按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》进行设计计算初探

按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》进行制定计算初探建设部公布的《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》〔以下简称“规范〞〕，已从2001年6月1日起开始正式施行，这是我国公布的第一个该类型脚手架国家规范，它适用于工业与民用建筑施工落地式〔底撑式〕单、双排扣件式钢管脚手架的制定与施工，以及水平混凝土结构工程施工中模板支架的制定与施工。《规范》中规定“扣件钢管脚手架施工前，应按本规范的规定对脚手架结构构件与立杆地基承载力进行计算〞，从而规范了该类脚手架的制定计算和施工过程。本文现就以高层建筑施工中使用较为广泛的一种脚手架搭设形式为例，依据《规范》的要求说明进行该类脚手架制定计算的主要过程。术语及符号同JGJ130－2001规定。1．制定说明1．1本制定以深圳市建筑施工中使用较为广泛的全封闭双排结构脚手架为例；1．2脚手架的制定尺寸为：立杆横距lb=1.05m，立杆纵距la=1.5m，步距h=1.8m。1．3本制定中所采纳的脚手板为深圳地区使用较为广泛的钢笆片，其自重标准值为0.125kN/m2。具体做法是〔如图2〕，在两立杆间的横向水平杆上等距设置四根纵向水平杆，将钢笆片用铅丝固定在这四根纵向水平杆上。横向水平杆的外伸部分采纳木脚手板，其自重标准值为0.35kN/m2。图2横向水平杆计算简图1．4本制定中采纳的是由钢管、扣件以及预埋钢筋组成的刚性连墙件，其间距为两步三跨。具体做法如图3。图3连墙件示意图1．5本例所有钢管尺寸都为φ48×××1.66mm，自重标准值为0.5kg/m2。外径φ〔d〕壁厚t截面积A惯性矩I截面模量W回转半径i每米长质量mmmmcm2cm2cm2cm2kg/m481．6深圳地区基本风压值wo=0.7kN/m2，风压高度系数按C类地面粗糙度取值。H=5m时，μz=0.54；H=50m，μz=1.36。1．7本例脚手架立杆基础采纳压实填土基础，填料为土夹石，碎石、卵石的含量在30%~50%，土分层回填平整夯实后的密实度为0.94~0.97，其承载力标准值取180kN/m2。然后采纳长2.0m，宽200mm，厚60mm的木反作为垫木，将立杆布置在垫土的中心线上。〔如图4〕图4基础示意图2．制定计算2．1纵、横向水平杆计算2．1．1纵向水平杆的抗弯强度和挠度计算〔按三跨连续梁，见图1〕图1纵向水平杆计算简图×K=3××××q×××σ××103=67.43N/mm2＜f=205N/mm2υ=2.21mm＜〔υ〕=la/150=10mm2．1．2横向水平杆的抗弯强度和挠度计算×××××××××3×××·m2．1．3扣件的抗滑承载力由图3可知，RA=5.8017kN＜Rc〔=8kN〕，所以能满足抗滑要求。2．2立杆计算2．2．1立杆稳定性计算〔以规范同意搭设的最大高度50m，计算底层立杆段〕〔1〕计算部位应依据风荷载产生弯曲压应力大小确定，故先计算风荷载产生的压应力。An=5980(mm)2〔略〕AW=10000(mm)2μμ××·m××〔2〕计算脚手架自重标准值产生的轴向力NGlK；由《规范》附录A表A-1查得一个柱距范围内每米高脚手架自重产生的轴心压力标准值Gk=0.1248kN/m，则50m高脚手架结构自重产生轴心压力标准值为：NGlK=h·gk=50×〔3〕计算构配件自重标准值产生的轴向力NGlk〔结果如下表〕：构立配杆件脚手板〔N〕栏杆〔N〕挡脚板〔N〕安全网〔N〕NG2K〔N〕内立杆492.2+315外立杆1728189375注：①脚手板的辅设按《规范》7.3.12条规范，自顶层作业层往下每隔12m满铺一层，共计5层，其自重为〔5×125××××××2〕kN。②×15×30〕N；③脚手踢脚板为180mm高的木脚手板档板，自重为〔350×××2〕N；④安全网自重力〔5××50〕N。〔4〕计算外立杆施工荷载标准值产生的辅向力总和〔注：当计算里立杆时还应加上外伸部分的荷载〕=3×××〔5〕计算底层外立杆的轴向力制定值N×〔6〕计算底层外立杆稳定性查有知，×489〕+21.63=203.5N/mm2＜f=205N/mm2〔7〕按稳定性计算脚手架最大搭设高度H。==48353mm≈48m＞26m，所以还应按公式〔H〕=Hs/〔1+0.001Hs〕进行调整：〔H〕=Hs/〔1+0.001Hs〕=45m所以该脚手架的最大搭设高度为45m，即Hs≤45m。2．3连墙件计算〔以45m高处进行计算〕5m，〔1〕计算连墙件轴向力制定值N1μz=1.3，μ×××·wk·Aw××〔2××3×No=5kN∴〔2〕计算连墙件稳定承载力∵l=500mm，∴λ=l/I=70/1.58=44，∴×489〕=36.2N/mm2＜f=205N/mm2〔3〕计算扣件的抗滑移承载力直角扣件的抗滑移制定值Rc=8kN＜N1=15.433kN，所以抗滑移承载力不满足要求，可以减小连墙件的设置间距，也可采纳两只直角扣件与脚手架的内外立杆连接。〔4〕连墙件与墙体连接侧的钢管净截面强度计算和预埋钢筋的抗剪承载力计算钢管的净截面强度计算：σ=Nl/〔A-2×d×t〕=15433/〔489-2×20×＜f=205N/mm2预埋钢筋抗剪强度验算：τ=4Nl/〔2πd2〕=24.6N/mm2＜125N/mm2满足要求。2．4立杆地基承载力计算〔1〕计算地基承载力制定值fg=kc·×p=N/a=16450.250000=0.0658〔N/mm2〕∵p＜fg，∴地基满足要求。3．制定注意事项〔1〕新颁《规范》中对永久荷载、可变荷载的定义与以往参照资料中的相关定义有所区别。新颁《规范》中将架体的构、配件自重，包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重作为永久荷载，而在《建筑施工脚手架有用手册》中这一部分荷载是作为可变荷载合计的。这使得荷载的取值更加合理，更加便于理解。〔2〕在进行基础制定时应依据工程的实际地质状况进行严格的制定计算，对回填土的质量必须严格要求，需要时应改作灰土或沙石土夯填，并有防雨水浸泡措施；以防止基础在荷载和雨水的作用下产生显著沉降。基础施工完后应组织技术人员进行验收，合格后方可进行下道工序的施工。〔3〕从上例的计算过程中我们可以看出，新颁《规范》对连墙件的制定提出了严格的要求。例如，目前工程中普遍采纳钢管扣件作为连墙件，其间距通常为两步三跨或三步三跨，当采纳单扣件作为连接时，每个扣件的最大抗滑承载力只有8kN，减去连墙件约束架平体平面外的变形所产生的轴向力5kN，每个连墙件所能承受的风荷载只有3kN，显然这种连墙件在一些高层脚手架的制定中就无法满足规范的要求。所以，就应合计缩小连墙件的间距，或者采纳更可靠的连墙件。此外，高层脚手架的