SBS双U型钢在悬挑支撑架平台的应用

SBS双U型钢在悬挑支撑架平台的应用

张欢

云南大力神金属构件有限公司    云南  昆明  650000

摘要：基于悬挑架的发展历程和形式，文中主要介绍一种菱形悬挑支撑平台，并结合有限元计算分析，对该产品的施工技术、计算分析及应用场景进行了阐述，并分析其在同类工程中推广应用的可行性。

关键词：菱形悬挑；有限元计算；施工技术

引言

随着建筑行业的快速发展，非常规混凝土结构类型越来越多，加大了建筑施工难度。非常规混凝土结构存在形状各异、空间及悬挑跨度大等特点，导致传统模板支撑体系无法满足其施工需求。悬挑脚手架作为一种新型工艺在建筑中的应用不断增多，文中介绍的菱形悬挑支撑架平台相较于传统落地式脚手架，具备搭设简单、节省材料且占用施工空间小的特点。基于此，本文作了了菱形悬挑支撑架平台的布置形式以及受力计算和应用的分析。

1. 悬挑式支撑平台的结构形式

目前，悬挑式支撑平台在建筑工程领域的使用率很高。常见的悬挑式支撑结构主要采用工字钢与双槽钢两种型钢，这两种型钢都具有良好的稳定性，一端与结构主体固结，另一端悬挑后承托上部脚手架做外挑结构。上部脚手架产生的弯矩和剪力由型钢的根部承受。如图1.1所示。

本文主要介绍的是另一种悬挑式支撑平台。采用SBS双U型钢作为主要受力构件，再使用配套的专用斜支撑连接，形成类似于挑撑式的的菱形悬挑结构。根据材料的规格可知，上层SBS双U型钢最大悬挑长度为2.2m，最大悬挑长度为2.2m，能够支承的上部脚手架宽度按正常规格取1.8m，下层SBS双U型钢与结构主体进行锚固，如图1.2所示。

图1.1-挑梁式支撑平台结构形式          图1.2-菱形悬挑支撑平台结构形式

2. 菱形悬挑支撑平台结构的材料性能

图2.1-菱形悬挑支撑平台搭设立面图

SBS双U型钢为Q355钢材，抗弯强度f=300N/mm2，抗剪强度fv=175 N/mm2，弹性模量E=206000 N/mm2。

图2.2-SBS双U型钢截面参数

SBS双U型钢专用斜撑为Q235钢材，抗弯强度f=205N/mm2，抗剪强度fv=125 N/mm2，弹性模量E=206000 N/mm2。

图2.3-SBS双U型钢专用斜撑截面参数

SBS双U型钢专用斜撑由直径为48mm内管和直径60mm外管组成，有效长度内可随意调节，使用方便快捷。

对于钢结构，参照《钢结构设计标准》（GB 50017），悬挑结构挠度控制通常要求不超过跨度的1/500或更小，此处取挠度限值为。

3. 菱形悬挑支撑平台受力分析

下面以图1.2中上部支撑的悬挑结构为例采用Midas Civil 2022对菱形悬挑支撑平台结构进行受力分析。

3.1边界条件

外部边界条件：仅考虑对菱形悬挑支撑平台结构下层的SBS双U型钢进行约束，限制Dx、Dy、Dz；

内部边界条件：对SBS双U型钢其专用斜撑按规范要求释放梁端约束模拟非刚性节点。

图3.2-有限元模型边界条件设置

3.2荷载组合及形式

1.根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），验算强度稳定性时取永久荷载分项系数1.3和可变荷载分项系数1.5组合计算；验算挠度时取永久荷载分项系数1.0和可变荷载分项系数0组合计算。

2.荷载传递过程：混凝土荷载+施工荷载➡模板➡次龙骨➡主龙骨➡满堂支架➡菱形悬挑支撑平台➡基础（楼板）。

3.荷载形式：菱形悬挑支撑平台上部的荷载简化为作用在SBS135双U型钢的点荷载；以图1.2中上部支撑的悬挑结构为例，悬挑支撑平台按1.2m间距布置， 混凝土荷载取混凝土容重×截面尺寸得到点荷载（KN）；模板自重及施工荷载按照相应规范取标准值后乘以计算面积得到点荷载（KN），自重由软件自动计算。

图3.3-悬挑结构尺寸标注

图3.4-有限元模型强度组合荷载设置                图3.5-有限元模型刚度组合荷载设置

3.3结果分析

参数输入完毕后运行分析，确保模型结构准确无分析错误后得到结果。

 计算得到该工况下SBS双U型钢最大组合应力为40.3N/mm²，小于300N/mm²，最大剪应力为28.5N/mm²，小于175N/mm²，最大变形为1.227-0.402=0.825mm，小于2200/500=4.4mm； SBS双U型钢专用斜撑最大组合应力为49.1N/mm²，小于205N/mm²，最大变形值为1.191-0.178=1.013mm，小于2200/400=5.5mm。各构件均满足设计要求。

4. 菱形悬挑支撑平台极限状态验算

由上述分析结果可知，菱形悬挑支撑平台对于常规跨度和厚度的悬挑板支撑有较大的安全富余量。下层SBS双U型钢锚固位置的改变也会影响受力和变形的结果，下面讨论控制第一个锚固点在专用斜撑左下角位置，第二个锚固点在第一个锚固点左偏移1m的位置（如图1.2所示）时，菱形悬挑支撑平台各构件达到极限状态时对应的荷载及其与应力应变情况。

SBS双U型钢为Q355钢材，组合应力限值为300N/mm²，剪应力限值为175N/mm²，变形限值为2200/500=4.4mm；SBS双U型钢专用斜撑为Q235钢材，组合应力限值为205N/mm²，剪应力限值为125N/mm²，变形限值为2200/500=4.4mm。

1. SBS双U型钢

（1）组合应力极限值时对应的荷载为102.8KN/51.4KN；

图4.1-双U型钢组合应力极限值时对应荷载值（KN/m）

当双U型钢组合应力达到极限值时最大剪应力为214.9N/mm²，大于175N/mm²；最大变形值为17.353-5.592=11.761mm，大于2200/500=4.4mm，不满足设计要求。

（2）剪应力极限值时对应的荷载为83.6KN/41.8KN；

图4.2-双U型钢剪应力极限值时对应荷载值（KN/m）

当双U型钢剪应力达到极限值时最大组合应力为243.9N/mm²，小于300N/mm²；最大变形值为14.112-4.547=9.565mm，大于2200/500=4.4mm，不满足设计要求。

（3）变形极限值时对应的荷载为38.4KN/19.2KN；

图4.3-双U型钢变形极限值时对应荷载值（KN/m）

当双U型钢变形达到极限值时最大组合应力为112N/mm²，小于300N/mm²，最大剪应力为80.3N/mm²，小于175N/mm²，满足设计要求。

2. SBS双U型钢专用斜撑

（1）组合应力极限值时对应的荷载为55.6KN/27.8KN；

图4.4-专用斜撑组合应力极限值时对应荷载值（KN/m）

当双U型钢专用斜撑组合应力达到极限值时最大变形为9.104-1.486=7.618mm，大于2200/500=4.4mm，不满足设计要求。

（2）变形极限值时对应的荷载为中间32.1KN两边16.1KN；

图4.5-专用斜撑变形极限值时对应荷载值（KN/m）

当双U型钢专用斜撑变形达到极限值时最大组合应力为118N/mm²，小于300N/mm²，满足设计要求。

由上述分析可知，当荷载为38.4KN/19.2KN时双U型钢满足设计要求；当荷载为32.1KN/16.1KN时双U型钢专用斜撑满足设计要求。综合以上条件，菱形悬挑支撑平台的稳定性临界值为专用斜撑变形极限值时对应的荷载32.1KN/16.1KN，在这组荷载下才能保证整个结构各构件不失稳。因此在后续施工中应以控制双U型钢专用斜撑的变形为重。

5. 菱形悬挑支撑平台支架施工要点

1. 菱形悬挑支撑平台及上部满堂架搭设时，应严格按照施工工艺规范和设计图纸施工，确保架体承载能力及稳定性能，防止架体因承载力不足或局部受力而倒塌。
2. 架体搭设时，应按有关规定及设计要求设置防护护栏和安全网。搭设时应严格遵守安全防护有关规定，预防安全事故的发生。
3. 参照相关规定及要求对架体进行监测测，并定期检查支架的结构性能，可以有效避免因支架安装及其他质量隐患造成的模架结构崩塌、脱落等事故,保障建筑施工的安全性。

6. 结语

悬挑式脚手架在目前建筑工程项目中有非常广泛的用途，其在成本、质量、性能等方面具有较大优势。本文介绍的菱形悬挑支撑平台是悬挑式支撑平台中的一种，其具有承载力高、安拆便捷，有利于降低施工成本、保障施工质量等优点。在架体搭设过程中，施工方要做好技术、材料、人员等方面的管理工作，消除不安全因素，确保搭设符合规范要求，从而保证施工高效、安全进行。

参考文献：

[1] 工程结构通用规范-GB55001-2021

[2] 钢结构通用规范-GB 55006-2021

[3]工程结构通用规范-GB 55001-2021

[4]施工脚手架通用规范-GB 55023-2022