建筑施工扣件式鋼管腳手架工程設(shè)計(jì)計(jì)算的探討

蔣紅慶，邱松，趙明

（重慶建工集團(tuán)第三建設(shè)有限責(zé)任公司 重慶 400016）

建筑施工扣件式鋼管腳手架工程設(shè)計(jì)計(jì)算的探討

蔣紅慶，邱松，趙明

（重慶建工集團(tuán)第三建設(shè)有限責(zé)任公司 重慶 400016）

依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、文件等，對(duì)扣件式鋼管腳手架的常規(guī)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容和計(jì)算方法進(jìn)行深入研究和創(chuàng)新，形成了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《扣件式鋼管腳手架設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)》并在工程中成功運(yùn)用，取得了良好的綜合效果。研究成果真正符合安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)與施工準(zhǔn)則，在國(guó)內(nèi)建筑市場(chǎng)中具有較大的推廣潛力。

扣件式鋼管腳手架；荷載；穩(wěn)定性；承載力；設(shè)計(jì)計(jì)算方法

前言

縱觀全國(guó)建筑市場(chǎng)，扣件式鋼管腳手架工程的施工水平不一，部分工程的腳手架設(shè)計(jì)、搭設(shè)不規(guī)范，新聞報(bào)道中也頻現(xiàn)腳手架垮塌事故。而《專(zhuān)項(xiàng)施工方案》缺乏正確的設(shè)計(jì)計(jì)算、指導(dǎo)性較差以及未按《方案》進(jìn)行落實(shí)等，無(wú)疑成為導(dǎo)致上述情況的重要原因。

施工項(xiàng)目部編制的《方案》主要存在計(jì)算依據(jù)選擇錯(cuò)誤、荷載取值及組合錯(cuò)誤、計(jì)算模型選擇錯(cuò)誤、計(jì)算內(nèi)容不全等方面的問(wèn)題，《方案》缺乏實(shí)用性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。工人班組往往憑自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，亦存在較大的安全、質(zhì)量隱患。

目前，涉及腳手架（扣件鋼管式）的《規(guī)范》對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定得過(guò)于原則，各類(lèi)計(jì)算軟件通用性較差、參考資料中的計(jì)算也不盡嚴(yán)謹(jǐn)。文中重點(diǎn)針對(duì)研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一些異于傳統(tǒng)計(jì)算方式、依據(jù)或需要進(jìn)行明確、統(tǒng)一的內(nèi)容等進(jìn)行探討。

1 研究思路及主要研究?jī)?nèi)容

1.1 研究思路

針對(duì)腳手架工程的設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)，以項(xiàng)目生產(chǎn)為基石，以質(zhì)量、安全控制為目的，以規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等為依據(jù)，通過(guò)前期的大量調(diào)研、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，用科學(xué)的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并不斷對(duì)“設(shè)計(jì)計(jì)算體系”進(jìn)行優(yōu)化和完善。

依據(jù)相關(guān)要求，通過(guò)合理的假設(shè)簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程、正確的取值更正計(jì)算通病、規(guī)范的步驟完善計(jì)算內(nèi)容，在保證安全性、實(shí)用性的同時(shí)，兼以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)控制。

1.2 主要研究?jī)?nèi)容

腳手架工程設(shè)計(jì)計(jì)算的原則；

腳手架工程設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)；

鋼管、扣件、密目式安全網(wǎng)及型鋼的材料性能；

荷載標(biāo)準(zhǔn)值及荷載效應(yīng)組合；

落地式單排、雙排，懸挑式單排（鋼管懸挑）、雙排（型鋼懸挑）扣件鋼管腳手架：縱、橫向水平桿、立桿、扣件、連墻桿、立桿地基承載力及懸挑桿件的設(shè)計(jì)計(jì)算。

2 部分設(shè)計(jì)計(jì)算原則及依據(jù)探討

對(duì)于鋼管自重計(jì)算與否的問(wèn)題，如縱、橫向水平桿、懸挑水平鋼管、斜支撐鋼管等，因其桿件自重均布荷載（0.0384kN/m）與腳手板自重（如竹串片腳手板：0.35kN/m2）及其所受荷載作用相比甚小，故驗(yàn)算上述桿件時(shí)其自重可忽略不計(jì)。簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，也保證了計(jì)算結(jié)果的安全有效性。

腳手架的承載能力應(yīng)按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的要求，采用分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)。而規(guī)范JGJ130中5.1.1條未列出“鋼管的抗剪強(qiáng)度計(jì)算”，是因?yàn)殇摴艿目辜魪?qiáng)度不起控制作用，如Φ48×3.5的Q235-A級(jí)鋼管其抗剪承載力［V］（[V]=Afv/K1=(489mm2X120N/mm2)2.0=29.34kN）遠(yuǎn)大于一只扣件的抗滑承載力設(shè)計(jì)值Rc=8.0kN。故只需驗(yàn)算扣件的抗滑承載力，可不驗(yàn)算受彎構(gòu)件（鋼管）的抗剪強(qiáng)度。

因通常情況下，連墻件計(jì)算長(zhǎng)度l0較小，長(zhǎng)細(xì)比λ=l0/i較小，則穩(wěn)定系數(shù)φ較大，其穩(wěn)定承載力Nl/φA遠(yuǎn)小于強(qiáng)度f(wàn)（205N/mm2），故《規(guī)范》中未要求進(jìn)行連墻件的穩(wěn)定承載力驗(yàn)算，只需驗(yàn)算其連接扣件的抗滑承載力即可。

在計(jì)算落地式單、雙排腳手架的立桿地基承載力時(shí)，《規(guī)范》和《手冊(cè)》中為常見(jiàn)的土（巖）地基，對(duì)搭設(shè)在樓面上的腳手架，應(yīng)對(duì)樓面承載力進(jìn)行驗(yàn)算，并應(yīng)采取合理的措施嚴(yán)格保證腳手架下部的梁、板不發(fā)生開(kāi)裂。腳手架系臨時(shí)結(jié)構(gòu)，故只需對(duì)立桿進(jìn)行地基承載力計(jì)算，不必進(jìn)行地基變形驗(yàn)算。

3 縱、橫向水平桿及扣件的設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 橫向水平桿計(jì)算

橫向水平桿按簡(jiǎn)支梁模型計(jì)算，驗(yàn)算彎曲正應(yīng)力、撓度不計(jì)懸挑荷載（見(jiàn)圖1），但計(jì)算支座最大支反力要計(jì)入懸挑荷載（見(jiàn)圖2）。

圖1 橫向水平桿計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖2 橫向水平桿（帶懸挑）計(jì)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算彎矩M時(shí)應(yīng)采用荷載的設(shè)計(jì)值；計(jì)算撓度ν時(shí)應(yīng)采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。

3.2 縱向水平桿計(jì)算

根據(jù)《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》分析，多跨（2～5跨）等跨連續(xù)梁的“彎矩、剪力和撓度計(jì)算系數(shù)及公式”可知，受均布荷載或集中荷載的二跨梁彎矩M 和剪力V最大，三跨梁撓度ν最大。故計(jì)算縱向水平桿時(shí)，彎矩M和剪力V按二跨等跨連續(xù)梁計(jì)算、撓度ν按三跨等跨連續(xù)梁計(jì)算偏于安全。

計(jì)算彎矩M和縱向水平桿傳給立桿的豎向力R時(shí)，應(yīng)采用荷載的設(shè)計(jì)值；計(jì)算撓度ν時(shí)應(yīng)采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。

3.3 其他

對(duì)于縱、橫向水平桿及扣件在一定條件下可以不進(jìn)行計(jì)算的問(wèn)題，規(guī)范JGJ130中5.1.5條給出了相關(guān)規(guī)定，但該條文僅是針對(duì)50m以下的“敞開(kāi)式”單、雙排腳手架。而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí)，腳手架外側(cè)均應(yīng)按相關(guān)規(guī)定正確懸掛 “密目式安全立網(wǎng)”，即為“密目式安全立網(wǎng)全封閉腳手架”；且規(guī)范JGJ59-99中，《落地式外腳手架檢查評(píng)分表》的“第5項(xiàng) 腳手板與防護(hù)欄桿”明確規(guī)定：腳手架外側(cè)未設(shè)置密目式安全立網(wǎng)的，或網(wǎng)間不嚴(yán)密，扣7～10分（即為不合格的作法）。這也是腳手架規(guī)范JGJ130中不嚴(yán)謹(jǐn)、通用性較差的地方之一。

4 密目式安全立網(wǎng)全封閉腳手架擋風(fēng)系數(shù)計(jì)算

4.1 關(guān)于立網(wǎng)網(wǎng)目密度要求的確定

《密目式安全立網(wǎng)》（GB16909-1997）5.2.1條規(guī)定:“網(wǎng)目密度不應(yīng)低于800目/100平方厘米”。而《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ59-99）條文說(shuō)明3.0.7條:“立網(wǎng)應(yīng)該使用密目式安全網(wǎng)，其標(biāo)準(zhǔn)：10cm×10cm=100cm2的面積上，有2000個(gè)以上的網(wǎng)目”。故統(tǒng)一規(guī)定采用：密目式安全立網(wǎng)每100cm2的網(wǎng)目目數(shù)為n≥2000目。而這也與目前市場(chǎng)上可供應(yīng)的密目式安全立網(wǎng)材質(zhì)相匹配。

4.2 擋風(fēng)系數(shù)的計(jì)算

項(xiàng)目《方案》編制人員對(duì)于“密目式安全立網(wǎng)全封閉腳手架”擋風(fēng)系數(shù)的計(jì)算往往是按等同于“敞開(kāi)式腳手架”的進(jìn)行計(jì)算，這樣的簡(jiǎn)化是不合理的。其擋風(fēng)系數(shù)φ的計(jì)算應(yīng)綜合考慮密目式安全立網(wǎng)擋風(fēng)系數(shù)φ1和敞開(kāi)式扣件鋼管腳手架擋風(fēng)系數(shù)φ2，并按公式φ=φ1+φ2-φ1·φ2/1.2進(jìn)行確定（讀者可自行推導(dǎo)）。

5 立桿穩(wěn)定性計(jì)算

腳手架有整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)兩種失穩(wěn)形式。規(guī)范中雖然在表達(dá)式上是對(duì)單根立桿的穩(wěn)定計(jì)算，但實(shí)質(zhì)上是對(duì)腳手架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定計(jì)算。

設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，對(duì)于JGJ130中5.3.1條立桿的穩(wěn)定性計(jì)算和5.3.6條腳手架可搭設(shè)高度HS計(jì)算，因HS的計(jì)算公式為前述5.3.1中的公式推導(dǎo)求得，故當(dāng)腳手架設(shè)計(jì)的搭設(shè)尺寸、荷載等通過(guò)計(jì)算滿足立桿的穩(wěn)定性要求，可不再重復(fù)計(jì)算搭設(shè)高度Hs。

對(duì)于重慶地區(qū)應(yīng)考慮風(fēng)荷載作用，搭設(shè)50m及以下的腳手架時(shí)，當(dāng)其尺寸采用相同的立桿步距、立桿縱距、立桿橫距和連墻件間距時(shí)，根據(jù)JGJ130中公式5.3.1-2，通過(guò)對(duì)“腳手架結(jié)構(gòu)自重設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的軸向壓應(yīng)力σg”、“風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎曲壓應(yīng)力σω”、“構(gòu)配件自重荷載”和“施工荷載”的綜合分析，可確定立桿穩(wěn)定性計(jì)算部位（σ=σg+σω值最大處，后兩個(gè)值不隨高度變化而變化）為立桿底部（0m高度處）。

計(jì)算時(shí)，要求同時(shí)考慮組合和不組合風(fēng)荷載的兩種情況，并取兩者計(jì)算的最不利結(jié)果進(jìn)行控制，這是基于可能出現(xiàn)：N（不組合風(fēng)荷載）/φA/N（組合風(fēng)荷載）/φA+Mw/W的現(xiàn)象。

6 研究成果的應(yīng)用

該研究成果在工程中實(shí)際運(yùn)用并進(jìn)行不斷完善和修正。由于采用了科學(xué)定量的計(jì)算方法，從根本上保證了腳手架搭設(shè)施工的質(zhì)量、進(jìn)度和安全性。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)腳手架工程的初步設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，降低了施工成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。研究成果的成功推廣應(yīng)用，也使之逐步成為企業(yè)的核心技術(shù)之一。

7 結(jié)束語(yǔ)

以客觀的計(jì)算原則為基石，針對(duì)腳手架工程傳統(tǒng)的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)思路進(jìn)行研究，并以之進(jìn)行明確、深化和簡(jiǎn)化，是該《手冊(cè)》的重要編制思路。依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定，貫徹實(shí)用、安全、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)化的原則，統(tǒng)一相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容，形成模塊化的設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)，項(xiàng)目在方案編制過(guò)程中就可以直接套用，確保項(xiàng)目在方案編制中能夠采用定量、準(zhǔn)確的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，也可提高方案編制的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。

［1］JGJ130-2001，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（2002年版）［S］.

［2］GB50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（2006年版）［S］

［3］GB50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］江正榮，等.建筑施工計(jì)算手冊(cè)［M］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2007.

Discussing Designsand Calculationsof Housing Construction Scaffolding Engineering and Its Application

Based on the currentcodes,standards,documents,etc.,a further studywasmadeas to innovation on the steel tubular scaffold w ith couplers of the conventional design content and calculatedmethod.This helps form the enterprise standard"The Designing and Simulation of Steel Tubular Scaffoldingw ith CouplersManual",Itwasused successfully in engineering,and achieved good overall results.The research results,safe suitable，technologically advanced，econom ical and reasonable,are truly in accordancew ith the construction guidelines.It's technology practicl,having greater potentials for promotion in the fieldsof constructionmarkets.

steel tubular scaffold w ith couplers；load；stability；bearing capacity；design and calculationmethod

TU 731.2

A

1671-9107（2011）05-0043-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.05.043

2011-03-02

蔣紅慶（1966-），男，本科，重慶建工集團(tuán)第三建設(shè)有限責(zé)任公司總工程師，高級(jí)工程師。

邱松（1984-），男，本科，重慶建工集團(tuán)第三建設(shè)有限責(zé)任公司技術(shù)科長(zhǎng)，工程師。

余詠梅

能工巧匠