工字钢与主体结构连接，采用制作的定型拉杆将工字钢另一端上拉作为主要的受力点，拉杆与主体结构用高强螺栓与上部结构拉结。不在利用工字钢进行悬挑受力，更加充分的利用了钢材抗拉的优越性能。 五、施工工艺 5.1工艺流程
上拉式脚手架的设计→材料的选择→受力性能验算→悬挑工字钢与拉杆的制作→焊缝探伤→专家论证→悬挑梁的安装→架体搭设→上拉杆件的安装→底部封口→验收→使用→外架监测 5.2施工方法
5.2.1上拉式脚手架的设计：
5.2.2材料的选择
5.2.3受力性能验算: 1.基本参数
2. 荷载布置参数
3. 主梁参数
附图如下：
（一）主梁验算 荷载计算：
①斜拉杆受力计算 荷载取值
(1)每米立杆承受的结构自重标准值(kN/m)；本例为0.1248 NG1 = 0.125×21.000=2.625kN
(2)脚手板的自重标准值(kN/m2)；本例采用木脚手板，标准值为0.35 NG2 = 0.350×2×1.500×(1.200+3.750)/2=2.599kN
(3)栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m)；本例采用栏杆、木脚手板标挡板，准值为0.14。
NG3 = 0.140×1.500×2/2=0.210kN
(4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网(kN/m2)；0.005 NG4 = 0.005×1.500×19.000=0.142kN
经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3+NG4 = 5.576kN。
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 = 3.000×1×1.500×1.200/2=2.700kN 2）挑梁工字钢自重（I16工字钢）qk=1.3*0.205=0.2665 考虑偶尔影响系数（包括动力系数）取1.3 脚手架集中荷载 P=1.2×5.576+1.4×2.70=10.47kN q=0.266*1.2=0.319KN/m 1、主梁强度验算：
图一：工字钢受力弯矩图 图一：工字钢受力弯矩图 计算支座反力： RB×1.1=10.47×0.4+0.319×1.26×1.26/2*2+10.47×1.2 RB=15.69kN RA=6.1kN
M1=6.1×0.4-0.319×0.4×0.2=2.42kN.m M2=10.47×0.1-0.319×0.16×0.08=1.05 kN.m 所以Mmax=2.42kN.m σmax=Mmax/W≤[f] =2420000/140900
=17.17N/mm2≤[f]=215N/mm2 符合要求！ 2.整体稳定性验算
水平钢梁采用16号工字钢,计算公式如下 σ=M/φbWx ≤ [f] 其中φb -- 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数： 查表《钢结构设计规范》(GB50017-2003)得，φb=2
由于φb大于0.6，根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附表B，得到 φb
值为
0.93。得最大应力σ=2420000 /( 0.93×
141000 )= 18.47N/mm2
水平钢梁的稳定性计算 σ=18.47小于 [f]=215N/mm2 满足要求！ 3、挠度验算 Ν
max=5qla4/384EI+19P1la3/384EI=0.027mm
≤
[ν]=1260/250=5.04mm与10mm 所以符合要求！
(二) 主梁与墙连接验算
图二:工字钢主梁与埋件节点大样
挑梁与墙连接选用2根M20高强螺栓连接 Nv=RA=6.1kN
=0.9*1*0.3*（2*155）=83.7KN Nv＜[Nvb]=83.7KN 满足要求！ (三)主梁工字钢与钢板焊接强度验算
正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）： 6.1*103/5*（88-10）*2
=7.94kN≤βf=1.22×160=195.2 N/mm2 侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）：
6.1*103/5*（88-10）*2 =4.14kN≤f=160 N/mm2 所以满足要求！
（四）穿墙螺栓处混凝土承载力验算
说明：混凝土设计强度为C30，承载力构件厚度为200mm，外架在搭设过程中，由于上部脚手架是落在下部架体结构之上，应对混凝土进行两种承载力的验算，第一种承载力验算是下部悬挑梁处混凝土承载力验算，一种是上部何时可以独立受力的承载力验算。
1、下部悬挑梁处混凝土承载力验算，根据本工程外架设计原则，以及施工工期推算，下层工字钢需承受7层外架和两道工字钢自身的重量，此时混凝土强度已达到100%，先进行承载力验算
NV≤1.35BbB1fcbd
Bb=0.39,B1=1.73,fc=20.1 N/mm2 b墙厚按200mm计算 穿墙螺栓直径20mm(2根)
代入公式=1.35*0.39*1.73*20.1*200*20*2=146463.9N=146.46KN
现场工况荷载混凝土受力21.8＜146.46KN
2、上部独立受力的承载力验算。上部施工完2层，此时混凝土龄期为10天左右，混凝土强度至少达到C15.
NV≤1.35BbB1fcbd
Bb=0.39,B1=1.73,fc=7.2N/mm2
b墙厚按200mm计算 穿墙螺栓直径20mm(2根)
代入公式=1.35*0.39*1.73*7.2*200*20*2=52464.7N=52.4KN
现场工况荷载混凝土受力5.62＜52.4KN
此时拧紧花篮螺栓，卸掉上部悬挑架对下部悬挑架的受力，满足要求。 （五）斜拉杆上各节点验算 1、斜杆受力计算 T*sinα=RB
T=15.69/0.928=16.9KN
选Φ20普通螺栓，净截面Ai=225 mm2
拉杆正应σ=T/A=16900/225=75.14 N/mm2＜f=205N/mm2，满足要求。
图三：拉杆连接示意图
2.、M20，10.9级高强螺栓验算
M20高强螺栓预应力P值，查表得P=155 KN
本高强螺栓摩擦型连接的同时承受摩擦面间的剪力和螺栓杆轴方向的外拉力，其承载力应满足
剪力 Nv=T垂直=T*sina=16.9×0.928=15.7 KN 外拉力Nt=T水平=T*cosa=16.9×0.371=6.27KN =0.9*1*0.3*155=41.85 KN
=124 KN
所以=15.7/41.85+6.27/124=0.43≤1 满足要求。
3.斜杆与钢板的焊缝连接验算
图三：斜杆与钢板的焊缝连接大样
斜杆拉力T=16.9KN，焊缝长度lf为100mm，焊缝高度hf=6mm 焊缝拉应力应满足：
τ=16900/[6×（100-12）×4]=8.1 N/mm τ＜[lf]=160，满足剪切要求。
4.斜拉杆与悬挑梁端之间连接的验算 M20 ，10.9级高强螺栓验算 纯剪切 N=T=16.9KN
M20 螺栓抗剪设计强度=0.9*1*0.3*155=41.85 KN 所以N＜[Nvb]，满足要求！
节点3
5.悬挑梁端头钢板与挑梁焊缝强度验算 焊缝高度hf=5mm 焊缝长度lf=120mm
①正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）： =14.3≤βf=1.22×160=195.2 N/mm2
②侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）： =3.27kN≤f=160 N/mm2 所以满足要求！
6.节点5：花篮处焊缝强度验算
项目采用成品花篮螺栓，计划采用M27级花篮螺栓，经厂家提供的检测报告，可承受4.5T=45KN力，拉杆计算受力16.9KN，因此满足要求。
7．节点6：主梁拉环验算
节点6
拉环形式：
σ=N/A=9700/400
=24.25N/mm2≤0.85×[f]=0.85×65=55.25N/mm2
注：[f]为拉环钢筋抗拉强度，按《混凝土结构设计规范》9.7.6每个拉环按2个截面计算的吊环应力不应大于65N/mm2
符合要求！
（三）转角及阳台部位悬挑工字钢验算
斜杆与水平夹角α
tgα= α=60.5° sinα=0.87 cosα=0.492 斜杆拉力 T*sinα=RB T=15.69/0.87=18.03KN （1）斜拉杆截面选择
选Φ20普通螺栓，净截面Ai=225 mm2
拉杆正应力 18030/225=80.1N/mm2＜f=205N/mm2，满足要求。 （2）各节点高强螺栓验算
①节点1： M20，10.9级高强螺栓验算
M20高强螺栓预应力P值，查表得P=155 KN
本高强螺栓摩擦型连接的同时承受摩擦面间的剪力和螺栓杆轴方向的外拉力，其承载力应满足
剪应力Nv=T垂直=T*sina=13.66N/mm2 外拉力Nt=T水平=T*cosa=8.88N/mm2 =0.9*1*0.3*155=41.85 =124
13.6/41.85+8.88/124=0.325+0.072=0.397＜1，满足要求。 ②节点1：斜杆与钢板的点焊缝连接
斜杆拉力T=18.03KN，焊缝长度lf为100mm 焊缝高度hf=6mm，见下图。
焊缝剪应力 =8.54N/mm2
τ＜[lf]=160，满足剪切要求。
③节点3：斜拉杆与悬挑梁端之间联接（下图），
（一）M20 ，10.9级高强螺栓验算 纯剪切 N=18.03KN
M20 螺栓抗剪设计强度 =0.9*1*0.3*155=41.85 KN 所以N＜[Nvb]，满足要求！ （二）拉环形式： σ=N/A=18030/400
=45.07N/mm2≤0.85×[f]=0.85×65=55.25N/mm2 满足要求！
④节点3：悬挑梁端头钢板与挑梁
正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）： =13.9kN≤βf=1.22×160=195.2 N/mm2
侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）： 8.07kN≤f=160 N/mm2 所以满足要求！
⑤节点3：斜杆与钢板焊缝连结
采用破口焊缝。焊缝验算同2（略）。 ⑥节点4：挑梁与墙连接验算 （1）2根M20高强螺栓验算： Nv=RA==4KN
=0.9*1*0.3*（2*155）=83.7KN Nv＜[Nvb]=83.7KN 满足要求！ （2）工字钢焊缝验算：
正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）： =2.56kN≤βf=1.22×160=195.2 N/mm2
侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）： =2.67kN≤f=160 N/mm2 所以满足要求！
由第五节知，梁侧立杆承受荷载为就是端支座的最大反力 R1=6.317kN
由于梁中间立杆和梁侧立杆受力情况不一样，故应取大值进行验算 NA=max(N1+R1,R2)=21.425kN 考虑架体自重荷载得：
NB=NA+1.2×H×gk=21.425+1.2×0.036×(3.2+(2400-180)/1000)=21.659kN
f=NB/(φA)=21.659×1000/(0.832×(4.24×100))=61.396N/mm2≤[σ]=205N/mm2 满足要求！
5.2.4工字钢与拉杆的制作：
采用Q235型10mm后钢板制作耳板，Q235型120mm厚钢板制作端板，用乙炔气进行切割，制作尺寸偏差控制在2mm之内。然后将端板与耳板与工字钢进行焊接，制作成可连接的悬挑工字钢，采用∅20圆钢与Q235型120mm钢板焊接成可连接的拉杆。如图：
5.2.5焊缝探伤：采用超声波探伤进行焊缝无损探伤，探伤是对焊缝质量检查的手段，是保证焊接质量的检查方法，探伤采用超声波探伤可以保证对人体和环境无害，且探测质量问题全面、灵敏度高，但是超声波探伤对检测人员要求素质要求较高，不仅要具备熟练的探伤技术，还要对焊缝形式、焊接的方法进行了解，专业性比较强，而且人为因素对检测结果影响大，施工现场培养专门的焊工进行焊缝探伤是最好可行的办法，根据仪器厂家提供的使用说明书，或厂家直接培训上岗，非常适用于目前的施工情况，
焊缝探伤在焊缝完成24h后进行100%超生波检测，每个焊口做好检验标识标记，并在焊缝边缘标上钢印编号，并绘制超声波探伤平面示意图，对应钢印编号。
5.2.6专家论证：全部设计和准备阶段完成后进行专家论证，验证设计方案的可行性和安全性，按照专家的意见进行改进，并对专家提出的安全使用方面的意见列入交底和方案当中。
5.2.7螺杆洞预埋：上拉式型钢挑梁预埋件：在六层楼结构外墙梁支模时，按照脚手架平面布置图，预埋内径Ф22mm的PVC预留孔管，用于固定挑件螺栓，位置要正确。
5.2.8悬挑梁的安装：按照技术交底和现场实际定位位置对悬挑工字钢进行安装，高强螺栓的紧固是挑梁安装重要控制点，紧固应初拧50%、复拧50%、终拧依次进行在24小时内完成，具体操作如下：
1、上拉式型钢挑梁固定：在外墙梁的内侧模板拆除后，安装斜拉式挑梁并坚固螺帽，外端搁置于下层落地架的外侧纵向水平杆上。
2、转角处型钢梁安装
转角处采用Y型工字钢悬挑梁，待转角两侧悬挑梁安装完成后，测量钢梁的间距并下料，随后将外侧钢梁与悬挑梁进行焊接。如下图。
3、斜拉杆安装：
七层楼结构外墙、梁支模时，在悬挑梁上方对应位置预埋内径Ф22mmPVC预留孔管，用于固定斜拉杆，位置要正确。七层外墙梁的内侧
模板拆除后，安装斜拉杆，与下吊点上的拉杆和花篮螺栓连接并紧固螺帽，使挑梁受力卸荷。注意斜拉杆位于窗口处的斜拉杆采用梁内侧斜拉法。
4、悬挑钢梁、斜拉杆采用高强螺栓进行紧固，必须采用100*100铁片加普通垫片，然后将螺母（双螺母）拧紧。
5、第二步悬挑脚手架第一步脚手架保持一致，在外墙梁的内侧模板拆除后，安装斜拉式挑梁并坚固螺帽，并在下部悬挑脚手架内外立杆上放置U托，在上层结构尚未施工完，斜拉杆尚未施工完成时，将工字钢外侧置于两个U托内，并用木楔顶死。
6、在起挑的底层满铺脚手板进行全封闭，与建筑物之间也应全部封闭，起挑层下口也需用模板进行全封闭兜底。
7、由项目技术负责人、安全主管对悬挑架各节点部位检查，合格后安装脚手架。
5.2.9架体搭设：
1、脚手架必须配合施工进度搭设，一次搭设高度不应超过相邻连墙件以上二步。
2、每搭完一步脚手架后，应按下表的规定校正步距、纵距、横距及立杆的垂直度。
3、底座应准确的放在焊在工字钢上的钢筋上。 4、立杆搭设应符合下列规定：
①相邻立杆的对接扣件不得在同一高度内，立杆上的对接扣件应交错布置：两根相邻立杆的接头不应设置在同步内，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小于500mm；各接头中心至主节点的距离不宜大与步距的1/3。
②当搭至有连墙件的构造点时，在搭设完该处的立杆、纵向水平杆、横向水平杆后，应立即设置连墙件。
③顶层立杆的搭接长度不应小于1m,应采用不少于2个旋转扣件固定，端部扣件盖板的边缘至杆端距离不应少于100mm。立杆顶端宜高出女儿墙上皮1.2m。
5、纵向水平杆搭设应符合下列规定：
①纵向水平杆宜设设置在立杆内侧，其长度不宜小于3跨。 ②纵向水平杆接长应采用对接扣件连接。 ③每步设置两道水平杆，护身杆间距0.6m。
6、脚手架必须设置纵、横向扫地杆。纵向扫地杆应采用直角扣件固定在底座上皮不大于200mm 处的立杆上。横向扫地杆亦应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。
7、连墙件、剪刀撑、横向支撑的设置符合下列规定： ①本工程外脚手架15m一挑，连墙件两步三跨设一根。 ②连墙件采用定型化螺栓预埋，连墙件宜靠近主节点设置，偏离主节点的距离不应大于300mm；连墙件应从第一步纵向水平杆处开始设置；宜优先采用菱形布置，也可采用方形、矩形布置；一字型、开口型脚手架的两端必须设置连墙件，连墙件的垂直距离不应大于建筑物的层高，并不应大于4m(2步)。连墙件在转角处必须每步进行设置。
③当脚手架施工操作层高出连墙件二步时，应采取临时稳定措施，直到上一层连墙件搭设完后方可根据情况拆除。
④每道剪刀撑宽度不应小于4 跨，且不应小于6m，斜杆与地面的倾角宜在45º—60º之间；
剪刀撑跨越立杆的最多根数
⑥本工程脚手架必须在外侧立面上连续设置剪刀撑，并应由底至顶连续设置。
⑦剪刀撑斜杆的接长宜采用搭接，搭接长度不应小于1m,应采用不少于2个旋转扣件固定。
⑧剪刀撑应随立杆、纵向和横向水平杆等同步搭设。
⑨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宜大于150mm。
8、扣件安装符合下列规定：
①扣件规格必须与钢管外径相同；
②螺栓拧紧扭力矩不应小于40N.m,且不应大于65N.m；
③在主节点处固定横向水平杆、纵向水平杆、剪刀撑等用的直角扣件、旋转扣件的中心点的相互距离不应大于150mm；
④对接扣件开口应朝上或朝内；
⑤各杆件端头伸出扣件盖板边缘的长度不应小于100mm。 9、作业层、斜道的栏杆和挡脚板的搭设应符合下列规定： ①栏杆和挡脚板均应搭设在外立杆的内侧； ②上栏杆上皮高度应为1.2m； ③挡脚板高度不应小于180mm； ④中间两道栏杆间距按0.6m设置。 10、脚手板的铺设应符合下列规定：
①脚手板应铺满、铺稳，离开墙面120—150mm;
②脚手板应垂直于纵向水平杆铺设，且采用对接平铺四个角应用直径1.2mm 的镀锌铁丝固定在纵向水平杆上。
③作业层端部脚手板探头长度应取150mm，其板长两端均应支承杆可靠地固定，脚手板探头应用直径3.2mm 的镀锌钢丝固定在支承杆件上。
④在拐脚、斜道平台处的脚手板，应与横向水平杆可靠连接，防止滑动； ⑤自顶层作业层的脚手板往下计，宜每隔4步设置一道密目网隔离层作为楼层隔离。
⑥架体作业层脚手板应设置双层安全水平兜网。
5.2.9架体使用：使用过程中严格控制外架堆载情况，施工过程作为操作脚手架，经常性的检查脚手架物料堆放情况，及时对外架垃圾进行清理，保证外架的荷载控制在最佳状态，使用周转过程中检查挑梁和上拉杆的焊口情况，定时进行刷漆保养。防止焊口锈蚀影响使用安全。
5.2.10架体监控：在使用过程中定期对外架的垂直度和各构件的使用情况进行监控，发现变形过大或者连接件发生变形，及时采取措施，保证使用安全。 六、安全保证措施
1、搭设脚手架人员必须是经过考核合格的专业架子工，上岗人员必须定期体检，合格者方可上岗。
2、搭设脚手架人员必须戴安全帽，系安全带，穿防滑鞋。
3、脚手架的构件质量与搭设质量应按规范进行检查验收，合格后方可准许使用。
4、作业层上的施工荷载应符合要求，不得超载，不得将模板支架、缆风绳、泵送砼和砂浆的输送泵等固定在脚手架上，严禁悬挂起重设备。
5、当有六级及六级以上大风和雾雨雪天气时应停止脚手架搭设与拆除作业。雨雪后上架作业应有防滑措施，并应扫除积雪。
6、脚手架的安全检查与维护应按规范规定进行，安全网应按有关规定搭设或拆除。
7、在脚手架使用期间，严禁拆除下列杆件： ①主节点处的纵．横向水平杆，纵横向扫地杆。 ②连墙件。
8、临街搭设脚手架时，外侧应有防止坠物伤人的防护措施。
9、在脚手架上进行电气焊作业时，必须有防火措施和专人看守。
10、工地临时用电线路的架设及脚手架接地．避雷措施等，应按规定设置。 11、搭拆脚手架时财面应设围护栏和警戒标志，并有专人看守，严禁非操作人员入内。
七、经济效益分析
采用上拉式外挑脚手架可以在挑架作业层减少1-2天的挑架时间，给作业层其他班组提供了保证。按照钢筋工30人、木工30人计算：
每天为60×300=18000元，如果能提前到两天则有：2×18000=36000元 每栋楼挑架6次：6×36000=216000元
而且解决了挑架工字钢外墙开洞的问题，提高了整体外立面的成型效果。 八、应用实例
本工程于首创国际学园二期二标段应用了上拉式外挑脚手架，该项目由晋中科创新城房地产开发有限公司开发，四川宏基原创建筑设计有限公司设计，山西省建设监理有限公司监理、江苏南通二建集团有限公司承建，在三标段延续应用中取得良好效果。
后附专家论证意见书。
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