扣件式钢管斜撑架在大跨度悬挑屋架中的设计与施工
本文转载自“施工技术《扣件式钢管斜撑架在大跨度悬挑屋架中的设计与施工》，作者：石颖，于新华等”，仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！
[摘要]通过对c4工业厂房项目工程的实例分析，详尽地介绍了利用普通直径8mm×3．5mm钢管及普通扣件，搭设该工程大跨度外挑屋架的操作防护架、模板斜撑架技术。针对外挑屋架的结构特点。分别对其施工安排、技术要求、施工要点、经济分析以及受力计算等方面内容进行了阐述。实践证明，该斜撑架的设计较常规采用的型钢悬挑脚手架，不仅工效得以提高，而且很大程度地降低了脚手架措施费用。
[关键词]防护架；模板；斜撑架；屋架；设计；施工技术
1工程概况
C4工业厂房项目工程建筑呈“L”形坐落在酒仙桥电子城产业园C地块上，工程建筑面积41 348m2，檐高33．4m，地上7层，地下1层。建筑设计上为了体现顶部透空感以及外观的造型层次，在屋面上设计了“L，，形周圈外挑式混凝土结构屋架，屋架主体为框架混凝土结构，通过400mm x480ram的矩形截面梁与内外圈圆形、矩形框架柱组成，同时每道矩形梁两侧挑出400mm宽、120mm厚檐板，形成柱顶梁、梁托板、板间有空格的造型屋架。屋架“L”形长边方向为115．1m，短边方向为75．9m，屋架宽6．75m，其中线性方向外挑结构宽2．85m，柱问跨8．1m。转角处外挑宽3．65m，屋架高4．65m(见图1)。
2挑檐斜撑架选择
该工程屋架外挑尺寸较大，悬挑长边方向最大2．85m，转角处外挑达3．65m。这给外挑屋架的结构施工带来很大困难，施工人员的操作平台、200mmX400mm截面屋架边框梁以及挑檐板的模板支设、混凝土浇筑时安全稳定，都取决于该部位异形脚手架的设计。参照《钢管脚手架、模板支架安全选用技术规程》DB11／T583--2008，如以工字钢做支撑搭
设悬挑脚手架，规范中最大可参考的悬挑长3．0m，而本工程最大达3．65m，即使可采用工字钢型钢，型钢规格不会低于18号。如此该建筑物全周长370．6m，需1 729m长工字钢，一次性支出费用很大。主体结构施工期间已搭设外双排落地式钢管脚手架，经过反复计算并论证，综合考虑双排脚手架与建筑物外立面距离、脚手架使用周期等因素，决定利用直径48mm x 3．5mm钢管及普通扣件搭设外
挑屋架结构的模板斜撑架。同时为保证操作人员的作业安全，在原有外双排落地脚手架的基础上，在一定标高位置增加斜撑搭设施工操作防护架。
3施工顺序安排
操作防护架与模板斜撑架分开搭设，各自形成受力体系。总体上施工顺序为，自地上7层标高位置开始增设斜杆，在最外侧立杆增设宽600一700mm的操作防护架+同时在7层顶板浇筑过程中，预埋短钢筋(同原双排脚手架纵距)，以备防护架与主体拉接。待防护架体搭设及拉接完毕后，屋架框架柱浇筑完成，开始搭设模板斜撑架。
首先利用碗扣式脚手架搭设非外挑部分的满堂模板支撑架，然后按照步距、纵距要求设置斜撑架水平杆件，并与建筑边框架柱、满堂架体逐一拉接牢固。在7层顶板标高处( 28.75m)，按照同满堂架纵距的1．2m 要求，在伸出的水平杆件上固定3道斜向支撑杆，支撑杆作为支顶挑檐屋架粱及檐板的主要受力杆件，之后沿周长方向将各节点用钢管连接固定，保证架体整体性。
4、技术要求
4． 1操作防护架(见图2)
操作防护架为非主要受力架体，仅供外挑屋架结构施工时施工人员操作使用，设计上仅考虑木脚手板和施工人员荷载。
1)为保证防护架与主体拉接，且锚固点不得少于2点的要求，在7层顶板浇筑过程中，按原双排落地式脚手架纵距1.5m的要求，对照节点位置，分别在顶板上预埋内、外两圈直径32mm短钢筋(该规格钢筋为工地钢筋加工剩料)，内、外距离控制在1．2～1.5m
防护架在7层顶板的扫地杆、外挑水平杆与短钢筋利用十字扣件同牢，短钢筋与扣件之间用木楔锁死。预埋的短钢筋应在混凝土强度达到70%后方可承受荷载。
2)以7层顶板标高为起点，在原双排脚手架外排杆节点部位，利用6m钢管没置斜杆支撑上部双排防护架，搭设高度为4．65m ，立杆纵距1．5m ，横距0.6m，步距控制在1．1 一1．5m 。防护架与外挑屋架结构外皮距离200mm。
3)搭设初期，由于安全要求防护架需外挂安全网，为抵消风对防护架水平方向产生风压，需在防护架内排杆与外挑水平杆之间设置斜拉杆。同时，在搭设完内部满堂脚手架后，也需利用6m钢管将防护架与满堂架立杆进行拉接。
4)架体搭设最上部加设防护栏杆，高1．8m ，3道水平杆。屋架操作标高位置铺设脚手板，分别在防护架外侧及操作面下方设置安全网。
4.2 模板斜撑架(见图)
1)模板斜撑架为屋架梁、挑檐板的主要受力架体，考虑到外挑尺寸的差异，悬挑长边方向为2．85 m，转角处为3．65m 。在设计上，利用6m钢管作为主要斜撑受力杆件，主要承受上部屋架结构及施工荷载，必须采用整根钢管。在屋架层28．75一33．4m 悬挑长边方向设置2道斜撑杆，而转角部位则需3道斜撑杆。
2)模板斜撑架没计参数如表所示。
3)为避免架体倾覆，加强构造性拉接，模板斜撑架与内排满堂脚手架必须连成整体。斜撑架水平杆必须伸入内排架内，屋架框架柱设置钢管柱箍，与斜撑架水平杆件相连，起到与主体拉接作用。
4)在建筑各阳角和阴角部位，因其挑出尺寸为3．65m，为此需在此部位进行加强。斜撑杆件布置位置如图4所示，加密纵距。
5)因本工程屋架外挑尺寸较大，为了抵消屋架悬挑部位自重沉降产生的挠度，在搭设斜撑架、支设边梁模板时需考虑千分之三至千分之五的起拱量，即悬挑长边方向起拱15mm，转角部位起拱20 mm。
6)所有水平杆均采用旋转扣件连接，不得采用对接扣件；所有扣件在使用前进行检查，不得采用有裂纹、滑扣等缺陷的扣件，扣件必须拧紧、不脱扣。
7)在斜撑架外侧立面满挂密目安全网，水平面铺设跳板，28．750m标高部位设置水平安全网。
8)斜撑架承重不得作用于外双排架体上，挑檐梁及檐板主要靠斜向支撑杆件受力。
9)搭设斜撑架时，斜撑杆底部与防护架搭设时设置的扫地水平杆相连，以防斜撑架水平位移。
5施工要点
5．1堆载预压
首次浇筑前，应对浇筑悬挑部位进行分段堆载预压，其目的主要是检查斜撑架的承载能力，检验其强度、刚度和稳定性是否满足要求。
根据设计计算书中悬挑部位的荷载值要求，预压质量不小于混凝土质量，加载材料选用砂袋，试压的最大加载为设计荷载的1．2倍(考虑安全系数)，砂袋堆载位置应遵循以斜撑架受力最大的位置相适应的原则。混凝土密度取2 500 kg／m3，预压用砂密度为1 600 kg／m3，经核算，考虑安全系数，按照堆载900kg／m2的质量进行预压，且需要50kg的砂袋18袋／m2。要求预压砂袋码放整齐，以免由于局部受压超过设计要求而发生架体失稳。
加载过程中，按照50％，100％，120％分3级进行预压．预压前对观测点进行测量，取得初始值。加载至50％时，静止2h后进行观测，观测数值<3mm方可再加载，依次类推。待满载后每隔6h对其受弯杆件挠度值进行观测，经过24h后，若各观测点累计数值小于《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130--2011要求，即受弯构件的容许挠度值为10mm，且无进一步变化趋势，则认定斜撑架强度和稳定性满足要求。预压完成后，卸载也要对称、均匀进行，待最终认定满足要求后方可进行下一步浇筑施工。因搭设时根据不同部位已考虑起拱量，故预压产生的低于规范的挠度值无须另行调整。
下面就以E轴～K轴／11轴部位的钢管斜撑架各阶段观测数值加以说明(见图5，表2)。
5．2混凝土浇筑
1)此次采用料斗加溜槽来完成屋架梁的混凝土浇筑，混凝土不得直接倾倒在悬挑部位的梁板内，而应倒在非悬挑部位，由人工铲运至悬挑部位，以尽量减少混凝土对悬挑部位的冲击。
2)浇筑屋架梁及挑檐板时，按照先里后外、先中间后两边的顺序，确保内侧满堂脚手架先受力，以防倾覆。
3)操作人员不得在悬挑部位集中，要分散开来，由尽量少的人员在悬挑部位进行操作。
5．3架体倾斜观测
为了随时监测屋架混凝土浇筑过程中、浇筑后斜撑架体的变形情况，基于本工程外斜撑架体的受力特点，采取倾斜观测来密切注意支撑系统的变化。
参考《建筑变形测量规范》JGJ8--2007中关于
倾斜观测的相关内容，本工程具体做法为：首先要在进行倾斜观测的斜撑架上设置上、下2个点作为基准点，两点应处于同一垂直视准面内，如图6所示，A，曰点为观测点。如果架体发生倾斜，A、B将由垂直线变为倾斜线。观测时，经纬仪的位置距离斜撑架应大于架体高度，瞄准上部观测点A，用正倒镜法向下投点得到B’点，如果B’与B点不重合，则说明斜撑架发生倾斜，以和
分别表示转角处2个垂直面架体的倾斜值，用矢量相加的方法计算出总偏移量△，当架体高度为H时，则倾斜度为a=arctan
／H
6构造性能及经济对比分析
实现如此大跨度、大外挑尺寸屋架结构，设计的架体不仅要满足施工操作的需要，而且要承受屋架梁、挑檐板的混凝土结构荷载。除本文中介绍的扣件钢管斜撑架可得以实现外，还可采用传统的悬挑型钢脚手架来完成。以下将针对这两种脚手架受力构件、参数尺寸、与主体拉接以及节点处理，进行逐一对比，如表3所示。
对照上述两种脚手架形式的构造参数，现以100m的混凝土屋架作为计算对象，因脚手架人工费以m2计算，两种脚手架搭设费用差异不大，经济对比可忽略。若选用同样数量的施工人员，悬挑型钢
脚手架首先需要铺设并固定型钢，再搭设型钢上模板支撑架，在工期上会超于扣件式钢管斜撑架20％左右。为此，在进行两种架体的经济分析中，结合两种架体的工期差异，主要通过计算每100m架体的材料费用来进行经济比对(见表4)。
上述两种架体的经济分析数据表明，每100m悬挑型钢脚手架支出的费用是扣件钢管斜撑架的近24倍，其中型钢新购置的费用占其总价的95％。为此，本工程选用的扣件钢管斜撑架不但受力构造满足施工要求，而且措施费用也大大降低。同时，在一定工作总量的基础上，该架体搭设的施工时间短、工效高。
7斜撑架受力计算书
验算时，按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130--2011进行取值，并按永久荷载和活荷载乘以相应的荷载分项系数。首先计算出各节点所承受的荷载，并以此检验节点处的扣件抗滑承载力，扣件满足要求后，再检验扣件间的钢管杆件，其承载力及稳定性满足要求后，该跨架体的承载力即能满足要求，由于整个架体为平面环状封闭搭设，故整个架体也是稳定的。
因转角部位外挑尺寸最大，以其作为对象进行计算复核。
7．1荷载计算
屋架挑檐板厚120mm。挑檐边框架梁L1截面尺寸为200mm x 600ram，挑檐中框架梁L2截面尺寸为200mm×400mm，混凝土自重按25kN／m3取值，则各种荷载标准值计算如下。
1)永久荷载(每米立杆承受的结构自重标准值) 模板及其支架自重0．75kN／m2；挑檐边框架L1梁自重3．0kN／m，挑檐中框架L2梁自重2．0kN／m；挑檐楼板自重3．0kN／m2。
2)活荷载施工人员及设备荷载1．5kN／m2，振动荷载2．0kN／m2。
7．2架体受力计算
支撑钢管按集中荷载作用下的3跨连续梁计算，取悬挑梁截面两侧立杆的纵距1．2m作为支撑钢管的计算跨度，每个扣件连接点作为支座。计算简图如图3c所示，计算如下。
N1．=(0．75×1．2+3．0)×1．2+3．5×1．2 x1．4=10．56(kN)，
N2=(0．75×1．2+2．0)×1．2+3．5×1．2×1．4=9．36(kN)，
N3=(0．75×1．2+3．0)×1．2+3．5×1．2×1．4=10．56(kN)。
计算所得N1、N2、N3：，N3的最大支座反力10．56kN>[F]=8kN(其中[F]为扣件的抗滑承载力设计值)，说明单扣件抗滑承载力不能满足要求，故处此采用双扣件。
7．3斜杆内力计算
F1=N1／cos40．23°=13．84(kN)>[F]=8kN(其中[F]为扣件的抗滑承载力设计值)，说明单扣件抗滑承载力不能满足要求，故处此采用双扣件。
F2=N2／cos25．93°=10．41(kN)>[F]=8kN，说明单扣件抗滑承载力不能满足要求，故处此采用双扣件。
F3=N3／cos14．35°=10．90(kN)>[F]=8kN，说明单扣件抗滑承载力不能满足要求，故处此采用双扣件。
因F1内力值最大，故以A1o杆为例计算斜杆稳定性。
杆件的计算长度：
式中：k为受压杆件计算长度附加系数，其值取1．155；u为考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，取1．5；h为斜杆撑杆的步距，h=1 200／cos40．23°=1 572(mm)。
8结语
本工程采用普通扣件式钢管构件搭设的斜撑架，从架体搭设到屋架结构混凝土施工仅用了不到50d时间，通过前期对斜撑架受力的反复核算，中期搭设过程中的层层监控，自始至终严格按照方案设计的构造要求执行，搭设完毕后的堆载预压试验、架体倾斜的定点定时观测都为此次斜撑架的施工提供了技术支持。实践证明，浇筑后的屋架结构．混凝土密实整洁，外檐阴阳角整齐平直，线面顺直清晰，最终达到了良好的观感效果。
参考文献：
[1】建筑施工手册(4版)[M】．北京：中国建筑工业出版社．2003．
[2】北京市建设工程安全．DBll／T583--2008钢管脚手架、模板安全选用技术规程[s】．北京：北京市建设委员会，2008．
[3】中国建筑科学研究院．JGJl30--2011建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S)．北京：中国建筑工业出版社，2011．
[4】赵来顺，唐丽云，邹r华，等．煤矿栈桥顶升纠倾设计[J]．工业建筑，2007(4)：84-87．
[5】陈文锋．大型钢结构悬挑尾架的施工质量控制[J]．福建建设科技，2004(4)：19-56．
[6] 王琪，姜宏．关于大型钢结构建筑屋面设计的若干问题探讨[J】．中国水运：学术版。2007(1)：98-99．
免责声明：本文转载自“施工技术《扣件式钢管斜撑架在大跨度悬挑屋架中的设计与施工》，作者：石颖，于新华等”，仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！
