淺述落地式滿堂扣件腳手架承載力計(jì)算及材料用量估算

楊希南

比亞迪汽車工業(yè)有限公司 廣東 深圳 518118

引言

腳手架是建筑、市政等工程中的重要臨時(shí)性施工工具，20世紀(jì)60年代以來(lái)各種形式的腳手架都被研究和開發(fā)出來(lái)。

扣件式腳手架是目前使用最為廣泛的一種腳手架品種，主要由由鋼管和扣件組成；滿堂扣件式腳手架在縱、橫方向，由不少于三排立桿與水平桿、水平剪刀撐、扣件等構(gòu)成。而落地式腳手架則是直接從地面或者樓板面開始搭設(shè)。

扣件式腳手架具有：①承載力大②裝拆方便③搭設(shè)靈活④造價(jià)低等特點(diǎn)，在各類工程中都得到了大量的應(yīng)用。

1 應(yīng)用實(shí)例

某云軌項(xiàng)目為方便機(jī)車調(diào)試，需搭建一處臨時(shí)調(diào)車平臺(tái)，要求搭設(shè)長(zhǎng)度60m，寬度4.5m，高度8.5m。

該調(diào)車平臺(tái)需為調(diào)試人員提供了一個(gè)穩(wěn)定可靠的通行和作業(yè)的平臺(tái)，且會(huì)有少量工機(jī)具臨時(shí)堆放?？紤]使用落地式滿堂扣件腳手架搭建該平臺(tái)，根據(jù)上述需求以及規(guī)范[1]要求得到載荷和尺寸參數(shù)如下：腳手板自重0.30kN/m2，欄桿自重0.15kN/m，材料最大堆放荷載1.00kN/m2，施工活荷載2.50kN/m2，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值170kN/m2，基礎(chǔ)底面擴(kuò)展面積0.250m2，地基承載力調(diào)整系數(shù)0.40；腳手架的縱距、橫距以及步距均為1.2m；采用尺寸為φ48.3×3.6的普通鋼管。

扣件腳手架承載力計(jì)算主要分為4類：①縱向、橫向水平桿的強(qiáng)度計(jì)算②扣件的抗滑承載力計(jì)算③立桿穩(wěn)定性計(jì)算④地基承載力計(jì)算。

1.1 縱向、橫向水平桿強(qiáng)度計(jì)算

水平桿的強(qiáng)度計(jì)算主要分為①抗彎強(qiáng)度計(jì)算②撓度計(jì)算。以縱向水平桿強(qiáng)度計(jì)算為例，首先根據(jù)腳手板以及欄桿重量計(jì)算出靜荷載再根據(jù)堆放材料以及施工荷載計(jì)算出活荷載考慮三跨連續(xù)梁均布荷載作用下的最大彎矩，且應(yīng)考慮靜荷載與活荷載的計(jì)算值最不利分配的彎矩和。再根據(jù)式1和式2，代和，即得到最大彎矩與最大支座反力值，進(jìn)而根據(jù)式3求得縱向水平桿的抗彎強(qiáng)度遠(yuǎn)小于鋼管的容許抗彎強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

最大撓度采用式4進(jìn)行計(jì)算，得到最大撓度遠(yuǎn)小于容許撓度1200/150mm與10mm中取較小值者，滿足規(guī)范要求。

對(duì)于橫向水平桿的強(qiáng)度計(jì)算，則需按照集中荷載作用下的連續(xù)梁計(jì)算，集中荷載取前述式2中求得的最大支座反力，經(jīng)過(guò)連續(xù)梁的計(jì)算得到，抗彎強(qiáng)度最大撓度均小于容許值，滿足規(guī)范要求。

1.2 扣件的抗滑承載力計(jì)算

縱向或橫向水平桿與立桿連接時(shí)，扣件的抗滑承載力按照下式計(jì)算：

其中代表扣件抗滑承載力設(shè)計(jì)值，單扣件取8.00kN，雙扣件取12.00kN；代表縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設(shè)計(jì)值。

在計(jì)算中取最大支座反力，本例中取縱、橫向水平桿最大支座反力的較大值，即9.89kN。本項(xiàng)目扣件腳手架均采用雙扣件形式，故扣件的抗滑承載力滿足規(guī)范要求。

1.3 立桿穩(wěn)定性計(jì)算

在計(jì)算立桿穩(wěn)定性前，需要先計(jì)算包括腳手架自重在內(nèi)的靜荷載和活荷載以及風(fēng)荷載，因本項(xiàng)目的調(diào)車平臺(tái)處于少風(fēng)或無(wú)風(fēng)地帶，故不考慮風(fēng)荷載影響。根據(jù)前述荷載參數(shù)，計(jì)算可得靜荷載=3.797kN ，動(dòng)荷載=3.600kN。在不考慮風(fēng)荷載時(shí)，立桿的穩(wěn)定性計(jì)算公式如式6所示，其中立桿軸向壓力由式7求得，軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，應(yīng)根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比查規(guī)范取值，在計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比前應(yīng)參照式8求得桿件的計(jì)算長(zhǎng)度，A為立桿的截面面積。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到長(zhǎng)細(xì)比滿足規(guī)范要求，故立桿穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

1.4 地基承載力計(jì)算

立桿基礎(chǔ)底面的平均壓力應(yīng)滿足式9的要求，其中應(yīng)根據(jù)式10計(jì)算

其中，為立桿基礎(chǔ)底面的平均壓力；為上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的軸向力設(shè)計(jì)值，按2.3節(jié)取值；為基礎(chǔ)底面面積；為腳手架地基承載力調(diào)整系數(shù)；為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

經(jīng)計(jì)算可得，故地基承載力滿足規(guī)范要求。

經(jīng)過(guò)上述四類計(jì)算，可認(rèn)為該落地式滿堂扣件腳手架從設(shè)計(jì)上符合規(guī)范的相關(guān)要求，但在實(shí)際搭建過(guò)程中還需滿足規(guī)范的搭接和構(gòu)造要求，方能確保該腳手架的安全性和可靠性。

2 材料用量估算

本文直接參考該腳手架的三維模型，分別計(jì)算立桿、縱橫向橫桿、剪刀撐、直角扣件、對(duì)接扣件、旋轉(zhuǎn)扣件的數(shù)量，從而能比較精確的計(jì)算各種部件的用量，計(jì)算結(jié)果如下：

立桿用量=2059.13m；橫桿用量=4047.26m；剪刀撐用量=531.25m；鋼管總用量=6836.73m；直角扣件用量=4335個(gè)；對(duì)接扣件用量=1367個(gè)；旋轉(zhuǎn)扣件用量=410個(gè)。

對(duì)比上述材料用量的估算與實(shí)際用到的材料量，兩者之間只有不到6%的誤差，整體上是比較準(zhǔn)確的。

[1]JGJ130-2011.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)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.