扣件式钢管脚手架的应用与几个关键问题

扣件式钢管脚手架的应用与几个关键问题

非点源连接方案的应用非常广泛，但从现场实际情况来看，存在一些不符合安全要求的问题。例如，水平端杆的配置不靠近主节点，剪刀支撑的倾斜杆连接不靠近主节点，斜杆连接的距离过大等。现就几个关键问题进行探讨。1钢管脚手架挡风系数1)行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011虽提供了脚手架上水平风载荷的计算式(4.2.5),但因地区不同、搭设高度和形式不同,在具体应用上,仍缺少脚手架风荷载值的直观概念。2)JGJ130-2011附录A,表A.0.5敞开式单、双排、满堂脚手架的挡风系数φ值为0.077~0.260,此值未计入张挂密目安全立网的挡风影响,JGJ130-2011第4.2.7条规定,密目安全立网全封闭脚手架挡风系数φ不宜小于0.8。3)张挂密目安全立网钢管脚手架的挡风系数φ,应由敞开式脚手架的挡风系数φj和密目安全立网的挡风系数φw组成。若以步距h=1.2m,纵距La=1.5m,钢管直径d=48.3mm的脚手架计算,其挡风系数φj=1.2(h+La+0.325h·La)d/h·La=1.2(1.2+1.5+0.325×1.2×1.5)0.0483/1.2×1.5=0.106。密目安全立网规格有多种,挡风系数不同,现以规格2300目/100cm2网孔面积1.3mm2计算,其挡风系数φw=1.2An/Aw=1.2[(10000mm2-2300×1.3mm2)/10000mm2]=0.841,其中An为挡风面积,Aw为迎风面积。现以上述步距、纵距张挂密目安全立网的钢管脚手架为例,背靠全封闭墙的综合挡风系数为φ=φj+φw-φj·φw/1.2=0.106+0.841-0.106×0.841/1.2=0.873;背靠敞开、框架和开洞墙的综合挡风系数为1.3φ=1.135。4)JGJ130-2011第4.2.5条规定钢管脚手架上的水平风荷载标准值为Wk=μz·μs·Wo(4.2.5)式。式中μz——风压高度变化系数;μs——脚手架风载荷体型系数(挡风系数);wo——重现期10年对应的基本风压值,内陆地区,风力等级一般为8~10级,8级风速为17.2~20.7m/s,对应的基本风压为0.18~0.27kN/m2;9级风速为20.8~24.4m/s,对应的基本风压为0.27~0.37kN/m2;10级风速为24.5~28.4m/s,对应的基本风压为0.37~0.50kN/m2。今取wo=0.30kN/m2地区钢管脚手架(挂密目安全立网)的水平风载荷,计算其标准值、设计值(kN/m2),如表1所示。2脚手架容细比的限值1)立杆、纵向水平杆、横向水平杆三杆紧靠的扣接点,称为主节点。应使脚手架形成通过主节点传力的空间架构体系(见图1)。2)施工现场经常看到脚手架横向水平杆远离主节点、不规则放置或拆去现象。横向水平杆是保证脚手架横向稳定的杆件,必不可缺。为保证脚手架稳定,必须限值立杆的长细比(即立杆的计算长度与立杆回转半径之比)。因脚手架扣件连接是半刚性的,其计算长度为主节点间竖向间距乘以计算长度系数。JGJ130-2011规范规定单排、双排脚手架的容细比分别为[λ]=230、[λ]=210。按此推算,单排架主节点竖向最大间距为1.82~2.02m,双排架主节点竖向最大间距为1.84~2.20m。拆去一根横向水平杆,则超过容细比限值,脚手架即处于失稳状态。为此JGJ130-2011第6.2.3条(强制性条文)规定,主节点处必须设置一根横向水平杆,用直角扣件扣接且严禁拆除。3)双排脚手架的外排立杆和内排立杆应对正,使横向水平杆都设置在立杆的同一侧,以便斜杆在主节点处扣接,若因脚手板支承等需要,可在纵距间另加横向水平杆。3连墙件的覆盖面积1)连墙件是钢管脚手架在水平风荷载和平面外变形轴向力作用下保证脚手架横向稳定的构造措施。连墙件的设置应与各地区风载荷值和覆盖面积相协调,并靠近主节点设置。连墙件的设置,是以可能出现的最大风压为依据来保证脚手架安全的,但最大风压并不经常出现,一般情况下,风压仅为最大风压的1/3或1/2,所以连墙件覆盖面积大、扣件的抗滑移能力不足,并未造成安全问题,易给人以脚手架安全的错觉,一旦遭遇最大风压,采取措施不及时,必然造成重大损失。2)JGJ130-2011表6.4.2所列单、双排落地钢管脚手架连墙件的最大覆盖面积为40m2,这仍是沿用JGJ130-2001中的表值,仅适用于未张挂密目安全立网的钢管脚手架。张挂密目安全立网的脚手架,挡风系数比不张挂密目安全立网脚手架的挡风系数增大3~5倍,因而连墙件的设置应调整其覆盖面积并采用双扣件以增加抗滑移能力。3)JGJ130-2011第6.4.4条(强制性条文)规定,开口型脚手架两端必须设置连墙件,连墙件的垂直间距不应大于建筑物的层高,并且不应大于4m。从以下的探讨可见,此值对非开口型脚手架也是适用的。连墙件的水平间距,不宜大于3个脚手架纵距。按此要求,若以建筑物层高4m,3个脚手架纵距长度为6m计算,则连墙件最大覆盖面积4m×6m=24m2,若以居住建筑层高3m,3个脚手架纵距长度为6m计算,则连墙件最大覆盖面积为3m×6m=18m2。4)连墙件用材料可有多种,通常以用脚手架短钢管和扣件组合比较方便。使用钢管与扣件组合时,其轴向力设计值由扣件的抗滑移承载力决定,一个扣件的抗滑移承载力设计值为8kN,2个扣件的抗滑移承载力设计值为0.9×2×8kN=14.4kN。0.9为考虑双扣件间隙影响的降低系数。5)在具体应用时,水平风载荷如按重现期10年对应的风压值Wo=0.30kN/m2计算:地面粗糙度为B类时,当脚手架总高≤24m(背靠敞开、框架和开洞墙)的水平风压设计值为0.62kN/m2,连墙件(采用双扣件)的最大覆盖面积,对于单排脚手架,其最大覆盖面积应不大于[14.4kN(双扣件)-2kN(平面外变形力)]/0.62kN/m2=20.0m2;对于双排脚手架,其最大覆盖面积应不大于[14.4kN-3kN(平面外变形力)]/0.62kN/m2=18.4m2。当脚手架高度>37m而≤50m(背靠敞开、框架和开洞墙)时,水平风压设计值为0.77kN/m2,对于双排脚手架的最大覆盖面积应不大于(14.4kN-3kN)/0.77kN/m2=14.8m2。对于地面粗糙度为A类或风压大于0.30kN/m2地区,连墙件的覆盖面积还应相对减小。当然对于地面粗糙度为C类、D类时可相应增大。6)据上分析,地面粗糙度为B类,装饰用钢管脚手架高度≤24m,张挂密目安全立网的连墙件设置,其覆盖面积宜为2步3跨,即2步×2m×3跨×1.5m=18m2。结构用钢管脚手架,高度≤24m,张挂密目安全立网的连墙件设置,其覆盖面积宜为2步3跨,即2步×(1.4~1.5m)×3跨×1.5m=(12.6~13.5m2)或3步3跨,即3步×1.2m×3跨×1.5m=16.2m2。7)连墙件的设置一般设在楼层混凝土结构处,其轴向力设计值如表2、表3所示。4斜杆节点质量控制1)保证钢管脚手架施工安全,应十分重视脚手架的整体稳定,剪刀撑是保证钢管脚手架纵向横向稳定,防止纵向位移扭转变形的必要措施。从施工现场看,钢管脚手架剪刀撑设置不规范的情况很多,如斜撑扣接不靠近主节点,斜撑两端扣接在立杆步距的中间,扣件间距过大,超过斜杆长细比限值等。2)JGJ130-2011第6.6.2条规定:剪刀撑斜杆应用旋转扣件固定在主节点处与之相交的横向水平杆伸出端上,旋转扣件中心线至主节点的距离不应大于150mm。为满足这一要求,一般脚手架设置的立杆间距应相等,纵向水平杆的间距也应相等(特殊情况除外),形成从上到下尺寸相等的方形或矩型框格,剪刀撑的斜杆才能扣接在主节点处。3)剪刀撑为受压、受拉杆件,按受压杆件计算。架体与斜杆连接扣件的间距不得大于斜杆的容许长细比。斜杆受压的容许长细比[λ]=250。因节点扣件的扭转刚度和扣件的配合间隙影响,还应引入计算长度系数1.27,则斜杆上扣件的最大间距应不大于[λ]·i/1.27=250×1.58cm/1.27=311cm。式中:i为φ48×3.5钢管的回转半径,1.27为计算长度系数。对于步距h=1.2m,纵距La=1.5m的脚手架,斜杆扣件可以隔步与主节点扣接,斜杆与水平杆的交角为58°,斜杆扣件的间距为283cm,步距大于1.4m的脚手架,斜杆隔步扣接的间距均超过容许长细比,因而斜杆应步步扣接。5水平剪刀撑的设置1)满堂脚手架,一般都不与建筑结构连接,且风荷载较大,必须具有可靠的稳定性。设置竖向剪刀撑、水平向剪刀撑,是防止整体失稳、扭转变形的必要措施。但从施工现场看,竖向剪刀撑设置不规范较多,水平向剪刀撑设置多有缺失或设置位置不当。2)满堂脚手架应在架体外侧四周及内部纵、横向每隔6~8m由底至顶设置连续竖向剪刀撑,当架体搭设高度在8m及以下时,应在架体顶部设置连续水平剪刀撑;当架体搭设高度在8m及以上时,应在架体底部、顶部及竖向每隔不超过8m分别设置连续水平剪刀撑。水平剪刀撑宜在竖向剪刀撑斜杆相交平面处设置。剪刀撑宽度应为6~8m。3)水平剪刀撑应用旋转扣件固定在与之相交的立杆上,旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于150mm。水平剪刀撑可以有效防止架体的整体扭转变形。4)满堂脚手架的高宽比不宜大于3,当高宽比大于2时,应在架体的外侧四周和内部水平间隔6~9m、竖向间隔4~6m设置连墙件与建筑结构拉结,当无法设置连墙件时,应采取设置钢丝绳、地锚张拉固定,保证整体稳定。但应在一条轴线上对称张拉,注意立杆垂直。5)为使设置剪刀撑达到上述要求,满堂脚手架立杆的纵距、横距和水平杆的步距必须分别相等,纵、横向水平杆均应靠在立杆的同一侧,以便竖向、水平向剪刀撑的斜杆成同一角度靠近主节点。斜杆与水平杆的交角宜为45°~60°。等距立杆设置,局部不满足承载力要求时,可在等距立杆之间增加辅助立杆,与水平杆双向拉结,既不影响剪刀撑的设置,也不影响架体的整体稳定。6)水平剪刀撑的扣件与架体连接的间距不得大于斜杆的容许长细比、水