淺談風渦流作用中鋼管腳手架的連墻措施

潘保 陳健

JGJ 130-2001建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范6.4.7條規定:“架高超過40 m且有風渦流作用時,應采取抗上升翻流作用的連墻措施。”在高層建筑鋼管腳手架的施工搭設中,大家常常忽略了這個問題,使得高層建筑鋼管腳手架存在一定的安全隱患。事實上,風渦流作用力大小沒有規范參考值,也缺乏相關數據可供參考,落實該條文規定有一定的難度。本文通過對高層建筑的風環境分析,對鋼管腳手架抗上升翻流作用的連墻措施提出建議,以消除鋼管腳手架安全隱患。

1 高層建筑的風環境分析

風產生于大氣的運動。由于氣溫和氣壓的變化形成了氣流,從而使大氣處于不停的運動之中,這種運動就是風。一定高度限定內,作用在建筑外表面的室外風速及風壓隨高度增加而逐漸增強。據統計,在5層樓面處,風速比地面處高出 20%;在16層樓面處,風速增加50%;在35層樓面處,風速增加120%。

人們在研究單棟建筑物周圍的氣流狀況時發現(見圖1):在平面上當風吹向一個棱角分明的建筑時,迎風面產生正壓,背風面產生負壓,在迎風面的兩端產生分離,圖1中斜線所示即為風速增加的區域,在此區域與建筑墻面之間要產生逆流,建筑所產生的風害多為這些伴隨分離而出現的強風;在剖面上當氣流遇到障礙物后在建筑背風向一定距離內產生很長的風影區,其長度相當于建筑高度的15倍左右,風影區內,風向改變,形成渦流,風速減小到約為遇到障礙物前風速的1/2。建筑物迎風面上部約1/3的地方稱之為滯點,氣流在這里上下分流,在下移過程中風速加快,與地面水平方向的氣流相遇,在建筑底部產生強大的渦流。

在高層建筑的場合,高層建筑把城市上空的高速風能引向地面,在其迎風面大約2/3高度以下部分形成風的渦流區,在高樓的背風面和相鄰建筑圍合的區域內也會形成強弱不等的渦流風區和空腔區。在建筑物的兩側與頂部的風因流道變窄,使流速大大增加,形成建筑側面風速加大的角流風,進而加入建筑背面風區,加強渦流風。當建筑呈橫長形時,風速最大區為建筑上方;當建筑呈細高狀時,風速最大區為建筑兩側(見圖2)。這些都將對高層建筑鋼管腳手架的穩定性產生不利影響。

2 風渦流作用對高層建筑鋼管腳手架的影響

1)腳手架的兩側和拐角。此處存在風速加大的角流風,對腳手架的穩定性產生不利影響。2)腳手架的頂部。由于風受到高層建筑的阻擋,在迎風面上部約1/3的地方進行上下分流,大部分向上越過頂部的風因流道變窄,使流速大大增加,對腳手架產生上升翻流作用,影響腳手架的穩定性。3)渦流區的腳手架。迎風面大約2/3高度以下部分和背風面形成風的渦流區,對腳手架的穩定性產生不利影響。渦流風區是風害的多發區,它不均勻又無規則、還隨機變化。渦流風區大小與建筑物的幾何尺寸有關,一般是4倍～5倍,超過這個尺寸就不會受到渦流亂風的干擾。

3 鋼管腳手架抗上升翻流作用的連墻措施

為了減少風渦流側向力產生的鋼管腳手架平面外變形導致腳手架整體失穩,鋼管腳手架應采取以下連墻構造措施:1)腳手架應全覆蓋設置垂直剪力撐,拐角應設置橫向斜撐,中間應每隔6跨設置一道橫向斜撐,角度為45°～60°。2)每隔5層增加水平支撐,即在大橫桿與小橫桿的平面內,按立桿縱距增加斜桿,沿腳手架縱向形成“之”字形。3)在側向力較大的拐角處設置斜拉附墻連桿以抵御腳手架所受到的側向風力,連墻桿對應外立桿設斜向拉桿或拉索與建筑主體樓層預埋件連接,提高立桿的縱向剛度,防止腳手架內、外傾斜,增強架體的整體穩定,并可靠地傳遞風荷載,以滿足抗上升翻流作用的要求。

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