某科研樓扣件式鋼管腳手架立桿穩(wěn)定性分析

□□

(江蘇恒鴻建設(shè)咨詢有限公司，江蘇 宜興 214200)

中圖分類號：TU 731.2文獻標(biāo)識碼：B

引言

腳手架是土木建筑工程施工中重要的臨時設(shè)施，它對建筑工程的施工速度、工作效率、工程質(zhì)量以及工人的人身安全都有著直接影響。許多安全事故就是由于腳手架搭設(shè)不牢固、不穩(wěn)定引起的。因此，腳手架的設(shè)計計算與穩(wěn)定性分析是施工組織設(shè)計的重要內(nèi)容。腳手架的種類很多，按照所用材料可分為竹木腳手架、金屬腳手架等；按照構(gòu)造形式可分為立式、框式、掛式、橋式等；按照搭設(shè)方式可分為單排、雙排及滿堂腳手架等?？奂戒摴苣_手架因其具有構(gòu)造簡單、維修方便、周轉(zhuǎn)周期長等特點而得到了廣泛應(yīng)用。本文根據(jù)某科研樓工程的施工資料，對該工程扣件式鋼管腳手架立桿的穩(wěn)定性進行了驗算與分析，供參考。

1 工程概況

某科研樓占地面積為1 596 m2，總建筑面積為21 514 m2，地上13層，地下1層，標(biāo)準(zhǔn)層高3.6 m，建筑物總高度57.45 m，柱網(wǎng)尺寸為7.8 m×7.8 m，框架剪力墻結(jié)構(gòu)。在該工程主體結(jié)構(gòu)及裝修施工階段，將沿結(jié)構(gòu)周邊距建筑物外邊線350 mm處搭設(shè)雙排扣件式Ф 48 mm鋼管腳手架。自地面起30 m高度內(nèi)采用雙排雙立桿形式，其上采用雙排單立桿形式。腳手架立桿縱距為1.3 m，大橫桿間距為1.2 m，小橫桿間距為1.3 m。每5根立桿設(shè)置剪刀撐1道，傾角為45°～60°。腳手架與柱剛性連接，采用雙桿箍柱式橫向拉結(jié)，逢柱必抱，卸載層設(shè)在9層(標(biāo)高為30.25 m)。所有立桿金屬底座下墊5 cm厚通長腳手板，腳手架外立桿內(nèi)側(cè)掛密目安全網(wǎng)并封嚴，架子頂部高出屋面最高處1.2 m。

2 該工程腳手架的受力荷載

該工程腳手架上的荷載有永久荷載和可變荷載兩種。永久荷載不會隨時間而變化，主要包括立桿、縱橫向水平桿、剪刀撐、斜撐和扣件等結(jié)構(gòu)自重以及腳手板、欄桿、擋腳板、安全網(wǎng)等防護設(shè)施的質(zhì)量；可變荷載主要有施工荷載(包括作用在腳手架上施工作業(yè)人員、器具、堆材等的質(zhì)量)以及風(fēng)荷載等。以下是根據(jù)腳手架排距、步距、桿距、搭設(shè)高度等進行的立桿穩(wěn)定性分析。

3 腳手架立桿強度穩(wěn)定性驗算

3.1 幾何力學(xué)參數(shù)

該工程腳手架的立柱鋼管為Q235號鋼，每m質(zhì)量q0=0.038 4 kN/m；其抗彎、抗拉和抗壓容許應(yīng)力[σ]=205 MPa。鋼管直徑D=48 mm，壁厚t=3.5 mm；截面積A=489 mm2；截面抵抗矩w=5.0×103mm3；截面回轉(zhuǎn)半徑r0=15.8 mm；擋風(fēng)系數(shù)ψ=An/AW=0.4。松木腳手板質(zhì)量q1=0.25 kN/m2；單個扣件質(zhì)量q2=0.02 kN；施工荷載q3=2.70 kN/m2；安全網(wǎng)重q4=0.005 kN/m2；該工程所在地區(qū)的基本風(fēng)壓w0=0.35 kN/m2。

3.2 上層單立桿穩(wěn)定性驗算

該工程的卸載層設(shè)置在第9層，標(biāo)高30.25 m處，單立桿的驗算高度：H0=58.65-30.25=28.40(m)。必須滿足以下條件：

(1)

N=1.2(NGK+NQK)

(2)

NGK=H0×(gk1+gk3)+n1Lagk2

(3)

NQK=n1Laq3

(4)

Mw=0.85×1.4qWKh2/10=0.12qWKh2

(5)

qWK=LawKAn/AW

(6)

wk=0.7μsμzw0

(7)

式中：N——荷載的組合效應(yīng)質(zhì)量；φ——立桿穩(wěn)定性系數(shù)；A——立桿截面積；Mw——風(fēng)載彎距設(shè)計值；W——截面抵抗矩；fC——立桿強度；γa——荷載分項系數(shù)，查表可知γa=1.17；NGK——腳手架恒荷載；NQK——腳手架活荷載；qWK——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；wK——垂直腳手架外表面的基本風(fēng)壓；n1——單立桿腳手架鋪板層數(shù)，n1=2；la——立桿縱距，la=1.3 m；q3——施工荷載，q3=2.70 kN/m2；h——腳手架步高，h=1.8 m；An/AW——擋風(fēng)面積與迎風(fēng)面積的比值，An/AW=1.0；gK1——以每m架高計的構(gòu)架基本結(jié)構(gòu)桿部件的自重計算基數(shù)；gK2——以每m立桿縱距l(xiāng)a計的作業(yè)層面材料的自重計算基數(shù)；gK3——以每m架高計的外立面整體拉結(jié)桿件和防護材料的自重計算基數(shù)；μz——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；μs——風(fēng)載體型系數(shù)；w0——基本風(fēng)壓。

查《建筑施工手冊》可知：gK1=0.105 0，gK2=0.348 4，gK3=0.061 4；離地60 m高度，μz=1.77；μs=1.3An/AW=1.3。

經(jīng)計算，可得該工程腳手架單立桿荷載為：

NGK=28.40×(0.105 0+0.061 4)+2×1.3×0.348 4=5.63(kN)

NQK=2.7×1.3×2.0=7.02(kN)

N=1.2×(5.63+7.02)=15.18(kN)

垂直腳手架外表面的基本風(fēng)壓為：

wk=0.7×μs×μz×w0=0.7×1.3×1.77×0.35=0.563 7(kN/m2)

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：

qWK=1.30×1.0×0.563 7=0.732 8(kN/m)

風(fēng)載產(chǎn)生彎矩設(shè)計值為：

Mw=0.12×0.732 8×1.82=0.285(kN·m)

經(jīng)查表可知，計算長度系數(shù)：μ=1.75；故計算長度：L0=μh=1.75×1.80=3.15(m)；長細比：λ=L0/r0=3.15/0.015 8=199.4。

查表可知穩(wěn)定系數(shù)為：φ=0.180。

由(1)式可得：

已知[σ]=205 MPa，因fC<[σ]，故上層單立桿的強度和穩(wěn)定性均滿足要求。

3.3 立桿整體穩(wěn)定性驗算(標(biāo)高-0.45 m至55.55 m)

立桿驗算高度：H0=55.55+0.45=56.00(m)

其中：N=1.2(NGK+NQK)

Mw=0.85×1.4qWKh2/10=0.12qWKh2

qWK=laWKAn/AW

NGK=H0×(gk1+gk3)+n1lagk2

已知：n1：同時作業(yè)層數(shù)(n1=2)；gk1=0.105 0，gk2=0.348 4，gk3=0.061 4。

NGK=56×(0.105 0+0.061 4)+2×1.3×0.348 4=10.74(kN)

NQK=2.70×1.3×2.0=7.02(kN)

N=1.2×(10.74+7.02)=21.31(kN)

風(fēng)壓高度變化系數(shù)：

μz=1.77(離地60 m高)

風(fēng)載產(chǎn)生彎矩設(shè)計值：

Mw=0.12×7.328×1.82=2.85(kN·m)

經(jīng)查表可知，計算長度系數(shù)：μ=1.75；故計算長度：L0=μh=1.75×180=3.15(m)；長細比：λ=L0/r0=315/1.58=199.4。

查表可知穩(wěn)定系數(shù)為：φ=0.180。

由(1)式可得：

已知[σ]=205 MPa，因fC<[σ]，故立桿整體強度和穩(wěn)定性均滿足要求。

經(jīng)驗算，立桿的強度和穩(wěn)定性均滿足要求，考慮到施工現(xiàn)場的實際情況，仍采取斜拉鋼絲繩配合卡環(huán)與梁上對拉螺栓孔拉結(jié)的方式進行卸荷，卸荷點間距最大為6 m，如圖1所示。

4 結(jié)語

扣件式鋼管腳手架的特點是搭設(shè)高度高、裝卸方便、便于施工。為了保證扣件式鋼管腳手架安全適用、經(jīng)濟合理，在腳手架施工前要進行驗算，特別

圖1 鋼絲繩卸荷示意圖

是對立桿的驗算分析非常重要。該工程腳手架采用下層雙排雙立桿、上層雙排單立桿的特殊形式，卸載層位于樓高30 m處，設(shè)計得體、經(jīng)濟合理，經(jīng)驗算立桿的強度和穩(wěn)定性均滿足要求，保證了工程的順利施工。

參考文獻：

[1] 杜榮軍.建筑施工腳手架實用手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992.

[2] 岳峰，李國強.高層建筑施工附著整體升降鋼管腳手架[M].上海：同濟大學(xué)出版社，2007.

[3] 葉鴻方，劉崴，秦曉東.橋梁施工中普通扣件式腳手架的設(shè)計驗算[J].科技信息，2008(21)：468.

[4] 蔣紅慶，邱松，趙明.建筑施工扣件式鋼管腳手架工程設(shè)計計算的探討[J].重慶建筑，2011，10(5)：43-45.

[5] 陳少東，郭武華.外腳手架后置懸挑雙槽鋼卸載施工技術(shù)[J].廣東土木與建筑，2012(8)：36-38.