采用midas軟件對(duì)某假區(qū)項(xiàng)目落地腳手架的受力計(jì)算研究

劉春，范宗凱，徐松艷，齊艷濤，許國(guó)偉

（1.文山州路橋有限責(zé)任公司 云南 文山663000）

（2.云南省建筑科學(xué)研究院有限公司 云南 昆明650223）

0 引言

隨著建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的不斷發(fā)展，各種高層建筑以及跨度的結(jié)構(gòu)形式如雨后春筍的成長(zhǎng)起來(lái)，施工過(guò)程中采用各式各樣的澆筑方式，高支架體系的應(yīng)用也越來(lái)越廣，但高支架安全事故發(fā)生的越來(lái)越多[1]，給企業(yè)與群眾帶來(lái)了重大的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡，對(duì)此，高支架的穩(wěn)定性分析與安全驗(yàn)算顯得尤為重要。以某度假區(qū)項(xiàng)目為背景對(duì)高支外爬架特點(diǎn)進(jìn)行了研究，對(duì)扣件式腳手架搭建技術(shù)做了闡述，對(duì)支架的整體受力、整體穩(wěn)定性及單個(gè)桿件受力進(jìn)行了受力分析，為以后類(lèi)似的扣件式高支外爬架施工提供了借鑒作用，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，確保現(xiàn)場(chǎng)施工安全可靠，起到減少坍塌安全事故發(fā)生的概率[2]。

1 工程概況

項(xiàng)目工程建設(shè)面積56 948.81m2（其中地上面積44 261.21 m2，地下面積12 687.6 m2），建筑最大高度為1#樓公區(qū)12米,2#-8#樓均為客房樓。地下車(chē)庫(kù)1層。地下室落地式腳手架搭設(shè)及主樓地下室至頂層（1#樓2層、2#樓3層、3#樓-1層，4#/5#/6#樓2層，7#/8#樓3層，主樓及地下車(chē)庫(kù)地下室1層）落地式腳手架搭設(shè)設(shè)計(jì)：地下室落地式腳手架全部采用雙排鋼管腳手架（地下室底板至首層最大高度為8.5m），地下室頂板以上結(jié)構(gòu)采用從地下室頂板搭設(shè)的雙排落地式鋼管腳手架，最大高度為15.5m。

2 工藝技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最大地下室層結(jié)構(gòu)外圍落地式腳手架從底板至首層，架體高度約8.5m，采用落地式雙排腳手架搭設(shè)；地下室底板至頂層落地式腳手架，架體最大高度為16m高度，采用落地式雙排腳手架搭設(shè)。本方案以地上最大搭設(shè)高度16m的架體進(jìn)行設(shè)計(jì)，其他架體按此進(jìn)行搭設(shè)；搭設(shè)流程如圖1：

圖1 搭設(shè)流程圖

3 腳手架參數(shù)

腳手架參數(shù)如表1所示。

表1 腳手架參數(shù)表

4 軟件計(jì)算的特點(diǎn)

軟件計(jì)算主要提供輸入的支架體系參數(shù)及荷載體系參數(shù)，在計(jì)算過(guò)程中將不同工況荷載進(jìn)行組合，選出最不利工況的荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果可進(jìn)行總體查看，也可以進(jìn)行細(xì)部單獨(dú)查看?？伸`活輸入支架參數(shù)的長(zhǎng)度、厚度、鋼材型號(hào)及荷載組合，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際其他施工經(jīng)驗(yàn)，將計(jì)算結(jié)果控制在一定的安全系數(shù)內(nèi)，同時(shí)兼顧施工支架成本進(jìn)行靈活調(diào)整計(jì)算，快速、準(zhǔn)備、高效[3]。

5 典型外爬落地架計(jì)算

5.1 結(jié)構(gòu)概述

本支架計(jì)算書(shū)適用于建筑工程外爬落地架施工，選取最高工況，腳手架最高高度為16m，落地支架的布置圖如下所示，在中間層適當(dāng)高度選取兩層做竹膠板鋪設(shè)，其余的層用鋼笆網(wǎng)鋪設(shè)，竹膠板主要用于防止高空零碎的物體下落砸傷作業(yè)人員。作業(yè)人員最高作業(yè)高度在14m高度位置，其余2.1m作為防護(hù)高度。如圖3，4所示，立桿步距1.8m中間設(shè)置一根欄桿，然后外側(cè)用密目網(wǎng)覆蓋，綁扎牢固即可保證安全?？缇?.5m設(shè)置一道剪刀撐，所有鋼材均采用Q235鋼材。

5.2 荷載種類(lèi)及大小

（1）支架荷載主包括：①腳手架、竹膠板及鋼笆網(wǎng)自重按Midas civil軟件計(jì)算；②人群機(jī)具荷載；③風(fēng)荷載。

（2）支架體系自重荷載：腳手架、對(duì)拉桿及頂托絲桿容重為76.9825kN/m3，方木、竹膠板容重為5kN/m2，在邁達(dá)斯軟件中能計(jì)入鋼材桿件與木材料的自重。

（3）人群機(jī)具荷載：結(jié)構(gòu)施工時(shí)同時(shí)取2個(gè)作業(yè)層，每層活荷載標(biāo)準(zhǔn)值3.0kN/m2，每個(gè)作業(yè)層長(zhǎng)度為45m，每層取12個(gè)局部面受力，每個(gè)局部面受力4kN，相當(dāng)于每個(gè)點(diǎn)1.35（1.3.5=1.5*0.9）平方站4個(gè)100kg作業(yè)人員。

（4）風(fēng)荷載：因工地地點(diǎn)常年風(fēng)力較大，取風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值ωk=0.37kN/m2，作用在密目網(wǎng)與腳手架系統(tǒng)上，因?yàn)橛袃刹饺缬羞B墻件桿，故可以換算成作用在外側(cè)豎桿與大橫桿和欄桿上的線(xiàn)荷載為0.15kN/m。

5.3 支架驗(yàn)算

參考類(lèi)似計(jì)算案例建立模型，根據(jù)支架荷載計(jì)算[4]，把所有荷載加至支架上，然后分析計(jì)算（見(jiàn)圖2）。

圖2 支架整體組合應(yīng)力模型圖

由圖2右邊的數(shù)據(jù)可看出整體支架系統(tǒng)中桿件受力中最大的組合應(yīng)力數(shù)據(jù)為5.73422e+001N/mm2即57.3MPa，從總體看桿件應(yīng)力，依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2017),可知Q235鋼材抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為215MPa，除以1.3的安全系數(shù)后為165.3MPa＞57.3MPa，滿(mǎn)足施工要求（以下類(lèi)似）。

立桿強(qiáng)度驗(yàn)算（見(jiàn)圖3）：

圖3 支架立柱應(yīng)力圖（單位：MPa）

由圖3可知鋼管支架最大組合應(yīng)力76.4MPa＜215/1.3MPa，滿(mǎn)足施工要求。

水平桿強(qiáng)度驗(yàn)算（見(jiàn)圖4）：

圖4 水平桿應(yīng)力圖（單位：MPa）

由圖4的計(jì)算結(jié)果可知，水平桿最大組合應(yīng)力σ=30.2MPa＜[σ］=215/1.3MPa，故水平桿應(yīng)力滿(mǎn)足規(guī)范要求。

橫向斜桿強(qiáng)度驗(yàn)算（見(jiàn)圖5）：

圖5 橫向斜桿組合應(yīng)力圖（單位：MPa）

由圖5的計(jì)算結(jié)果可知，橫向斜桿最大組合應(yīng)力σ=8.57MPa＜[σ］=215/1.3MPa，故橫向斜桿應(yīng)力滿(mǎn)足要求。

支架剛度驗(yàn)算（見(jiàn)圖6）：

圖6 支架最大位移圖（單位：mm）

從圖6可知，支架最大相對(duì)位移fmax=0.5mm＜(1 500/150)=10mm,即支架剛度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

支架穩(wěn)定性驗(yàn)算（見(jiàn)圖7）：

圖7 支架臨界系數(shù)

由圖7的計(jì)算結(jié)果可知，支架臨界荷載系數(shù)=30＞4.2，故支架穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。（《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ7-2010彈性屈曲系數(shù)不小于4.2）。

6 結(jié)語(yǔ)

以扣件式鋼管腳手架為研究對(duì)象，以實(shí)際工程為背景對(duì)高支外爬架進(jìn)行了計(jì)算，通過(guò)midas軟件進(jìn)行了模擬分析，得出支架整體受力、整體位移、支架臨界系數(shù)（整體穩(wěn)定性）及支架單個(gè)桿件受力數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)整參數(shù)得出既能保證安全又能節(jié)約成本的搭設(shè)方案，是一種較為快速和準(zhǔn)確的驗(yàn)算方式，可以避免因計(jì)算失誤導(dǎo)致的坍塌安全事故發(fā)生[5]，可為以后類(lèi)似的扣件式高支架的設(shè)計(jì)和施工提供借鑒作用。