淺談風(fēng)渦流作用中鋼管腳手架的連墻措施

潘保 陳健

JGJ 130-2001建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范6.4.7條規(guī)定:“架高超過40 m且有風(fēng)渦流作用時(shí),應(yīng)采取抗上升翻流作用的連墻措施?！痹诟邔咏ㄖ摴苣_手架的施工搭設(shè)中,大家常常忽略了這個(gè)問題,使得高層建筑鋼管腳手架存在一定的安全隱患。事實(shí)上,風(fēng)渦流作用力大小沒有規(guī)范參考值,也缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)可供參考,落實(shí)該條文規(guī)定有一定的難度。本文通過對高層建筑的風(fēng)環(huán)境分析,對鋼管腳手架抗上升翻流作用的連墻措施提出建議,以消除鋼管腳手架安全隱患。

1 高層建筑的風(fēng)環(huán)境分析

風(fēng)產(chǎn)生于大氣的運(yùn)動(dòng)。由于氣溫和氣壓的變化形成了氣流,從而使大氣處于不停的運(yùn)動(dòng)之中,這種運(yùn)動(dòng)就是風(fēng)。一定高度限定內(nèi),作用在建筑外表面的室外風(fēng)速及風(fēng)壓隨高度增加而逐漸增強(qiáng)。據(jù)統(tǒng)計(jì),在5層樓面處,風(fēng)速比地面處高出 20%;在16層樓面處,風(fēng)速增加50%;在35層樓面處,風(fēng)速增加120%。

人們在研究單棟建筑物周圍的氣流狀況時(shí)發(fā)現(xiàn)(見圖1):在平面上當(dāng)風(fēng)吹向一個(gè)棱角分明的建筑時(shí),迎風(fēng)面產(chǎn)生正壓,背風(fēng)面產(chǎn)生負(fù)壓,在迎風(fēng)面的兩端產(chǎn)生分離,圖1中斜線所示即為風(fēng)速增加的區(qū)域,在此區(qū)域與建筑墻面之間要產(chǎn)生逆流,建筑所產(chǎn)生的風(fēng)害多為這些伴隨分離而出現(xiàn)的強(qiáng)風(fēng);在剖面上當(dāng)氣流遇到障礙物后在建筑背風(fēng)向一定距離內(nèi)產(chǎn)生很長的風(fēng)影區(qū),其長度相當(dāng)于建筑高度的15倍左右,風(fēng)影區(qū)內(nèi),風(fēng)向改變,形成渦流,風(fēng)速減小到約為遇到障礙物前風(fēng)速的1/2。建筑物迎風(fēng)面上部約1/3的地方稱之為滯點(diǎn),氣流在這里上下分流,在下移過程中風(fēng)速加快,與地面水平方向的氣流相遇,在建筑底部產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流。

在高層建筑的場合,高層建筑把城市上空的高速風(fēng)能引向地面,在其迎風(fēng)面大約2/3高度以下部分形成風(fēng)的渦流區(qū),在高樓的背風(fēng)面和相鄰建筑圍合的區(qū)域內(nèi)也會(huì)形成強(qiáng)弱不等的渦流風(fēng)區(qū)和空腔區(qū)。在建筑物的兩側(cè)與頂部的風(fēng)因流道變窄,使流速大大增加,形成建筑側(cè)面風(fēng)速加大的角流風(fēng),進(jìn)而加入建筑背面風(fēng)區(qū),加強(qiáng)渦流風(fēng)。當(dāng)建筑呈橫長形時(shí),風(fēng)速最大區(qū)為建筑上方;當(dāng)建筑呈細(xì)高狀時(shí),風(fēng)速最大區(qū)為建筑兩側(cè)(見圖2)。這些都將對高層建筑鋼管腳手架的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2 風(fēng)渦流作用對高層建筑鋼管腳手架的影響

1)腳手架的兩側(cè)和拐角。此處存在風(fēng)速加大的角流風(fēng),對腳手架的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。2)腳手架的頂部。由于風(fēng)受到高層建筑的阻擋,在迎風(fēng)面上部約1/3的地方進(jìn)行上下分流,大部分向上越過頂部的風(fēng)因流道變窄,使流速大大增加,對腳手架產(chǎn)生上升翻流作用,影響腳手架的穩(wěn)定性。3)渦流區(qū)的腳手架。迎風(fēng)面大約2/3高度以下部分和背風(fēng)面形成風(fēng)的渦流區(qū),對腳手架的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。渦流風(fēng)區(qū)是風(fēng)害的多發(fā)區(qū),它不均勻又無規(guī)則、還隨機(jī)變化。渦流風(fēng)區(qū)大小與建筑物的幾何尺寸有關(guān),一般是4倍～5倍,超過這個(gè)尺寸就不會(huì)受到渦流亂風(fēng)的干擾。

3 鋼管腳手架抗上升翻流作用的連墻措施

為了減少風(fēng)渦流側(cè)向力產(chǎn)生的鋼管腳手架平面外變形導(dǎo)致腳手架整體失穩(wěn),鋼管腳手架應(yīng)采取以下連墻構(gòu)造措施:1)腳手架應(yīng)全覆蓋設(shè)置垂直剪力撐,拐角應(yīng)設(shè)置橫向斜撐,中間應(yīng)每隔6跨設(shè)置一道橫向斜撐,角度為45°～60°。2)每隔5層增加水平支撐,即在大橫桿與小橫桿的平面內(nèi),按立桿縱距增加斜桿,沿腳手架縱向形成“之”字形。3)在側(cè)向力較大的拐角處設(shè)置斜拉附墻連桿以抵御腳手架所受到的側(cè)向風(fēng)力,連墻桿對應(yīng)外立桿設(shè)斜向拉桿或拉索與建筑主體樓層預(yù)埋件連接,提高立桿的縱向剛度,防止腳手架內(nèi)、外傾斜,增強(qiáng)架體的整體穩(wěn)定,并可靠地傳遞風(fēng)荷載,以滿足抗上升翻流作用的要求。

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