具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明,这种装置及方法的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
参见图1,为一种工作井的示意图,在最外侧的一圈井壁(外池壁)之内,还设有若干用于将井壁内的区域划分成若干空间的内隔墙。本实施方式即是要在工作井内搭设悬挑脚手架,具体构件包括井壁预埋构件、内隔墙预埋构件和悬挑构件,所述的井壁预埋构件用于实现悬挑构件与井壁之间的可拆卸连接,所述的内隔墙预埋部件用于实现悬挑构件与内隔墙之间的可拆卸连接。
其中,在井壁预埋构件的设置具体如下:所述的井壁上埋设有若干组井壁预埋构件,每组井壁预埋构件包括两根位于同一水平面上的井壁预埋件,井壁预埋件的一端位于井壁内,井壁预埋件的另一端伸出至井壁内侧,如图5所示,井壁预埋件的另一端设有用于与悬挑构件相配合的螺纹。
内隔墙预埋构件的设置具体如下:在所述的内隔墙上埋设有若干组内隔墙预埋构件,每组内隔墙预埋构件包括两根位于同一水平面上的内隔墙预埋套管,所述的内隔墙预埋套管中部用于穿设内隔墙预埋件且内隔墙预埋套管的两端联通至内隔墙表面,内隔墙预埋件的两端分别能穿过内隔墙预埋套管的两端并伸出至内隔墙的两侧,如图4所示,内隔墙预埋件的两端分别设有用于与悬挑构件相配合的螺纹。
如图2和图3所示,每个所述的悬挑构件包括一悬挑型钢,本实施方式采用工字钢,所述的悬挑型钢的左端或者右端焊接有端板,本实施方式以左端焊接有端板为例进行说明,所述的端板上开设有两个位于同一水平面的螺栓槽孔,所述的螺栓槽孔相对于工字钢的竖直段呈左右对称布置,能用于与井壁预埋件或内隔墙预埋件相配合,所述的悬挑型钢的下侧焊接有三角形支撑架,所述的三角形支撑架向端板一侧设有支撑板,用于支撑于井壁或内隔墙的表面。本实施方式中,所述的三角形支撑架呈直角三角形,由钢材焊接制成,三角形支撑架的一条直角边焊接于悬挑型钢下侧,三角形支撑架的另一条直角边位于近于端板的一侧,即本实施方式的左侧,且所述的三角形支撑架的另一条直角边向端板一侧,即左侧,设有延伸段,延伸段处向端板一侧方向设有通孔,且通孔内设有内螺纹,所述的通孔处通过螺纹配合连接有一伸缩杆,伸缩杆的外端焊接有所述的支撑板,通过转动所述的伸缩杆能实现支撑板的伸缩。或者直角三角形的三角形支撑架的三条边中,顶部的焊接于悬挑型钢下侧的直角边可以省略,即采用悬挑型钢同时作为直角三角形的三角形支撑架顶部的直角边。
实施例1
整个施工工艺的流程如下:构件定型化制作→施工准备→内隔墙预埋内隔墙预埋套管(外池壁预埋井壁预埋构件)→结构混凝土浇筑→安装悬挑型钢→钢管脚手架搭设→脚手架使用→脚手架拆除。
具体而言,首先进行构件的制作,悬挑型钢采用工字钢制成,工字钢规格为I23a,材质Q235-A,长1.5m;而端板采用200×300×12mm钢板,材质为Q235-A,端板上开两个水平槽孔,方便对预埋钢套管水平施工误差进行调节,工字钢与端板连接采用角焊缝围焊,焊脚高度6mm;而两类预埋件均采用HRB400直径28mm的钢筋剥肋滚丝而成。
在施工准备过程中,需要通过科学计算,确保其能够满足受力要求;并在现场制作样板并通过使用,获得良好效果后才进行后续工艺。
而内隔墙预埋内隔墙预埋套管及外池壁预埋井壁预埋构件的步骤具体如下,参见图6-图8,对于内隔墙预埋套管,内隔墙预埋套管的规格为并根据井壁厚度确定预埋套管长度,且保证每组内隔墙预埋构件的两根内隔墙预埋套管的中心间距为100mm,并尽量保持所有预埋铁管处于同一水平面上,优选地,预埋铁管还应采取可靠方式充分固定,防止在混凝土浇捣时发生位移,例如每组内隔墙预埋构件的两根内隔墙预埋套管之间焊接有若干根连接钢筋作为连接固定件。而对于外池壁,即井壁,参见图9,考虑沉井外池壁壁厚大、穿墙螺栓过长、后期补洞防渗漏等因素,外池壁直接预埋井壁预埋件作为悬挑型钢的受力支座。
对于结构混凝土浇筑步骤,在上述步骤完成后,检查复核井壁预埋构件和内隔墙预埋构件的安装位置,并将偏差控制在允许范围内,且混凝土施工需用振动棒振捣密实,以控制质量缺陷,在混凝土浇筑后及时按照规范要求进行养护,防止裂缝的产生,加快混凝土早期强度的提高。
而后待混凝土达到一定强度(≥75%设计强度)后方可安装悬挑型钢,内隔墙的悬挑型钢安装前,首先在内隔墙预埋套管内插入内隔墙预埋件,采用25t吊车将悬挑型钢起吊安装,安排两名工人配合摆正悬挑型钢安装位置,螺母与墙壁间设置垫片,然后将悬挑型钢顶端的螺栓槽孔对准内隔墙预埋件嵌入,并在螺栓槽孔外侧的内隔墙预埋件上加设垫片,并用螺母拧紧,安装完成后的效果如图10所示。而外池壁安装悬挑型钢前,需清除井壁预埋构件外端上的泥土、浮浆等杂物,安装方法同内隔墙一样,详见图11所示。
然后,即可按照常规方法搭设脚手架立杆、水平杆、扫地杆、连墙件,立杆与水平杆搭设详见图12。为确保施工安全,标准层脚手架搭设栏杆、铺设脚手板,最底层则采取模板硬化隔离措施。脚手架每两步,挂设网兜,防止物件坠落伤人。且悬挑型钢脚手架安装完成,需要进行安全性能检测,合格后方可进行使用。
最后,使用完成后,要对脚手架进行拆除,严格按照先搭后拆、后搭先拆的原则进行。同时,拆除作业应由上至下、逐层拆除,严禁上下同时作业。拆除前,先全面检查脚手架的扣件连接、拉接件、支撑体系的安全完全完整性,并根据检查结果制定完善的拆除方案和安全防护措施,对作业工人进行拆除安全技术交底,清理脚手架上的杂物及未处理垃圾。
实施例2
本实施例提供一种沉井工字钢梁悬挑脚手架的相关强度计算如下:
1、脚手架搭设参数
悬挑脚手架立杆的纵距为1.8m,立杆的横距为1.05m,立杆的步距为1.80m,计算双排脚手架搭设高度为12m,立杆采用单立管,内排架距离墙距离为0.35m,大横杆平行于墙壁,小横杆垂直于墙壁,大横杆与立杆搭接,小横杆搭设在大横杆之上,均采用Φ48×3.5mm钢管。横杆与立杆连接方式为双扣件;计算时扣件抗滑承载力系数取0.80。
2、荷载参数
根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130—2011)第4.2章节荷载标准值取值如下。
恒荷载参数:每米立杆数承受的结构自重标准为0.1389kN/m;脚手板自重标准值为0.350kN/m2;栏杆挡脚板自重标准值0.170kN/m;安全设施与安全网为0.01kN/m2;脚手板铺设层数:2;脚手板类别:木脚手板。
活荷载:施工均布荷载标准值为3.0kN/m2,脚手架设计为混凝土脚手架;同时施工层数按2层考虑;脚手架只允许施工人员和小型振动棒等小型的设备,严禁堆放材料超过3.0kN/m2(尤其是水平方向纵筋)。
风荷载:根据《建筑结构荷载规范》,江苏镇江地区,基本风压为0.400kN/m2,风荷载高度变化系数按城市郊区考虑μz为1.0,风荷载体型系数μs为0.96;考虑风荷载。
脚手架荷载标准值计算如下:
恒荷载标准值包括以下内容:
(1)每米立杆数承受的结构自重标准(kN/m),取值为0.1389;
NG1=0.1389×12=1.67kN。
(2)脚手板的自重标准值(kN/m2),本工程采用木脚手板,标准值为0.35;
NG2=0.35×1.8×(1.05+0.5)×2=1.95kN。
(3)栏杆挡脚板自重标准值(kN/m),本工程采用栏杆、木脚手板挡板,标准值为0.17;
NG3=0.17×1.8×2=0.61kN。
(4)吊挂的安全设施(安全网)的自重标准值0.01kN/m2;
NG4=0.01×1.8×12=0.216kN。
经计算得到,恒荷载标准值NGk=NG1+NG2+NG3+NG4=4.45kN。
活荷载标准值NQ=3×1.8×1.05×2/2=5.67kN。
风荷载标准值wk=μz·μs·wo=1×0.4×0.96=0.384kN。
根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130—2011)第5.2.7章节计算立杆段的轴向力设计值N,应按下列公式计算:
不考虑风荷载:N=1.2NGk+1.4NQ=1.2×4.45+1.4×5.67=13.28kN。
3、悬挑型钢选用
端部焊接水平工字钢梁采用[20a号工字钢],其中水平钢梁悬挑长度1.5m,端板采用200mm*300mm*12mm钢板,工字钢与端板连接采用角焊缝围焊,焊脚高度6mm;悬挑工字钢上竖向焊接一段长约5cmΦ25mm圆钢,以便放置脚手架钢管。
4、脚手架局部与整体受力计算
脚手架按落地式脚手架计算。其计算结果大小横杆、立杆受力与绕度均满足设计规范要求。其上部结构传至脚手架底部立杆的平均竖向轴力设计值:N=13.28kN;即为脚手架与工字钢梁作用力,计算悬挑工字钢梁与端部锚固。
5、悬挑工字钢应力稳定性与安全性计算
设计的步骤:工字钢梁与钢板的焊缝计算;螺栓的抗剪、抗拉计算,计算工字钢梁的抗弯矩、剪力、挠度及整体稳定性,外池壁预埋螺栓锚固长度计算,混凝土井壁抗压计算。
悬挑式脚手架的搭设脚手架传到悬挑梁的轴力N=13.28kN,为悬挑工字钢梁安全计算扩大轴力1.1倍。悬挑的脚手架放在工字钢上,取20a的工字钢梁进行计算,参见图13和图14所示。
(一)连接强度计算
(1)工字钢端部与端板的焊缝计算
双排脚手架竖向轴力N1=N2=13.28KN×1.1=14.61kN;
工字梁自重N3=27.9kg/m×1.5m×1.2×10N/kg=0.502kN;
弯矩M=N1×(0.35+1.4)+N3×0.75=25.95kN.m;
剪力V=N1+N2+N3=29.72kN;
此弯矩对上翼缘焊缝产生拉力,对下翼缘焊缝产生压力。对上翼缘焊缝产生的拉力为25.95÷0.2=129.75(KN)。上翼缘焊缝高度按7㎜计,焊缝长度按90×2=180㎜计(以20a号工字钢为例,其上翼缘宽度是100㎜,实际制作时,要求工字钢与锚板间周边围焊,焊缝高度≮7㎜,根据焊接规范要求,工字钢梁与钢板之间焊缝厚度为hf=7mm,有效宽度he=0.7x7mm=4.9mm),角焊缝抗拉强度设计值取160N/㎜2。
则上翼缘焊缝可承受的拉力为:
180×0.7×7×160=141120(N)=141.12KN>129.75KN,安全。
(2)螺栓的强度计算
对两根预埋螺栓产生的拉力129.75N,预埋螺栓采用普通热轧钢筋进行直螺纹滚丝加工制作。根据《钢结构设计规范(GB50017)》第7.2.1条普通螺栓连接强度计算规定计算普通粗制螺栓,其单根螺栓的抗拉承载能力为:
式中:ft b为螺栓的抗拉强度设计值,本工程采用钢筋作为预埋螺栓其计算抗拉强度设计值取360KN/mm2;de为螺栓在螺纹外的有效直径,本次计算取25mm;Nt b=360x3.14x252x0.25=176.625KN。
两根穿梁螺栓可以抵抗353.25KN的拉力,远大于129.75KN,安全。
根据《钢结构设计规范(GB50017)》第7.2.1条,普通螺栓抗剪承载力计算公式:
式中:fv b为螺栓的抗剪承载力设计值,一般情况下钢筋抗剪承载力为其抗拉设计强度的0.5,为了保证计算结果偏安全本次计算选取fv b为140KN/mm2;Nv b=2x140x3.14x252x0.25=137.2KN;
由此可知,二个螺栓抗剪承载力为137.2KN,远大于25.95KN,即结构安全。
(二)工字钢计算:
由于钢管脚手架立杆底部纵向水平杆具有阻止工字钢悬挑梁侧向位移的作用,可以视作侧向支承点。侧向支承点间的距离为1050㎜,与20a号工字钢上翼缘宽度100㎜之比为10.5<16,根据钢结构设计规范规定,不需计算悬挑梁的强度和整体稳定性。但应计算悬挑梁的刚度。本工法中20a号工字钢悬挑梁的刚度计算如下:
因脚手架内立杆距结构边梁外侧的距离为350㎜,内外立杆间距1050㎜,则外立杆距结构边梁外侧的距离为1400㎜,悬挑梁总长度为1500㎜。查结构静力计算用表之悬挑梁,可知:
1)内立杆产生的挠度为:
W1=(N1*3502*1500/6EI)*(3-350/1500)。
2)外立杆产生的挠度为:
W2=(N1*14002*1500/6EI)*(3-1400/1500)。
20a号工字钢的惯性矩I=2170.7cm4=21.70x106mm4;弹性模量E=2.06×105,立杆轴向力F=10.93KN=10930N。代入上式计算:W1=0.207mm,W2=2.476mm。
根据《扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2011)》表5.1.8规定型钢悬挑脚手架悬挑钢梁受弯的容许挠度W为:[w]=l/400,其中l为悬挑构件的跨度,对悬挑杆件为悬伸长度的2倍。
即,总挠度W=W1+W2=2.683mm<[w]=3000/400=7.5mm。满足要求。
(三)外池壁锚固螺栓长度计算
根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2011)第8.3章钢筋的锚固确定预埋锚固钢筋的长度。
la=ψa/lao
式中:lao——受拉钢筋的基本锚固长度;
la——受拉钢筋的锚固长度;
fpy——钢筋的抗拉强度设计值;
ft——混凝土轴心抗拉强度设计值,按混凝土结构设计规范的有关规定采用;
d——钢筋的公称直径;
α——锚固钢筋的外形系数;
ψa——锚固长度修正系数。
选取的是HRB400Φ28螺纹钢筋,钢筋的抗拉强度设计值为360N/mm2,井壁梁浇筑采用的混凝土标号为C35,轴心抗拉强度设计值为1.57N/mm2,α=0.13,故:la=0.13×360/1.57×0.028=0.835m。
每块钢板预留两个螺栓孔,螺栓后接长HRB400Φ28螺纹钢筋,取长度1m。HRB400Φ28螺纹钢筋的抗拉强度为:360MPa,即:F=360×3.14×282x0.25=221.56kN。一组预埋螺纹钢筋的承载力为F总=F×2=221.56x2=443.12KN。远大于外拉力105.72KN。满足承载力要求。
(四)混凝土抗压强度计算
悬臂梁与井壁之间采用200mm×300mm钢垫板,保护井壁,使钢垫板的有效接触面积最大。接触的有效面积S=200×300=60000mm2,井壁混凝土为C35P8,沉井下沉不低于设计强度的70%,沉井结构接高过程中井壁混凝土强度至少25MPa。P=105.72x1000/60000=1.762MPa<25MPa。井壁满足抗压强度。