碗扣式脚手架设计方法
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碗扣式脚手架的使用和设计
中铁五局集团公司经营开发部肖炳忠
内容提要:
本文介绍碗扣式钢管脚手架的构造和技术要求、技术参数,设计要求和简化设计计算。
碗扣式脚手架具有接头构造合理、力学性能好、工作安全可靠;多种功能;构件轻、装拆方便,作业强度低以及零部件的损耗率低等显著优点,同时能使用现有钢管脚手架进行改制。
1、碗扣接头构造及其技术性能
碗扣接头是该脚手架系统的核心部件,它由上、下碗扣、横杆接头和上碗扣的限位销等组成。
上下碗扣和限位销按60cm间距设置在钢管立杆之上,其中下碗扣和限位销则直接焊在立杆上。
将上下碗扣的缺口对准限位销后,即可将上碗扣向上抬起(沿力杆向上滑动),把横杆接头插入下碗扣圆槽内,随后将上碗扣沿限位销滑下并顺时针旋转以扣紧横杆接头(可使用锤子敲击几下即可达到扣紧要求)。
碗扣式接头的拼接完全避免了螺栓作业。
碗扣接头可同时连接4根横杆,可以相互垂直或偏转一定角度。
碗扣接头具有很好的力学性能。
下碗扣轴向抗剪的极限强度为166.7KN,上碗扣偏心张拉的极限强度为42KN;横杆接头的抗弯能力,在悬臂端集中荷载作用下为2KNm,在跨中集中荷载作用下为6~9KNm。
碗扣接头加工方便;上碗扣精铸,下碗扣冲压,横杆接头模锻或精铸,一般均不必进行二次加工。
2、构配件的种类及用途
1)主构配件
(1)立杆有两种规格,以便于错开接头位置。
(2)顶杆支撑架的顶部立杆,其上可装设承座或托座,也有两种规格。
(3)横杆架子的水平承力杆,有5种规格。
(4)斜杆用作架子的斜向拉压杆。
有4种规格,分别用于1.2×1.2m,1.2×1.8m,1.8×1.8m,1.8×2.4m网格。
(5)支座用以支垫立杆底座或作为支撑架顶撑的支垫。
有垫座和可调座两种形式。
2)辅助构配件
按其用途可分为5类。
第一类辅助构配件——用于作业面,有5种:
(1)搭边横杆;
(2)间横杆;
(3)搭边间横杆;
(4)挑梁;
(5)搭边挑梁;
桥梁工程可不用这5种第一类辅助构配件。
第二类辅助构配件——用于整体连接,有3种:
(6)立杆连接销:用于立杆的接长销定,有自定位销定卡口,这是该脚手架系统中唯一的一种单件的连接零件。
(7)连墙撑:桥梁工程可不用。
(8)直角撑:桥梁工程可不用。
第三类辅助构配件——脚手板和梯步,有3种:
(9)脚手板;
(10)斜脚手板;
(11)踏步梯和爬梯;
桥梁工程可不用这3种第三类辅助构配件。
第四类辅助构配件——其它脚手架专用件,有3种;
(12)爬升挑梁:脚手架底角的悬臂支撑,用来构成挑脚手架,只有0.9m一种架宽规格;
(13)安全网支撑架:用以挑挂安全网;
(14)提升滑轮:可直接安装在宽挑梁上,用来提升小件物料。
第五类辅助构配件——用于模板支撑架,有5种;
(15)支撑柱垫座;
(16)支撑柱可调座;
(17)支撑柱转角座;
(18)托座:装设于顶杆之上,长度有固定和可调两种;
(19)横托座:连接在碗扣接头上,以对支撑架进行横向限位或用其支顶壁侧模板。
碗扣式脚手架的主构配件的规格尺寸
3、使用注意事项
1)对地基的要求
基底必须严格夯实抄平。
当基底处于较深的填土层之上或架子较高时,应加做厚度不小于400mm的灰土层或厚度不小于200mm的钢筋混凝土基础梁,其上再加设垫板或垫木。
地面不平时,亦可用可调支座调整。
当立杆基底间的高差大于60cm时,则可用立杆错节来调整。
立杆底座可用大钉把牢在垫木(板)上。
2)立杆的接长缝应错开,即第一层立杆应用长1.8m和3.0m的立杆错开布置,往上则均采用3.0m的立杆,至顶层再用两种长度的立杆找平。
立杆的垂直度应严格加以控制:30m以下架子按1/200控制;30m以上架子按
1/400~1/66控制,且全高的垂直偏差应不大于10cm。
脚手架拼装到3~5层高时,应用经纬仪检查横杆的水平度和立杆的垂直度。
并在无荷载情况下逐个地检查立杆底座有否松动或空浮情况,并及时旋紧可调座和薄钢板调整垫实。
3)斜撑的网格应与架子的尺寸相适应。
斜撑杆为拉压杆,布置方向可任意。
一般情况下斜撑应尽量与脚手架的节点相连,但亦可以错节布置。
斜撑杆的布置密度,当脚手架高度低于30m时,为整架面积的1/2~1/4;架高度大于30m时,为整架面积的1/2~1/4;斜撑杆必须对称布置,且应分布均匀。
斜撑杆对于加强脚手架的整体刚度和承载能力的关系很大,应按规定要求设置,不应随意拆除。
4)在作业层的外侧和斜道、踏步梯的两侧应设置护栏,以确保安全。
碗扣式脚手架的辅助构配件的规格尺寸
4、设计计算
1)模板支架上的荷载考虑混凝土、钢筋及模板等恒载及施工荷载,设计荷载按(恒载+活载)。
恒载包括脚手架自重。
2)单件承载力
Q235钢,容许应力法〔σ〕=σs/1.41=235/1.41=170MPa
K——为考虑管子平直度、锈蚀程度等因素的附加系数,K=2
计算长度约为0.77h(h为步距),设计计算取l0=1.0h。
5、安全系数计算
碗扣式钢管脚手架在安装时,由于安装偏差,立杆产生初始偏心;在施工时,由于局部
超载,以及错误的拆除局部拉杆及支撑,由此使立杆的设计荷载降低,并且这些因素,随安装高度增高,出现的概率越大。
因此,在确定安全系数时,必须考虑安装高度的影响。
安全系数K按下式计算:
K=1+h/a
式中h——脚手架的最大安装高度(m);
a——常数,取值为200。