建筑施工扣件式鋼管腳手架工程設計計算的探討

蔣紅慶，邱松，趙明

（重慶建工集團第三建設有限責任公司 重慶 400016）

建筑施工扣件式鋼管腳手架工程設計計算的探討

蔣紅慶，邱松，趙明

（重慶建工集團第三建設有限責任公司 重慶 400016）

依據現行規范、標準、文件等，對扣件式鋼管腳手架的常規設計計算內容和計算方法進行深入研究和創新，形成了企業標準《扣件式鋼管腳手架設計計算手冊》并在工程中成功運用，取得了良好的綜合效果。研究成果真正符合安全適用、技術先進、經濟合理的設計與施工準則，在國內建筑市場中具有較大的推廣潛力。

扣件式鋼管腳手架；荷載；穩定性；承載力；設計計算方法

前言

縱觀全國建筑市場，扣件式鋼管腳手架工程的施工水平不一，部分工程的腳手架設計、搭設不規范，新聞報道中也頻現腳手架垮塌事故。而《專項施工方案》缺乏正確的設計計算、指導性較差以及未按《方案》進行落實等，無疑成為導致上述情況的重要原因。

施工項目部編制的《方案》主要存在計算依據選擇錯誤、荷載取值及組合錯誤、計算模型選擇錯誤、計算內容不全等方面的問題，《方案》缺乏實用性、安全性和經濟性。工人班組往往憑自己的經驗進行操作，亦存在較大的安全、質量隱患。

目前，涉及腳手架（扣件鋼管式）的《規范》對設計計算規定得過于原則，各類計算軟件通用性較差、參考資料中的計算也不盡嚴謹。文中重點針對研究過程中發現的一些異于傳統計算方式、依據或需要進行明確、統一的內容等進行探討。

1 研究思路及主要研究內容

1.1 研究思路

針對腳手架工程的設計計算要點，以項目生產為基石，以質量、安全控制為目的，以規范、標準等為依據，通過前期的大量調研、設計和試驗，用科學的方法進行統計分析，并不斷對“設計計算體系”進行優化和完善。

依據相關要求，通過合理的假設簡化計算過程、正確的取值更正計算通病、規范的步驟完善計算內容，在保證安全性、實用性的同時，兼以經濟指標控制。

1.2 主要研究內容

腳手架工程設計計算的原則；

腳手架工程設計計算的依據；

鋼管、扣件、密目式安全網及型鋼的材料性能；

荷載標準值及荷載效應組合；

落地式單排、雙排，懸挑式單排（鋼管懸挑）、雙排（型鋼懸挑）扣件鋼管腳手架：縱、橫向水平桿、立桿、扣件、連墻桿、立桿地基承載力及懸挑桿件的設計計算。

2 部分設計計算原則及依據探討

對于鋼管自重計算與否的問題，如縱、橫向水平桿、懸挑水平鋼管、斜支撐鋼管等，因其桿件自重均布荷載（0.0384kN/m）與腳手板自重（如竹串片腳手板：0.35kN/m2）及其所受荷載作用相比甚小，故驗算上述桿件時其自重可忽略不計。簡化了計算過程，也保證了計算結果的安全有效性。

腳手架的承載能力應按概率極限狀態設計法的要求，采用分項系數設計表達式進行設計。而規范JGJ130中5.1.1條未列出“鋼管的抗剪強度計算”，是因為鋼管的抗剪強度不起控制作用，如Φ48×3.5的Q235-A級鋼管其抗剪承載力［V］（[V]=Afv/K1=(489mm2X120N/mm2)2.0=29.34kN）遠大于一只扣件的抗滑承載力設計值Rc=8.0kN。故只需驗算扣件的抗滑承載力，可不驗算受彎構件（鋼管）的抗剪強度。

因通常情況下，連墻件計算長度l0較小，長細比λ=l0/i較小，則穩定系數φ較大，其穩定承載力Nl/φA遠小于強度f（205N/mm2），故《規范》中未要求進行連墻件的穩定承載力驗算，只需驗算其連接扣件的抗滑承載力即可。

在計算落地式單、雙排腳手架的立桿地基承載力時，《規范》和《手冊》中為常見的土（巖）地基，對搭設在樓面上的腳手架，應對樓面承載力進行驗算，并應采取合理的措施嚴格保證腳手架下部的梁、板不發生開裂。腳手架系臨時結構，故只需對立桿進行地基承載力計算，不必進行地基變形驗算。

3 縱、橫向水平桿及扣件的設計計算

3.1 橫向水平桿計算

橫向水平桿按簡支梁模型計算，驗算彎曲正應力、撓度不計懸挑荷載（見圖1），但計算支座最大支反力要計入懸挑荷載（見圖2）。

圖1 橫向水平桿計算簡圖

圖2 橫向水平桿（帶懸挑）計算簡圖

計算彎矩M時應采用荷載的設計值；計算撓度ν時應采用荷載的標準值。

3.2 縱向水平桿計算

根據《建筑施工計算手冊》分析，多跨（2～5跨）等跨連續梁的“彎矩、剪力和撓度計算系數及公式”可知，受均布荷載或集中荷載的二跨梁彎矩M 和剪力V最大，三跨梁撓度ν最大。故計算縱向水平桿時，彎矩M和剪力V按二跨等跨連續梁計算、撓度ν按三跨等跨連續梁計算偏于安全。

計算彎矩M和縱向水平桿傳給立桿的豎向力R時，應采用荷載的設計值；計算撓度ν時應采用荷載的標準值。

3.3 其他

對于縱、橫向水平桿及扣件在一定條件下可以不進行計算的問題，規范JGJ130中5.1.5條給出了相關規定，但該條文僅是針對50m以下的“敞開式”單、雙排腳手架。而現場實際施工時，腳手架外側均應按相關規定正確懸掛 “密目式安全立網”，即為“密目式安全立網全封閉腳手架”；且規范JGJ59-99中，《落地式外腳手架檢查評分表》的“第5項 腳手板與防護欄桿”明確規定：腳手架外側未設置密目式安全立網的，或網間不嚴密，扣7～10分（即為不合格的作法）。這也是腳手架規范JGJ130中不嚴謹、通用性較差的地方之一。

4 密目式安全立網全封閉腳手架擋風系數計算

4.1 關于立網網目密度要求的確定

《密目式安全立網》（GB16909-1997）5.2.1條規定:“網目密度不應低于800目/100平方厘米”。而《建筑施工安全檢查標準》（JGJ59-99）條文說明3.0.7條:“立網應該使用密目式安全網，其標準：10cm×10cm=100cm2的面積上，有2000個以上的網目”。故統一規定采用：密目式安全立網每100cm2的網目目數為n≥2000目。而這也與目前市場上可供應的密目式安全立網材質相匹配。

4.2 擋風系數的計算

項目《方案》編制人員對于“密目式安全立網全封閉腳手架”擋風系數的計算往往是按等同于“敞開式腳手架”的進行計算，這樣的簡化是不合理的。其擋風系數φ的計算應綜合考慮密目式安全立網擋風系數φ1和敞開式扣件鋼管腳手架擋風系數φ2，并按公式φ=φ1+φ2-φ1·φ2/1.2進行確定（讀者可自行推導）。

5 立桿穩定性計算

腳手架有整體失穩和局部失穩兩種失穩形式。規范中雖然在表達式上是對單根立桿的穩定計算，但實質上是對腳手架結構的整體穩定計算。

設計計算時，對于JGJ130中5.3.1條立桿的穩定性計算和5.3.6條腳手架可搭設高度HS計算，因HS的計算公式為前述5.3.1中的公式推導求得，故當腳手架設計的搭設尺寸、荷載等通過計算滿足立桿的穩定性要求，可不再重復計算搭設高度Hs。

對于重慶地區應考慮風荷載作用，搭設50m及以下的腳手架時，當其尺寸采用相同的立桿步距、立桿縱距、立桿橫距和連墻件間距時，根據JGJ130中公式5.3.1-2，通過對“腳手架結構自重設計值產生的軸向壓應力σg”、“風荷載產生的彎曲壓應力σω”、“構配件自重荷載”和“施工荷載”的綜合分析，可確定立桿穩定性計算部位（σ=σg+σω值最大處，后兩個值不隨高度變化而變化）為立桿底部（0m高度處）。

計算時，要求同時考慮組合和不組合風荷載的兩種情況，并取兩者計算的最不利結果進行控制，這是基于可能出現：N（不組合風荷載）/φA/N（組合風荷載）/φA+Mw/W的現象。

6 研究成果的應用

該研究成果在工程中實際運用并進行不斷完善和修正。由于采用了科學定量的計算方法，從根本上保證了腳手架搭設施工的質量、進度和安全性。根據計算結果，對腳手架工程的初步設計進行優化，降低了施工成本，取得了良好的經濟效益。研究成果的成功推廣應用，也使之逐步成為企業的核心技術之一。

7 結束語

以客觀的計算原則為基石，針對腳手架工程傳統的計算方法和設計思路進行研究，并以之進行明確、深化和簡化，是該《手冊》的重要編制思路。依據現行標準、規范的規定，貫徹實用、安全、經濟、簡化的原則，統一相關設計計算內容，形成模塊化的設計計算手冊，項目在方案編制過程中就可以直接套用，確保項目在方案編制中能夠采用定量、準確的方法進行設計計算，也可提高方案編制的科學性、經濟性和安全性。

［1］JGJ130-2001，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范（2002年版）［S］.

［2］GB50009-2001，建筑結構荷載規范（2006年版）［S］

［3］GB50010-2002，混凝土結構設計規范［S］.

［4］GB50017-2003，鋼結構設計規范［S］.

［5］江正榮，等.建筑施工計算手冊［M］.中國建筑工業出版社.2007.

Discussing Designsand Calculationsof Housing Construction Scaffolding Engineering and Its Application

Based on the currentcodes,standards,documents,etc.,a further studywasmadeas to innovation on the steel tubular scaffold w ith couplers of the conventional design content and calculatedmethod.This helps form the enterprise standard"The Designing and Simulation of Steel Tubular Scaffoldingw ith CouplersManual",Itwasused successfully in engineering,and achieved good overall results.The research results,safe suitable，technologically advanced，econom ical and reasonable,are truly in accordancew ith the construction guidelines.It's technology practicl,having greater potentials for promotion in the fieldsof constructionmarkets.

steel tubular scaffold w ith couplers；load；stability；bearing capacity；design and calculationmethod

TU 731.2

A

1671-9107（2011）05-0043-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.05.043

2011-03-02

蔣紅慶（1966-），男，本科，重慶建工集團第三建設有限責任公司總工程師，高級工程師。

邱松（1984-），男，本科，重慶建工集團第三建設有限責任公司技術科長，工程師。

余詠梅

能工巧匠