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悬挑脚手架工程施工安全专项方案

文章出处:未知 人气:发表时间:2018-03-17 10:36
    随着城市建设的日益发展及建设用地的日益减少,房屋建设中高层建筑的建设比例越来越高,作为主要施工手段的悬挑脚手架搭设越来越多,随之带来的安全问题不断出现。为加强安全施工管理, 减少悬挑脚手架施工中的不安全因素,最大程度地减少人身伤亡及财产损失,国家、部委及地方相继出台了与之相关的规范或管理办法。
    为在悬挑脚手架施工安全监督工作中做到“有据可依”,2009年4月深圳市龙岗区出台了《龙岗区建筑施工悬挑脚手架安全技术管理规定》及“实施悬挑脚手架安全施工专项施工方案备案的通知”。文件要求, 施工单位在悬挑脚手架工程施工前,必须完成《悬挑脚手架安全专项施工方案》(以下简称为专项方案)的编制、论证及审批程序,并在施工前将该方案报龙岗区施工安全监督站备案,备案通过后,方可施工。结合备案监督工作谈以下几点体会及需要注意的问题。
一、发现存在的主要问题如下
    1. 施工单位方案编制人员技术力量较弱,或施工单位不够重视,主要体现在专项方案的内容不规范、不齐全,拼凑、抄袭、章节混乱、数据错误等情形经常出现,施工单位把方案编制作为应付检查或视为健全安全管理档案而做的一个形式上的工作,方案本身对现场作业无指导作用。
    2. 在专家论证时,所聘请的专家不属于相关文件中规定的专家库成员,专家身份不符合相关要求。
    3. 方案缺少必要的内容。方案未提供悬挑脚手架搭设的平、立、剖面图纸,仅文字叙述无法确定方案实施的唯一性和确定性,不论是指导施工,还是监督检查,无从下手。
    4. 剪刀撑布置不完整。对于悬挑脚手架,纵向剪刀撑应是沿长度及高度连续满设,与所搭设高度无关。
    5. 架体与主体间的拉结方案、节点措施不合理,计算不符合规范要求。如:有的没有明确要求连墙杆的设置或设置数量不够,连墙杆的抗拉计算中没有考虑扣件抗滑移承载力;有的采用焊接钢筋或绑扎铁丝方式,无法实现规范要求的能够具有“拉撑”能力的“刚性连接”。
    6. 荷载及各计算参数取值不正确。荷载取值偏小,参数取值未考虑最不利状况。
    7. 方案编制人员对型钢脚手架受力设计计算缺乏经验,过分依赖计算软件,对计算中的错误不能辨别,造成构件设置不合理,存在隐患。
    8. 悬挑钢梁的固定段长度不符合规范(固定段长度不应小于悬挑段长度的1.25倍)的要求及锚固措施不当。
    9. 对悬挑型钢的选材不符合相关要求,未按规范要求采用双轴对称截面的型钢,如采用槽钢作为悬挑型钢。
    10. 构件计算中没有计算简图或简图错误。计算中仍然考虑钢丝绳作用,将其与钢梁的连接处作为悬挑型钢梁的一个不动铰; 或仅靠设置间距3~4跨的斜拉钢丝绳实现所谓的“卸荷”并落实到专项方案的计算中。
    11. 没有对型钢挑梁下建筑结构(尤其是悬挑混凝土构件)的承载能力进行核算。以作用于悬挑阳台上的型钢挑梁为例:悬挑型钢传递(增加)给混凝土边梁的点荷载折算成线荷载应该是该混凝土梁允许设计活荷载的6~8倍,甚至更大。故如未完成核算并采取相应加强措施,隐患是极大的。
    12. 方案中仅对标准处的型钢挑梁进行计算,而未对受力较不利部位的转角、外墙凹入等悬挑长度较大或作用的荷载较大的型钢挑梁进行复核计算。
    13. 建筑转角处的悬挑型钢梁设置不合理。以下图1~图3为经常出现的不合理的设置情形, 建议尽量按图4进行搭设, 实现每根外侧立杆下均设有一根型钢挑梁,使挑梁承受外力较小,荷载传递路径简单、明确。
图1 转角处悬挑型钢布置
    图1 转角处悬挑型钢布置
图2 转角处悬挑型钢布置
    图2 转角处悬挑型钢布置
图3 转角处悬挑型钢布置
    图3 转角处悬挑型钢布置
图4 转角处悬挑型钢布置
    图4 转角处悬挑型钢布置
    脚手架与模架安全跨的斜拉钢丝绳实现所谓的“卸荷”并落实到专项方案的计算中。
    11. 没有对型钢挑梁下建筑结构(尤其是悬挑混凝土构件)的承载能力进行核算。以作用于悬挑阳台上的型钢挑梁为例:悬挑型钢传递(增加)给混凝土边梁的点荷载折算成线荷载应该是该混凝土梁允许设计活荷载的6~8倍,甚至更大。故如未完成核算并采取相应加强措施,隐患是极大的。
    12. 方案中仅对标准处的型钢挑梁进行计算,而未对受力较不利部位的转角、外墙凹入等悬挑长度较大或作用的荷载较大的型钢挑梁进行复核计算。
    13. 建筑转角处的悬挑型钢梁设置不合理。以下图1~图3为经常出现的不合理的设置情形, 建议尽量按图4进行搭设, 实现每根外侧立杆下均设有一根型钢挑梁,使挑梁承受外力较小,荷载传递路径简单、明确。
二、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)(以下简称规范), 增加并明确了对悬挑脚手架的要求
    1. 按规范5.6.1条要求:当采用型钢悬挑梁作为脚手架的支撑结构时,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的验算。
    2. 按规范5.6.3条要求:型钢悬挑梁的抗弯强度应按下式计算:
    σ=Mmax /Wn≤f。
    Mmax—型钢悬挑梁计算截面最大弯矩设计值。
    Wn—型钢悬挑梁的净截面模量。
    f —钢材的抗弯强度设计值。
    3. 按规范5.6.4条要求:型钢悬挑梁的整体稳定性应按下式计算:
    σ=Mmax /(φb·W)≤f。
    φb—型钢悬挑梁的整体稳定性系数。
    W—型钢悬挑梁的毛截面模量。
    4. 按规范6.10.1条要求: 一次悬挑脚手架高度不宜超过20m(我区管理规定要求不应超过24m)。
    5. 按规范6.10.2条要求: 型钢悬挑梁宜采用双轴对称的型钢。悬挑钢梁型号及锚固件应按计算确定,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楼板结构上。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。
    6. 按规范6.10.3条要求: 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采用钢楔或硬木楔楔紧。
    7. 按规范6.10.4条要求: 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拉紧。钢丝绳、钢拉杆不参与悬挑梁受力计算;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。
    8. 按规范6.10.5条要求: 悬挑钢梁悬挑长度应按设计确定, 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个及以上的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。
    9. 按规范6.10.7要求: 型钢悬挑梁悬挑端应设置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。
    10. 按规范6.10.9要求:悬挑梁间距应按悬挑梁架体立杆纵距设置,每一纵距设置一根。
    11. 按规范6.10.10要求: 悬挑架的外立面剪刀撑应自下而上连续设置。横向斜撑设置应符合第6.6.5条:开口型双排脚手架的两端均必须设置横向斜撑(根据我区管理规定,中间每隔6跨设置一道)。
三、算例参考
    算例:某悬挑脚手架工程,采用准48×3.5钢管及扣件,搭设高度24m(此仅是一算例,实际工作中应严格按JGJ130-2011的规定,一次悬挑高度不大于20m———编者),立杆横向间距1.0m,纵向间距1.5m,步距1.8m,按规范要求设置纵向、横向剪刀撑,连墙杆按每层2跨(3×2×1.5m)设置,内侧立杆距板边300mm,两层满铺脚手板(钢筋网片)。悬挑型钢采用普通热轧18。对其各构件进行强度及挠度计算。局部平面布置图(如图5):
    1. 小横杆
    (1)荷载计算:
    钢管自重p1=0.0384kN/m。
    脚手板自重p2=0.5×0.3=0.15kN/m。
    活荷载标准值p3=0.5×3=1.5kN/m。
    荷载设计值:p=1.2×(0.0384+0.15)+1.4×1.5=2.32kN/m。
    (2)内力计算、计算简图(如图6):
    M=0.125 ×2.32 ×1 ×1 -0.5 ×2.32 ×0.3 ×0.3 ×0.5 =0.24kN·m。
    查表:钢管的弯矩抵抗矩W=5080。
    σ=M/W=240000/5080=47.2<f=205 (N/mm2)满足强度要求。
    (3)抗剪及挠度计算略。
    2. 大横杆
    (1)荷载计算:小横杆作用于大横杆上,悬挑端支座反力较大:
    R1=2.32×1.3×0.65/1=1.96kN其计算简图(如图7):(内侧)。
    R2=2.32×1.3-1.96=1.06kN(外侧)。
    (2)内力及强度计算
    查表:Mmax=0.267×1.96×1.5=0.79kN·m。
    σ=Mmax /W=790000/5080=155.5<f=205(N/mm2)。
    满足强度要求(根据5.2.1)。
    (3)抗剪及挠度计算略。
    3. 扣件的抗滑移计算
    根据大横杆的计算简图,其最大支座反力:
    R=(1.267+2)×1.96=6.4kN<8kN满足单扣件要求。
4. 脚手架立杆
    (1)荷载统计
    立杆自重0.1295kN/m,24m高总重p1=0.1295×24=3.1kN。
    脚手板P2=6.4×2=12.8kN(内侧设计值)。
    P2=(1.267+2)×1.06×2=6.9kN(外侧设计值)。
    外侧栏板与挡脚板自重:按0.14kN/m计算,两层。
    P3=0.14×1.5×2=0.42kN。
    外侧吊挂安全网:按0.005kN/m2计算。
    P4=0.005×1.5×24=0.18kN。
    经计算:不考虑风荷载作用下内、外侧立杆内力设计值如下:
    N内=3.1×1.2+12.8=16.4kN。
    N外=(3.1+0.42+0.18)×1.2+6.9=11.3kN。
    (2)立杆的稳定计算:
    根据规范5.2.6:不组合风荷载时:N/φA≤f。
    φ 为轴心受压构件的稳定系数,应根据长细比λ由规范附录A表A.0.6取值;λ为长细比λ=l0/i。
    根据规范5.2.8:l0=kμh,其中k=1.155,μ=1.5(查表5.2.8),h=1800mm。
    l0=1.155×1.5×1800=3119mm,i=15.9mm。
    λ=3119/15.9=196。
    查规范附录A.0.6 φ=0.188。
    查规范附录B.0.1 A=506mm2。
    N/φA =16.4 ×1000/(0.188 ×506) =172.4 <f =205。
    (N/mm2)满足强度要求。
    (3)连墙杆的计算:(钢管扣件)
    根据规范5.2.15: Nl≤Rc,Rc:单扣件抗滑移承载力设计值8.0kN;
    根据规范5.2.12: Ni=Nlw+N0,N0: 连墙杆约束脚手架平面外变形所产生的轴向力, 双排架为3kN;
    根据规范5.2.13: Nlw=1.4·ωk·Aw,Aw:单个连墙件所覆盖的脚手架外侧面的迎风面积。本例为3×2×1.5=9.0m2。
    ωk:风荷载标准值。
    根据规范4.2.5: ωk=μz·μs·ω0。
    μz:风压高度变化系数,根据现国家规范《建筑结构荷载规范》(GB50009)规定采用,本工程按C类房屋,建筑高度100m,查该规范表7.2.1,μz=1.7。
    μs:脚手架风荷载体形系数,按本规范4.2.6规定采用,“背靠建筑物的状况”应按“敞开、框架和开洞墙”,“脚手架状况”应“全封闭、半封闭”故μs=1.3φ(挡风系数)=1.2An/Aw,An:挡风面积,Aw:迎风面积。
    根据4.2.5 密目式安全网全封闭脚手架挡风系数φ 不宜低于0.8, 结合《建筑结构荷载规范》GB50009第7.3.1条第33项,确定φ=1.0,内插取中间值φ=0.9,故μs=1.3×0.9=1.17。
    ω0为重现期n=10对应的风压值, 深圳地区为0.45kN/m2。
    ωk=1.7×1.17×0.45=0.9kN/m2。
    Nlw=1.4·ωk·Aw=1.4×0.9×9=11.34kN。
    Nl=Nlw+N0=11.34+3=14.34kN>Rc(8kN)。
    不能满足单扣件抗滑移承载力要求,应采双扣件(根据条文说明)。
    强度折减系数按0.9,Rc =8 ×2 ×0.9 =14.4kN >14.34kN。
    勉强可满足要求(工程中应根据实际工程条件严格控制布置间距与构造措施)。
5. 悬挑钢梁的计算
    (1)强度:采用普通热轧18,悬挑长度1.3m,锚固长度2m, 其截面弯矩抵抗矩W=185000mm3;I=166×105mm4;E=2.06×104N/mm2; 其计算简图(如图8):
图8 悬挑梁计算简图
    图8 悬挑梁计算简图
    Mmax =11.3 ×1.3 +16.4 ×0.3 +0.5 ×0.24 ×1.3 ×1.3 =14.7+4.9+0.2=19.8kN·m。
    σ=M/(φ·W)其中φb为整体稳定系数,查表为0.95故:
    σ=198×105/(0.95×185000)=113<215满足要求(根据5.6.4条)。
    (2)挠度
    根据悬挑结构挠度计算公式:v= Pa23EI(L+a),忽略自重影响,代入数字:
    v=2.46mm<[v]= 2×a400=6.5mm,满足要求。
6. 锚固拉环计算:
    根据挑梁计算简图,后点支座拉力。
    R=(11.3×1.3+16.4×0.3+0.5×0.24×1.3×1.3-0.5×0.24×2×2)/2=9.7kN。
    Nm=9700N/2=4850N采用16钢筋,Al=201mm2。
    根据规范5.6.6 条:σ=Nm /Al =4850/201 =24.1 <50N/mm2。
    满足强度要求。
四、小结
    专项方案备案监督的实施,不仅在工作程序上实现对“专项方案”的监管,同时对方案的关键内容是否符合相关规范进行复核,保证该“专项方案”的正确性及可操作性,从而实现以正确的“专项方案”指导现场施工,从源头上实现对悬挑脚手架工程的有效控制,减少施工安全隐患,使得对工程实施过程的安全监督就变得得心应手。
    实施备案监督3年多来, 我区未发生一起因悬挑脚手架问题引发的施工安全事故,安全监督效果良好。

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