挑梁布置（精选3篇）
挑梁布置 篇1
近年来,高层建筑的发展突飞猛进,外形结构越来越复杂,为施工的安全操作带来一定的困难,从而对脚手架的要求也越来越高。悬挑式脚手架由于一次投入少、施工方便、适用范围广、不受层高和场地限制等优点在高层建筑施工中得到广泛的应用。一般部位的悬挑结构设计计算可以采用现有的计算工具完成,但是建筑物的转角处因其结构平面不同,需要进行专项计算才能满足悬挑结构强度和稳定性要求,由于悬挑脚手架很多细节及做法不是很明确,特别是转角处的做法,现场施工技术人员都存在一定的困惑,无章可循,因此存在很大的安全隐患。本文结合工程实例,对转角处悬挑脚手架进行相应的设计计算,以确保脚手架的安全操作。
1 转角部位悬挑脚手架的平面布置
高层建筑结构进行悬挑脚手架搭设时,转角角柱处形成内外立杆悬空,目前常采用的处理方法是将槽钢穿过角柱斜挑出去支撑内外立杆,这种方法在应用时需要对槽钢进行防锈处理,同时也对角柱造成一定程度的破坏,后期要对角柱进行补强处理,因而具有操作复杂、造价高的缺点。本文所介绍的方法是在悬挑梁上加设型钢纵梁来解决转角处内外立杆的搭设问题,不会破坏角柱结构,保证了结构的整体性。悬挑梁与纵梁的连接采钢丝绳交叉绑扎法,也可采用焊接连接的方法,防止纵梁的滑动,转角处悬挑梁及纵梁平面布置如图1所示。
2 转角部位悬挑脚手架的设计计算内容及依据
2.1 设计计算内容
悬挑脚手架转角部位挑梁的设计计算内容主要包括:悬挑型钢的强度、挠度计算和整体稳定性验算;型钢纵梁等受弯构件的强度及稳定计算;悬挑梁锚固件及其锚固连接的强度计算。
进行设计计算时首先根据建筑物立面、平面布置确定悬挑脚手架挑梁的悬挑高度及平面布置情况;其次,对于悬挑脚手架的转角部位挑梁布置进行优化,避免个别挑梁受力过大及悬挑过长造成截面规格偏差较大、支座锚固困难;再次,悬挑脚手架转角部位的挑梁结构进行合理布置后,应根据脚手架的搭设尺寸、施工层布置确定悬挑脚手架底部节点恒荷载、活荷载及风荷载;最后,在以上工作的基础上初步选择挑梁型钢,进行强度、挠度及稳定性计算,判断计算结果是否满足相关规范要求,对于不符合要求的需增大挑梁截面后重新验算直至符合要求。
2.2 设计计算依据
现行的悬挑脚手架安全计算依据主要包括:《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011);《钢结构设计规范》(GBJ50017-2003);《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001);《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)。
1)抗弯强度计算
型钢悬挑梁的抗弯强度计算应按下式计算:
式中:σ——型钢悬挑梁应力值;
Mmax——型钢悬挑梁计算截面最大弯矩设计值;
W×——型钢悬挑梁净截面模量;
f——钢材的抗弯强度设计值。
2)整体稳定性计算
型钢悬挑梁的整体稳定性应按下式验算:
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。
3)挠度验算
型钢悬挑梁的挠度应符合下式规定:
式中:[v]——型钢悬挑梁挠度允许值;
v——型钢悬挑梁最大挠度。
按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130-2011),型钢悬挑梁容许挠度[v]=L/250,其中对于悬挑杆件,L取悬伸长度的2倍。
3 实例分析
本案例中,计算脚手架为双排脚手架,搭设高度为16.0 m,立杆采用外径48 mm,壁厚2.8 mm的单立钢管。搭设尺寸为:立杆纵距1.5 m,立杆的横距0.9 m,立杆的步距1.8 m。施工均布荷载为3.0 kN/m2,同时施工2层。悬挑水平钢梁采用16号工字钢,其中建筑外悬挑长度1.4 m,建筑物内锚固段长度2.0 m,转角处悬挑型钢梁外端设置16 mm的钢丝绳与上一层建筑结构的预埋卡环拉结。加设的型钢纵梁同样采用16号工字钢,长度4 m。悬挑型钢平面布置如图2所示。
3.1 脚手架荷载标准值
作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载,由于风荷载对挑梁影响较小,所以在以下计算中忽略不计。
静荷载标准值包括以下内容:
1)立杆承受的结构自重标准值:本案例为0.099 8 kN/m
2)脚手板的自重标准值:本例采用木脚手板,标准值为0.35 kN/m
3)栏杆与挡脚手板自重标准值:本例采用栏杆、竹笆片脚手板挡板,标准值为0.15 kN/m
4)吊挂的安全设施荷载,包括安全网:0.005 kN/m2
经计算得到,静荷载标准值。
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=3.000×2×1.500×0.900/2=4.050 kN
立杆的轴向压力设计值计算公式N=1.2NG+1.4NQ
经过计算得到,底部立杆的最大轴向压力N0=1.2×2.625+1.4×4.050=8.82 kN。
3.2 加设型钢纵梁的受力计算
型钢纵梁按照带悬臂的单跨简支梁进行计算,以图2中标识2处外侧型钢纵梁为例进行计算,为了确保受力均匀,底部两根悬挑梁的间距调整为2 200 mm,纵梁受力布置简图如图3所示,立杆纵距为1.5 m,纵梁上布置3根立杆作用,端点A、B为与底部悬挑梁的连接点。
本工程算例中,图中N0为脚手架立杆底部最大轴向力,为了简化计算,假定每根立杆轴向力均相同,取N0=8.82 kN。型钢纵梁自重强度计算荷载q=0.24 kN/m。由简支梁静力计算可得:外侧型钢纵梁A处支座反力RA=18.04 kN,A截面处最大弯矩值MA=7.06 kN·m。同理,内侧型钢纵梁A'处支座反力RA'=21.8 kN,A'截面处最大弯矩值MA'=13.23 kN·m。
型钢纵梁受力计算:1)抗弯强度验算:σ=50.07 MPa<215 MPa,σ'=93.83 MPa<215 MPa,内外侧纵梁均满足要求;2)整体稳定性验算:σ=53.9 MPa<215 MPa,σ'=101 MPa<215 MPa,内外侧纵梁均满足要求。
3.3 悬挑水平钢梁的受力计算
悬挑脚手架按照带悬臂的单跨梁进行计算,以图2中标识1所示悬挑型钢为例进行计算,端点B1为与楼板的锚固点,A1为墙支点,C为钢丝绳斜拉点(见图4)。
依据平面布置图2所示,转角部位悬挑梁所承受的集中荷载为图3中加设型钢纵梁及上部立杆荷载所产生的支座反力,N1应取外侧型钢纵梁A处的支座反力RA,N2应取内侧型钢纵梁A'处的支座反力RA',由4.2节中型钢纵梁的计算可知,N1=RA=18.04 kN,N2=RA,=21.8 kN,水平钢梁自重强度计算荷载q=0.24 kN/m。依据力法计算该超静定连续梁得到:
支座反力:RA1=42.48 kN,RB1=-9.58 kN,RC=6.9 kN
最大弯矩MA1=-19.17 kN·m
1)悬挑梁受力计算:①抗弯强度验算:σ=136 MPa<215 MPa,满足要求;②整体稳定性验算:σ=146.3 MPa<215 MPa,满足要求;③挠度验算:最大挠度Vmax=9.5 mm<2 800/250=11 mm,满足要求。
2)锚固段与楼板连接的计算:本例中悬挑钢梁与楼板压点采用螺栓,作用于楼板螺栓的轴向拉力N=9.58 kN,楼板螺栓直径d=20 mm,楼板内的螺栓锚固边长b=5d=100 mm。①依据螺栓粘结力锚固强度计算公式h≥N/πd[fb],楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度h要大于9 580/(3.14×20×1.5)=102 mm;②混凝土局部承压计算公式为N≤(b2-πd2/4)fcc,则楼板螺栓所能承受的最大轴向拉力为131.6 kN>N=9.58 kN,楼板混凝土局部承压满足要求。
3)钢丝绳受力计算
钢丝绳与悬挑梁的夹角=arctg (2.9/1.3)=65.9°;
则钢丝绳拉力T=Rc/sin=7.56 kN。
拟选用6×1916的钢丝绳,依据《一般用途钢丝绳》(GB/T 20118-2006),其公称抗拉强度为1 570 MPa,破断拉力总和经查力学性能表为Fg=142 kN,其换算系数a=0.85,钢丝绳法定安全系数[K]=10。
则钢丝绳允许拉力:[Fg]=aFG/[K]=0.85×142/10=12.07 kN>T=7.56 kN,满足要求。
钢丝绳采用型M20花篮螺丝作为连接和预拉紧装置,钢丝绳夹不得少于3组,间距为6～8倍的钢丝绳直径。
4 结语
目前,随着高层建筑的快速发展,施工过程中安全事故的发生不断增加,很多现场施工技术人员在做施工方案时没有完全依据相应的规范进行,而是为了方便起见,仅凭自己的经验行事,没有进行相关的设计计算,从而很多情况下并不能满足安全操作的要求,导致了事故的发生。本文主要介绍了悬挑脚手架转角处的挑梁布置及设计,希望能给施工技术人员做参考,尽量减少施工现场安全事故的发生。
参考文献
[1]于存海,贾立明.工字钢悬挑外脚手架的施工应用[J].建筑技术,2001(3)
[2]韩宝林,程军波,叶放.悬挑脚手架搭设安全施工技术[J].山西建筑,2009(12)
[3]朱伟泉,李一波,蒲梦江.悬挑脚手架在高层建筑上部结构施工中的应用[J].建筑施工,2007(6)
[4]贾文彬,牛文刚,张林.悬挑外脚手架设计与施工[J].施工技术,2007(7)
[5]胡兆文,王宝雨,唐恚勃.悬挑脚手架特殊部位挑梁设计与施工[J].施工技术,2007(12)
挑梁布置 篇2
1 工艺原理
悬挑脚手架转角处悬挑钢梁布置依据建筑外形及施工荷载进行设计计算, 加设纵向钢梁与结构锚固的悬挑钢梁由钢丝绳交叉绑扎, 也可采用焊接连接的方法, 防止钢梁的滑移, 为转角处脚手架立杆提供可靠的基础支撑, 利用塔吊配合就位安装 (见图1) 。
在悬挑梁上通过加设型钢纵梁来解决转角处内外立杆的搭设问题有一定的优势, 首先, 不会破坏角柱结构, 影响钢筋的受力, 从而保证了结构的整体性;其次, 减少外墙渗漏隐患, 如果结构角柱处留置悬挑钢梁预留洞口在后期封堵不到位会形成外墙渗漏的隐患点;最后, 安全性能较好, 如果采用角部斜设悬挑钢梁会导致脚手架转角处立杆悬空现象, 同时可以避免转角部位悬挑钢梁端部出现交叉而不能满足锚固长度不足的问题。
2 设计计算内容
悬挑脚手架转角部位挑梁的设计计算内容包括:悬挑型钢的强度、挠度计算和整体稳定性验算;型钢纵梁等受弯构件的强度及稳定计算;悬挑梁锚固件及其锚固连接的强度计算。
进行设计计算时首先根据建筑物立面、平面布置确定悬挑脚手架挑梁的悬挑高度及平面布置情况;其次, 对于悬挑脚手架的转角部位挑梁布置进行优化, 避免个别挑梁受力过大及悬挑过长造成截面规格偏差较大、支座锚固困难;再次, 悬挑脚手架转角部位的挑梁结构进行合理布置后, 应根据脚手架的搭设尺寸、施工层布置确定悬挑脚手架底部节点恒荷载、活荷载及风荷载;最后, 在以上工作的基础上初步选择挑梁型钢, 进行强度、挠度及稳定性计算, 判断计算结果是否满足相关规范要求, 对于不符合要求的需增大挑梁截面后重新验算直至符合要求。
3 施工操作要点
⑴预埋锚环。在需待安装悬挑架楼板砼浇筑前, 在计算好悬挑钢梁位置处, 距悬挑钢梁端部200mm处放置第一道U环, 第二道U环距第一道200mm, 如果悬挑钢梁未穿过结构柱, 则需在距结构边缘200mm处的梁上设置第三道U环。U环采用直径16mm一级圆钢, 下料长度为110mm+2倍高度, 底部宽度110mm, 高度为 (板厚+工字钢高度160mm+套丝长度80mm) , U环上端套丝, 套丝长度80mm。板底筋位置处焊接两根长1.5m直径为18mm的HRB335钢筋与锚环固定, 锚环底部与楼板底部钢筋焊接牢固。
⑵悬挑钢梁布置。悬挑钢梁采用16#工字钢, 锚固段长度不得小于悬挑长度的1.25倍, 具体长度根据实际工况确定。楼板混凝土浇筑完2~3天, 待混凝土达到一定强度, 预埋环有一定的锚固力后, 将计算加工好的16#工字钢穿在预埋环内 (穿过预埋环的端头长度不小于200㎜) 。当工字钢按所需的位置校正安装好, 在钢梁上端放置63mm×63mm×6mm的角钢压板, 长度200mm, 在居中各55mm左右钻直径16mm孔, 安装钢梁时, 在压板上设置垫片, 然后采用双螺帽螺栓将将角钢与锚环端头拧紧固定, 在锚内钢梁腹板两侧用大木头楔子楔牢, 确保其不发生位移和摆动。
⑶设置斜拉钢丝绳。悬挑钢梁安装前, 在工字钢上预焊φ20的拉环, 在上层结构墙柱施工时, 同样预埋φ20的拉环, 其锚固长度根据《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》 (11G101-1) 中规定的受拉钢筋抗震锚固长度取得。待混凝土浇筑完毕, 拆模具有一定强度后, 依据《一般用途钢丝绳》 (GB/T20118-2006) , 采用相应型号的钢丝绳, 两端固定在挑梁和墙柱的锚环上, 其上采用型M20花篮螺丝作为连接和预拉紧装置, 钢丝绳夹不得少于3组, 间距为6-8倍的钢丝绳直径, 进行斜拉以减小悬挑端的受力, 钢丝绳与悬挑梁的夹角应≥45°。
⑷加设纵向钢梁就位固定。加设的纵向钢梁采用16#工字钢, 施工时用塔吊将钢梁吊到结构转角部位就位, 由专业架子工将钢梁按垂直方向放置在挑梁上, 将交接部位用钢丝绳交叉绑扎, 或采用焊接连接的方法, 防止钢梁滑动。纵向钢梁距悬挑钢梁端部距离不得小于100mm, 外露在挑梁外端长度不小于1m。内外钢梁间距为经受力验算的架体立杆横向间距, 并保证两根钢梁平行。
总之, 在悬挑梁上加设型钢纵梁较好的解决了建筑结构转角处内外立杆的搭设问题, 不会因型钢穿过角柱而破坏结构的整体性, 同时也避免了后期对角柱的补强处理和此部位的外墙渗水隐患, 节约成本。在挑梁的设计计算与布置过程中, 一定要依据相应的设计规范进行, 从而保证脚手架施工的安全操作。
参考文献
[1]宗廷博, 董芳菲.高层建筑悬挑脚手架转角部位挑梁布置与设计[J].建筑技术开发, 2013, 7.
[2]张国锋, 刘凯.高层建筑施工悬挑脚手架的应用计算[J].科技信息, 2008 (22) .
砌体结构中挑梁设计探讨 篇3
经调查我国的村镇中的民宅, 大多采用砌体结构。砌体结构中几乎一半以上均具有悬挑梁, 作为走廊和雨篷和挑檐等用途。悬挑构件一般均采用钢筋混凝土, 悬挑伸长度大多在1.2m以内。悬挑梁断面尺寸一般为宽240mm左右, 高为300mm ~ 450mm, 且多为变截面梁根部截面高度大, 端部截面高度小;对于悬挑梁承受荷载, 一般均为板传来的荷载 (板的恒载:自重, 板的活载:楼面活荷载) ;在村镇中常见屋盖与其下的墙体的连接处设置钢筋混凝土挑梁, 使屋盖挑出。梁底的承重砖墙常常由于局部受压导致承载力不足, 产生局部压碎等。个别挑梁由于设计和施工及材料的缺陷, 在抗倾覆和抗震方面达不到现行规范的要求, 影响房屋的安全性, 地震时很可能产生倒塌破坏。
2 钢筋混凝土挑梁设计
钢筋混凝土挑梁在设计时应满足抗倾覆、抗弯、抗剪承载力要求, 以及正常使用极限状态要求同时挑梁下砌体还应满足局压承载力要求。
2.1对于承载能力极限状态设计
1) 抗倾覆承载力设计[1]:
上式中Mov为挑梁的荷载设计值对计算倾覆点产生的倾覆力矩, Mr为挑梁的抗倾覆力矩设计值;
2) 抗弯、抗剪承载力设计:
上式中Mmax为挑梁的最大弯矩设计值;Vmax为挑梁的最大剪力设计值;V0为挑梁的荷载设计值在挑梁墙体外边缘截面产生的剪力;Mu为挑梁的抗弯承载力设计值, 按现行混凝土结构设计规范计算;Vu为挑梁的抗剪承载力设计值, 按现行混凝土结构设计规范计算;
3) 挑梁下砌体局部受压承载力验算:
上式中Nl为挑梁下的支承压力, 可取Nl=2R , R为挑梁的倾覆荷载设计值;η为梁端底面压应力图形的完整系数, 可取0.7;γ为砌体局部抗压强度提高系数;Al为挑梁下砌体局部受压面积, 可取, b为挑梁的截面宽度, hb为挑梁的截面高度。
2.2 对于正常使用极限状态设计
通常情况下挑梁应满足裂缝宽度和挠度要求。
1) 裂缝宽度可按下式验算
上式中σsq为指按荷载准永久组合下, 计算的混凝土构件裂缝截面处纵向受拉钢筋的应力;cs为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离 (mm) , 当cs小于20时, 取cs为20;当cs大于65时, 取cs为65;ρte为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率;在最大裂缝宽度计算中, 当ρte小于0.01时, 取ρte为0.01;dep为受拉区纵向钢筋的等效直径 (mm) ;αcr为构件受力特征系数;ωlim为最大裂缝宽度限值, 对于一般室外环境取0.2mm。
2) 挑梁挠度验算
上式中C为与荷载形式、支撑条件有关的系数, 例如, 承受均布荷载的简支梁; l为梁的计算跨度; B为梁的截面抗弯刚度, 其物理意义就是欲使截面产生单位转角所需施加的弯矩;flim为挠度限值, 按现行混凝土结构设计规范计算。
除了上述要求, 挑梁还应满足现行《砌体结构设计规范》GB50003-2011 中有关挑梁的构造要求。
另外, 当建筑位于9 度和9 度以上的抗震设防区时[2], 1.5m以上的悬挑阳台和走廊应考虑竖向地震作用;8度时, 2m以上的悬挑阳台和走廊应考虑竖向地震作用。
3 结语
砌体结构是当前我国广大城镇和农村地区采用的最多的结构形式, 钢筋混凝土挑梁在砌体结构中应用非常普遍, 由于村镇建筑在施工时很多都采用小的施工队, 施工技术差, 大多没有施工图, 而是凭经验施工, 所以房屋质量不能得到保障。特别是对挑梁等悬挑构件[3], 一旦出现倾覆破坏则后果严重。所以在设计过程中应留有足够的安全储备, 满足其承载力要求和正常使用要求, 保证砌体结构中挑梁的安全性、适用性和耐久性。
参考文献
[1]GB50003-2011, 砌体结构设计规范[S].中国建筑工业出版社, 2012.
[2]GB50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].中国建筑工业出版社, 2010.