腳手架穩(wěn)定性優(yōu)化的工程應(yīng)用研究

武世地

（安徽文達(dá)信息工程學(xué)院 建筑工程學(xué)院， 安徽 合肥 231200）

0 引言

隨著超高層大跨度空間結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)足發(fā)展，外腳手架體系是施工的難題。圖1，由于腳手架的設(shè)計(jì)理論有待完善，搭設(shè)很大程度上依靠經(jīng)驗(yàn)，建筑結(jié)構(gòu)形式的變化會(huì)對(duì)支撐架體作出新的要求，全面了解腳手架的受力特點(diǎn)，使腳手架工程架體設(shè)計(jì)不斷得以優(yōu)化，是我們面臨的重要課題。

圖1 建筑腳手架支撐體系布局

1 腳手架搭設(shè)優(yōu)化在施工中的必要性

在施工中，腳手架搭設(shè)采用勞務(wù)分包。由于責(zé)任不夠明確，工程監(jiān)督管理責(zé)任缺失。施工中盲目趕工期，導(dǎo)致架體沒(méi)有形成完整的支撐系統(tǒng)，從而引起腳手架失穩(wěn)倒塌事故經(jīng)常發(fā)生。為了搞清支撐體系承載力穩(wěn)定性的影響因素，總承包單位對(duì)細(xì)節(jié)重點(diǎn)監(jiān)控:審查材料的規(guī)格數(shù)量等；控制管控節(jié)點(diǎn)；規(guī)范驗(yàn)收程序。在具體施工中力求懸挑工字鋼排列間距大小一致；腳手架立桿間距均勻；圖2，設(shè)置豎直方向剪刀撐[1]；圖3，保證腳手架體搭設(shè)美觀實(shí)用。杜絕僅憑經(jīng)驗(yàn)搭設(shè)，懸挑槽鋼底部封閉不嚴(yán)實(shí)。對(duì)材料及工具、外腳手架體平面和立面布置、細(xì)部構(gòu)造的優(yōu)化、材料的計(jì)劃、施工過(guò)程管理等作業(yè)工序加強(qiáng)優(yōu)化。腳手架搭設(shè)施工優(yōu)化對(duì)于有效預(yù)防工程安全事故的發(fā)生，具有積極深遠(yuǎn)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 外腳手架立桿均勻

圖3 外架剪刀撐連續(xù)布置圖

2 工程實(shí)例與分析

2.1 工程概況

滁州市城南新區(qū)某商住工程主樓33層，標(biāo)準(zhǔn)層層高2.9m，總建筑高度99.6m。主樓地下三層及首層結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，作為地下車(chē)庫(kù)及商業(yè)用房；二層及以

上結(jié)構(gòu)為剪力墻結(jié)構(gòu)，作為商業(yè)住宅樓。在兩種結(jié)構(gòu)變化部位（一層頂板）設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，且均為梁式轉(zhuǎn)換層,圖 4，為便于透視，轉(zhuǎn)換層頂板圖中未顯示。

圖4 該商住工程主樓底層結(jié)構(gòu)俯視圖

2.2 現(xiàn)場(chǎng)腳手架搭設(shè)施工優(yōu)化方案

腳手架優(yōu)化施工方案在實(shí)施中要加強(qiáng)監(jiān)管，監(jiān)控內(nèi)容有:⑴ 腳手板采用定尺鋼板網(wǎng)，提高防火性能和重復(fù)利用率，節(jié)約施工成本。⑵ 腳手架底部選擇花紋鋼板進(jìn)行底部封堵，圖5，提高周轉(zhuǎn)率和防火性能，承載力高，廢棄物容易清理且外觀美觀大方。⑶ 在架子工中，推廣使用電動(dòng)扳手，圖6，這樣使用過(guò)程安全方便，并且擰緊扣件后力矩宜控制在40N·m～65N·m。⑷ 懸挑腳手架平面施工方案不斷優(yōu)化，工字鋼懸挑伸出的距離和樓層受力的預(yù)埋件距離比值要受力合理[2]，立桿的跨距控制在1.5m左右，豎直方向剪刀撐角度控制在45。～60。為宜。圖7。⑸ 外腳手架的立桿間距宜控制在1.5m左右，大小一致均勻。嚴(yán)格監(jiān)控立桿的垂直度，偏差不得超過(guò) 10cm[3]。為了有效避免剪力墻開(kāi)洞和槽鋼直接懸挑，導(dǎo)致影響樓梯通行以及后期洞口的封堵問(wèn)題。施工優(yōu)化中采用三角支撐，提高了安全可靠性并且拆卸方便。圖8。（6）利用角鋼和工字鋼梁等支撐模板并且固定，從而使懸挑腳手架底部封閉。利用U型鋼環(huán)進(jìn)行聯(lián)梁的固定，這樣成本低并且周轉(zhuǎn)利用效率高。用經(jīng)緯儀加強(qiáng)監(jiān)控建筑物外腳手架大角的方正。

圖5 花紋鋼板封底外腳手架

圖6 電鉆和鉆尾自攻釘

圖7 外腳手架立面圖

圖8 外架三角支撐布置圖

2.3 外腳手架穩(wěn)定性理論計(jì)算和驗(yàn)證

(1)架體受力驗(yàn)算:大橫桿的計(jì)算，如圖9和10，大橫桿的腳手板和活荷載作為均布荷載計(jì)算大橫桿的最大彎矩和變形。均布荷載值計(jì)算:大橫桿的自重標(biāo)準(zhǔn)值P1=0.038kN/m；腳手板的荷載標(biāo)準(zhǔn)值:P2=0.350×1.050/2=0.184kN/m；活荷載標(biāo)準(zhǔn)值:Q=3.000×1.050/2=1.575kN/m；靜荷載的計(jì)算值:q1=1.2×0.038+1.2×0.184=0.267kN/m；活荷載計(jì)算值:q2=1.4×1.575=2.205kN/m?？箯潖?qiáng)度計(jì)算最大彎矩考慮為三跨連續(xù)梁均布荷載作用下，跨中最大彎矩如下(1):

跨中最大彎矩為 M1=(0.08×0.267+0.10×2.205)×0.800m2=0.155kN.m；支座最大彎矩公式如下(2):

圖9 大橫桿跨中最大彎矩和跨中最大撓度計(jì)算荷載組合簡(jiǎn)圖

圖10 大橫桿支座最大彎矩計(jì)算荷載組合簡(jiǎn)圖

支座最大彎矩為M2=-(0.10×0.267+0.117×2.205)×0.8002=-0.182kN·m；選擇支座和跨中彎矩的最大值進(jìn)行驗(yàn)算：σ=0.182×106/4729.0=38.522N/mm2； 大橫桿的計(jì)算強(qiáng)度小于205.0N/mm2,滿足要求。最大撓度考慮為三跨連續(xù)梁均布荷載作用下的撓度；公式如下(3):

靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值q1=0.038+0.184=0.222kN/m；活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 q2=1.575kN/m；

三跨連續(xù)梁均布荷載作用下的最大撓度:V=(0.677×0.222+0.990×1.575)×800.04/(100×2.06×105×113510.0)=0.299mm，大橫桿的最大撓度小于800.0/150與10mm,滿足要求。對(duì)于小橫桿的計(jì)算，小橫桿按照簡(jiǎn)支梁進(jìn)行強(qiáng)度和撓度計(jì)算，大橫桿在小橫桿的上面。用大橫桿支座的最大反力計(jì)算值，在最不利荷載布置下計(jì)算小橫桿的最大彎矩和變形。荷載值計(jì)算:大橫桿的自重標(biāo)準(zhǔn)值 P1=0.038×0.800=0.031kN；腳手板的荷載標(biāo)準(zhǔn)值:P2=0.350×1.050×0.800/2=0.147kN；活荷載標(biāo)準(zhǔn)值:Q=3.000×1.050×0.800/2=1.260kN；荷載的計(jì)算值:P=1.2×0.031+1.2×0.147+1.4×1.260=1.977kN。對(duì)于抗彎強(qiáng)度計(jì)算，最大彎矩考慮為小橫桿自重均布荷載與荷載的計(jì)算值最不利分配的彎矩和均布荷載最大彎矩公式如下(4):

集中荷載最大彎矩公式如下(5):

利用公式代入數(shù)據(jù)M=(1.2×0.038)×1.0502/8+1.977×1.050/4=0.525kN.m

σ=0.525×104/4729.0=111.098N/mm2,小橫桿的計(jì)算強(qiáng)度小于 205.0N/mm2,滿足要求。最大撓度考慮為小橫桿自重均布荷載與荷載的計(jì)算值最不利分配的撓度和

均布荷載最大撓度公式如下(6):

集中荷載最大撓度公式如下(7):

小橫桿自重引起的最大撓度為:V1=5.0×0.038×1050.004/(384×2.060×105×113510)=0.026mm；集中荷載下標(biāo)準(zhǔn)值為:P=0.031+0.147+1.260=1.438kN；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值在最不利分配的最大撓度大小為:V2=1437.720×1050.0×1050.0×1050.0/(48×2.06×105×113510.0)=1.483mm，最大撓度和為:V=V1+V2=1.509mm，小橫桿的最大撓度小于1050.0/150與 10mm,滿足要求?？奂够?jīng)過(guò)驗(yàn)證滿足要求。對(duì)于大小橫桿，選擇支座彎矩和跨中彎矩的最大值進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，大小橫桿的計(jì)算強(qiáng)度小于設(shè)計(jì)值,滿足要求；大橫桿的最大撓度滿足要求；考慮風(fēng)荷載時(shí)，立桿的穩(wěn)定性計(jì)算如下(8):

立桿的穩(wěn)定性經(jīng)計(jì)算σ<[f],滿足要求；水平鋼梁的穩(wěn)定性σ<[f],滿足要求；因此腳手架穩(wěn)定性滿足要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)采用外腳手架搭設(shè)施工優(yōu)化的工程實(shí)例分析研究，闡述了外腳手架的穩(wěn)定性機(jī)理。具體施工中，為了提高外腳手架的承載力穩(wěn)定性，我們要確保現(xiàn)場(chǎng)和資料一致，執(zhí)行安全施工操作規(guī)程，從而保證腳手架的施工安全。

[1]JGJ 130-2011，《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》[S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.6－9

[2]高菲；建筑施工懸挑腳手架受力性能試驗(yàn)研究[D]；鄭州大學(xué)；2014年 18－22

[3]易謙；懸挑腳手架在高層建筑施工中的應(yīng)用研究[D]；中南大學(xué)；2007年38－42