装卸式钢板型钢夹具的设计与计算

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【摘要】：结合工程实例，对装卸式钢板型钢夹具进行了设计与计算，为悬挑脚手架型钢梁的锚固提供借鉴。

【关键词】：装卸式钢板型钢夹具型钢梁锚固悬挑脚手架

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

目前，悬挑型钢扣件式钢管脚手架在高层建筑施工中广泛应用，此类型脚手架的搭设一般采用型钢搁置在楼层上进行悬挑。型钢梁与主体混凝土结构一般采用预埋压环钢筋、几型锚固螺栓和U型锚固螺栓的方法（见图1）。在品茗安全计算软件中主要介绍了以上三种锚固方法的设计计算。以上三种锚固方式的优点是制作简单，造价低。缺点是此类锚固方式的夹具材料利用率低，只能在一个工程中使用。基于此考虑，我们对型钢梁与混凝土结构的锚固采取优化处理，采用装卸式钢板型钢夹具的锚固方法，预先将钢板与螺杆满焊连接，底部铁板在模板面固定，在螺杆上加PVC套管方便以后拆除。这种做法的优点是通过PVC套管将螺杆与混凝土隔离，使之不产生粘接作用，在型钢梁拆除后，可将底部铁板与螺杆整体拆除，下一个工程中可再次使用此夹具，加大了材料的周转利用。本文结合工程实例，介绍该装卸式钢板夹具型钢梁锚固的设计与计算，供类似工程参考。

图1 预埋压环钢筋、几型锚固螺栓、U型锚固螺栓示意图

1、工程概况

大丰港国际商务中心工程地下1层，地上16层，楼层高度2.9m，剪力墙结构，建筑总高52.85m。楼面结构砼强度C30，楼板厚度120mm。在5层开始搭设悬挑脚手架，分两段悬挑：①从5楼楼面至11楼顶，搭设高度19.84m；②从12楼楼面至屋面搭设高度16.79m。其中，搭设高度最大的是第①段，考虑到受力面越高，风荷载越大，因此②段悬挑架受力为最不利状态，所以将第②段悬挑架作为荷载验算依据，计算高度取19.84m。

经过品茗安全软件验算，悬挑架的立杆纵距1.5m，立杆的横距为1.05m，立杆步距1.8m，高度40m以下连墙件采用二步三跨，当高度超过40m时，连墙体采用二步二跨。主楼悬挑脚手架采用相同型号尺寸的16#工字钢作水平挑梁，搭设脚手架钢管采用Φ48 × 2.8。型钢梁与主体混凝土结构采用装卸式钢板型钢夹具锚固。

2、装卸式钢板型钢夹具的设计

工字钢悬挑梁固定采用装卸式钢板型钢夹具。预先制作长200mm、宽100mm、厚度10mm的铁板。螺杆采用Φ18的圆钢，长400mm，头部加工100mm丝头。将底部铁板与固定螺杆焊牢、采用满焊连接，焊脚尺寸10mm。在楼层板结构模板搭设完成后，将铁板在模板面固定，并在螺杆上加直径20的防护PVC套管，以便悬挑脚手架拆除时型钢梁夹具的拆除。采用2个4.6级直径27普通螺栓将型钢夹具固定。具体做法见图2。

图2装卸式钢板型钢夹具示意图

3、装卸式钢板型钢夹具的计算

本文主要讨论装卸式钢板型钢夹具的设计与计算，悬挑脚手架钢管Φ48 × 2.8及16#工字钢的强度、稳定性等验算在本文中不做说明。立杆传递给型钢梁的集中荷载N及型钢夹具计算中所涉及荷载通过品茗安全软件直接计算求得。

3.1型钢梁受力分析

通过对悬挑脚手架型钢梁受力分析求出型钢梁锚固点所受支座反力，此支座反力即为装卸式钢板夹具所受的轴向拉力。

悬挑脚手架型钢梁按照带悬臂的单跨梁计算 。

悬出端C受脚手架荷载N的作用，里端B为与楼板的锚固点，A为墙支点。

悬臂单跨梁计算简图见图3，

图3悬臂单跨梁计算简图

支座反力计算公式

其中，，。

本方案算例中，m =1.4 m，l=2.1 m，m1=0.25 m，m2=1.3 m，

水平支撑梁的截面惯性矩I=1130 cm4，截面模量(抵抗矩) W=141 cm3，

受脚手架作用集中强度计算荷载（为静荷载标准值、活荷载标准值由品茗软件计算得），

正常使用极限状态，荷载标准组合，

水平钢梁自重强度计算荷载 ，

，，，

代入公式，经过计算得到

支座反力

支座反力。

3.2装卸式钢板型钢夹具的计算

装卸式钢板型钢夹具的计算需进行螺栓承载力验算、螺杆的强度验算及螺杆与铁板角焊缝的强度验算。

3.2.1螺栓强度的验算

螺栓沿螺杆方向受拉，单个螺栓的抗拉承载力设计值为：

式中 、——螺栓螺纹处的有效截面面积和有效直径。查《钢结构原理与设计》（武汉理工大学出版社）附表14，。

——螺栓的抗拉强度值，查《钢结构设计规范》（GB50017-2003）表3.4.1-4，2。

代入数据求得，

单个螺栓所受的拉力值 N=/2=9.099/2KN=4.5495KN

3.2.2螺杆强度验算

螺杆采用Φ18，查《钢结构设计规范》（GB50017-2003）表3.4.1-1，螺杆抗拉强度设计值2。

螺杆受螺栓传递的拉力作用，

螺杆所承受的拉应力值，满足要求。

3.2.3 螺杆与铁板角焊缝强度验算

角焊缝最小焊脚尺寸，

角焊缝最大焊脚尺寸。

取。

假定角焊缝破坏面均位于45°喉部截面，

焊缝宽度。

螺杆轴力引起的垂直于焊缝长度方向按焊缝有效截面计算的应力为，

2。

垂直于焊缝有效截面的正应力和垂直于焊缝长度方向的剪应力为，

，。

在和共同作用下，按强度理论的折算应力公式，其不破坏的强度条件为，，满足要求。

施工注意事项

(1)装卸式钢板型钢夹具在模板上的固定位置必须准确、到位。

(2)装卸式钢板型钢夹具必须按示意图的要求进行制作，焊接材料、焊缝外观质量和焊脚尺寸必须符合《建筑钢结构焊接技术规程》的有关要求。

5、结语

随着时代的发展，悬挑脚手架在高层建筑中广泛使用。预埋压环钢筋及U型螺栓的材料投入量大，使施工成本加大。装卸式型钢钢板夹具为悬挑脚手架型钢梁锚固的一种新型锚固方式，此技术极大地提高了材料的周转使用，拆装方便，从而节约成本。

参考文献

[1]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）

[2]《钢结构设计规范》（GB50017-2011）

[3] 刘声扬、王汝恒主编 武汉理工大学出版社 《钢结构原理与设计》