論腳手架的設(shè)計(jì)計(jì)算要求和方法

錢(qián)周軍++宋鋼軍++張忠潮

摘 要：在實(shí)際工程中，因腳手架的設(shè)計(jì)和施工不當(dāng)導(dǎo)致工程質(zhì)量事故的案例是十分常見(jiàn)的，本文討論了腳手架的設(shè)計(jì)計(jì)算要求和方法。

關(guān)鍵詞：腳手架；設(shè)計(jì)；計(jì)算；要求；方法

Abstract： In practical engineering， design and construction scaffolding due to improper quality accident cases are very common， this paper discusses the design of scaffolding requirements and methods of calculation.

Keywords： scaffolding； design； computing； requirements； method

在建筑工程中，腳手架工程是很重要的分項(xiàng)工程，由于腳手架的設(shè)計(jì)和施工問(wèn)題導(dǎo)致工程質(zhì)量事故的案例是十分常見(jiàn)的，本文討論了腳手架的設(shè)計(jì)計(jì)算要求和方法。

腳手架既具有同類(lèi)建筑結(jié)構(gòu)的一些共同屬性。又具有自身的特殊性。不同的腳手架系列，由于桿件材料和構(gòu)架方式的不同，在設(shè)計(jì)計(jì)算方面.有其共同點(diǎn)也有不同點(diǎn)。

1.腳手架的設(shè)計(jì)內(nèi)容

建筑施工腳手架的設(shè)計(jì)包含以下三項(xiàng)相互關(guān)聯(lián)的內(nèi)容。

（1）設(shè)置方案的選擇，包括：

1）腳手架的類(lèi)別；

2）腳手架構(gòu)架的形式和尺寸；

3）相應(yīng)的設(shè)置措施（基礎(chǔ)、支撐、整體拉結(jié)和附墻連接、進(jìn)出（或上下）措施等）。

（2）承載可靠性的驗(yàn)算，包括：

1）構(gòu)架結(jié)構(gòu)和桿件驗(yàn)算；

2）地基、基礎(chǔ)和其他支撐結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算；

3）專(zhuān)用加工件驗(yàn)算。

（3）安全使用措施，包括：

1）作業(yè)面的防（圍）護(hù)；

2）整架和作業(yè)區(qū)域（涉及的空間環(huán)境）的防（圍）護(hù)；

3）進(jìn)行安全搭設(shè)、移動(dòng)（升降）和拆除的措施；

4）安全使用措施。

2.腳手架構(gòu)架結(jié)構(gòu)的計(jì)算項(xiàng)目

（1）構(gòu)架的整體穩(wěn)定性計(jì)算?？赊D(zhuǎn)化為立桿穩(wěn)定性計(jì)算。

（2）單肢立桿的穩(wěn)定性計(jì)算。當(dāng)單肢立桿穩(wěn)定性計(jì)算已包括在整體穩(wěn)定性計(jì)算中，且立桿未顯著超出構(gòu)架的計(jì)算長(zhǎng)度和使用載荷時(shí)，可以略去此項(xiàng)計(jì)算。

（3）平桿的強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度計(jì)算。

（4）附著和連墻件的強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算。

（5）抗傾覆驗(yàn)算。

（6）懸掛件、挑支撐拉件的驗(yàn)算（根據(jù)其受力狀態(tài)確定驗(yàn)算項(xiàng)目）。

（7）地基基礎(chǔ)和支撐結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算。

3.腳手架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的方法

各種腳手架結(jié)構(gòu)都屬于臨時(shí)性建筑結(jié)構(gòu)范疇，因此，一律采用《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ 68—1984）[新標(biāo)準(zhǔn)為《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068—2001）]規(guī)定的“概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法”，其基本概念扼要介紹如下：不論什么結(jié)構(gòu)，當(dāng)其整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，這個(gè)特定狀態(tài)就稱(chēng)為該功能的極限狀態(tài)。

結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)有兩類(lèi)。

（1）承載能力極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到其最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形的某一特定的狀態(tài)。對(duì)于建筑工程結(jié)構(gòu)，當(dāng)出現(xiàn)下列狀態(tài)時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了承載能力極限狀態(tài)：

1）整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；

2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的承載因超過(guò)材料的強(qiáng)度而破壞（包括疲勞）或因出現(xiàn)過(guò)度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載；

3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；

4）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）。

（2）正常使用極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的特定狀態(tài)。對(duì)于建筑工程結(jié)構(gòu)，當(dāng)出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了正常使用狀態(tài)：

1）影響正常使用的外觀的變形；

2）影響正常使用的耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；

3）影響正常使用的振動(dòng)；

4）影響正常使用的其他特定狀態(tài)。

對(duì)于建筑腳手架結(jié)構(gòu)（包括使用腳手架材料組裝的支撐架）來(lái)說(shuō)，由于對(duì)構(gòu)架桿配件的質(zhì)量和缺陷都作了規(guī)定，且在出現(xiàn)正常使用極限狀態(tài)時(shí)會(huì)有明顯的征兆和發(fā)展過(guò)程，有時(shí)間采取相應(yīng)措施而不會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性事故。因此，在腳手架設(shè)計(jì)時(shí)一般不考慮正常使用極限狀態(tài)，而主要考慮其承載能力極限狀態(tài)。

在上述4種承載能力極限狀態(tài)中，傾覆問(wèn)題可通過(guò)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和附墻拉結(jié)來(lái)解決（對(duì)拉結(jié)件進(jìn)行抗水平力作用的計(jì)算）；轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系的問(wèn)題也可用合理的構(gòu)造（如加設(shè)適量的斜桿和剪刀撐）來(lái)解決而不必計(jì)算。因此應(yīng)考慮的是強(qiáng)度和穩(wěn)定的計(jì)算。而腳手架整體或局部喪失穩(wěn)定破壞是腳手架破壞的主要危險(xiǎn)所在，因而是最主要的設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目。

對(duì)于結(jié)構(gòu)的各種極限狀態(tài)，均應(yīng)規(guī)定或給予明確的標(biāo)志或限值，即給定或預(yù)先規(guī)定用以度結(jié)構(gòu)的可靠度的可靠指標(biāo)。

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能（即設(shè)計(jì)要求）的概率，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的可靠度。它是結(jié)構(gòu)可靠性的概率量度，并采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法確定。在各種因素的影響下，結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的能力不能事先確定，只能用概率來(lái)描述。這是從統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)出發(fā)的、比較科學(xué)的方法。

能夠完成預(yù)定功能的概率稱(chēng)為“可靠概率”（Ps），不能完成預(yù)定功能的概率為“失效概率”（Pf）*，Ps+Pf=1。Ps和Pf都可以用來(lái)度量結(jié)構(gòu)的可靠性，而一般習(xí)慣于采用后者。但計(jì)算pf比較復(fù)雜。需要通過(guò)多維積分，因而采用可靠指標(biāo)口來(lái)代替Pf具體量度結(jié)構(gòu)的可靠性。endprint

pf和β的計(jì)算式由結(jié)構(gòu)的“極限狀態(tài)方程”（Z=R S=0，Z為結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，S為作用效應(yīng)，R為結(jié)構(gòu)抗力）導(dǎo)出。設(shè)R、S均為正態(tài)變量，則Z亦為正態(tài)變量。

β和Pf的對(duì)應(yīng)關(guān)系列入表1中?？梢钥闯?，β愈大，pf愈小，結(jié)構(gòu)愈可靠，故稱(chēng)β為“可靠指標(biāo)”。

該標(biāo)準(zhǔn)確定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的β值（歷史經(jīng)驗(yàn)總結(jié)）列入表2中。

I級(jí)——重要建筑物，破壞后果很?chē)?yán)重；

Ⅱ級(jí)——一般建筑物，破壞后果嚴(yán)重；

Ⅲ級(jí) ——次要建筑物，破壞后果不嚴(yán)重。

由于“概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法”中所涉及的作用效應(yīng)和抗力值等都是以大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)并經(jīng)過(guò)概率分析后確定的，而對(duì)于各種腳手架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，雖然也作了一些工作，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到用概率理論確定它的數(shù)據(jù)的程度。為了與現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范的計(jì)算理論和方法銜接，以便可以利用它們的計(jì)算方法和有關(guān)適合的數(shù)據(jù)，就必須給腳手架的計(jì)算穿上概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的“外衣”，而所用的計(jì)算方法實(shí)際上仍是半理論和半經(jīng)驗(yàn)的，有待以后繼續(xù)積累數(shù)據(jù)，向真正的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法過(guò)渡。

因此，建筑腳手架結(jié)構(gòu)可靠度的校核方法規(guī)定為：按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法計(jì)算的結(jié)果.在總體效果上應(yīng)與腳手架使用的歷史經(jīng)驗(yàn)大體一致。亦即按新方法設(shè)計(jì)的腳手架結(jié)構(gòu)，如按原《工業(yè)與民用建筑載荷規(guī)范》（TJ9—1974）、原《薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（TJl8—1975）和原《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范））（GBJ5—1973）進(jìn)行安全度校核，其單一安全系數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：

強(qiáng)度計(jì)算 K≥1.5；

穩(wěn)定計(jì)算 K≥2.0。

當(dāng)不能滿(mǎn)足上述要求時(shí)，主要應(yīng)通過(guò)調(diào)整材料強(qiáng)度附加分項(xiàng)系數(shù) （ ， ， ）來(lái)解決。必要時(shí)，也可采取其他有效措施（調(diào)整構(gòu)架結(jié)構(gòu)、卸載等）。

參考文獻(xiàn)

[1] 周?chē)?guó)恩、周兆銀.建筑工程施工技術(shù).重慶：重慶大學(xué)出版社，2011

[2] 李繼業(yè)、黃延麟.腳手架基礎(chǔ)知識(shí)和施工技術(shù).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012

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【文章編號(hào)】1006-2688（2017）07-0068-02

【作者簡(jiǎn)介】錢(qián)周軍（1968-），男，浙江嵊州人，工程師，研究方向：工程施工管理。endprint