球罐內部滿堂扣件式腳手架搭設施工技術

陸 杰

(揚子石化-巴斯夫有限責任公司，江蘇南京 210048)

1 工程概況

按照《壓力容器定期檢驗規則》法規的規定，某石化公司對罐區6個2 500 m3丙烯球罐腐蝕情況進行了容檢。球罐內搭設腳手架是一項危險度極其高的工作，在封閉性空間施工中，還要考慮桿件在球體內的受力點分布，桿件的受力分析以及合理的上下通道空間設置。在保障安全的前提下，加快容檢的進度，對本次的球罐內部腳手架搭設方案不斷進行優化，經過簡化后的腳手架既能保證足夠的承載力，又能節省腳手管件，加快搭設進度，節約項目費用。

2 球罐設計試驗參數和容檢技術要求

球罐的設計試驗參數和容檢技術要求如表1所示。

表1 球罐的設計試驗參數和容檢技術要求

3 球罐內部搭設腳手架施工特點及難點

球罐因結構的對稱性和形狀特點，質量可近似地集中于球殼中心，故球罐可視為單自由度體系。在其內部搭設腳手架也要考慮到對稱性問題。因為球罐在脈動情況下按剪切型振動，即結構在水平力作用下，整個體系會產生平移，球罐本身不發生偏轉，所以要求球罐內腳手架的受力必須均勻分布，使得球罐在水平力作用下的位移可轉化到支柱在該力作用下的位移。

球罐內部的施工不僅受到空間約束，還要考慮到檢測部位的位置要求、對球罐內壁的保護、溫度的影響，以及防火和人員窒息、中毒等等因素。在搭設過程中需要防止因腳手架受力點不均衡，穩定性被破壞，受力桿失穩產生扭力，內滿堂架如擰麻花狀倒伏，引起的滿堂架整體失穩，造成嚴重的坍塌事故。所以必須要求球罐底部及側壁的受力點、支撐點對稱分布，確保結構的受力均勻。

4 施工方案的確定

4.1 內部腳手架搭設方案設計及計算

按照球罐容檢技術要求，腳手架搭設部位及層數如圖1所示。為了簡化對腳手架結構的計算，先進行腳手架結構體系的構建及類型劃分。球罐內部腳手架分兩個類型，滿堂腳手架和雙排架，如圖2所示。主滿堂架起著主心骨的作用，就像混凝土結構中的主筋，是主要的受力構件。所以對主滿堂架的受力計算是決定整個結構穩定性的關鍵。周圍的雙排架起著輔筋的作用，加強結構的穩定性。

圖1 球罐內部腳手架搭設部位及層數要求

圖2 球罐內腳手架類型劃分

4.1.1 水平桿受彎構件的強度和連接扣件抗滑承載力計算局部的滿堂腳手架平面示意圖如圖3所示。

圖3 滿堂腳手架平面示意圖（局部）

1)橫桿的計算。

橫向桿鋼管截面力學參數為:

截面模量W=5.26 cm3;

截面慣性矩I=12.71 cm4;

橫向桿按三跨連續梁進行強度和撓度計算，橫向桿在縱向桿的上面。

按照橫向桿上面的腳手板和活荷載作為均布荷載計算橫向長桿的最大彎矩和變形。

考慮活荷載在橫向桿上的最不利布置(驗算彎曲正應力和撓度)計算。

a.作用橫向水平桿線荷載。

作用橫向水平桿線荷載標準值:

作用橫向水平桿線荷載設計值:

橫向桿計算荷載圖如圖4所示。

圖4 橫向桿計算荷載圖

b.抗彎強度計算。

最大彎矩為:Mmax=0.117ql=0.117 × 1.82 × 1.202=0.307 kN·m。

σ =Mmax/W=0.307 ×106/5 260.00=58.37 N/mm2。

橫向桿的計算強度小于205.0 N/mm2，滿足要求。

c.撓度計算。

最大撓度:V=0.990qkl4b/(100EI)=0.990 ×1.32 ×1 2004/(100 ×2.06 ×105×127 100.0)=1.035 mm。

橫向桿的最大撓度小于1 200.0/150與10 mm，滿足要求。

2)縱向桿的計算。

縱向桿鋼管截面力學參數為:截面模量W=5.26 cm3;截面慣性矩I=12.71 cm4;縱向桿按三跨連續梁進行強度和撓度計算，橫向桿在縱向桿的上面。用橫向桿支座的最大反力計算值，考慮活荷載在縱向桿的不利布置，計算縱向桿的最大彎矩和變形。

a.由橫向桿傳給縱向桿的集中力。

由橫向桿傳給縱向桿的集中力設計值:

F=1.200qlb=1.200 ×1.82 ×1.20=2.627 kN。

由橫向桿傳給縱向桿的集中力標準值:

Fk=1.200qklb=1.200 ×1.32 ×1.20=1.901 kN。

縱向桿計算荷載見圖5。

圖5 縱向桿計算荷載圖

b.抗彎強度計算。

最大彎矩考慮荷載的計算值最不利分配的彎矩:

Mmax=0.267Fla=0.267 ×2.627 ×1.20=0.842 kN·m。

σ =Mmax/W=0.842 ×106/5 260.00=160.08 N/mm2。

縱向桿的計算強度小于205.0 N/mm2，滿足要求。

c.撓度計算。

最大撓度 V=1.883Fkl3a/(100EI)=1.883×1.901×1 000×1 2003/(100 ×2.06 ×105×127 100.0)=2.362 mm。

縱向桿的最大撓度小于1 200.0/150與10 mm，滿足要求。

3)扣件抗滑力計算。

按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》，雙扣件抗滑承載力設計值取16.00 kN，按照扣件抗滑承載力系數1.00。

該工程實際的旋轉雙扣件承載力取值為16.00 kN。

縱向或橫向水平桿與立桿連接時，扣件的抗滑承載力按照下式計算:

其中，Rc為扣件抗滑承載力設計值，取16.00 kN;R為縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設計值。

縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設計值:

雙扣件抗滑承載力的設計計算R＜16.00，滿足要求。

4.1.2 立桿穩定性計算

1)先計算立桿允許長細比［λ′］。

回轉半徑i=1.59 cm。

2)因在球罐內施工，所以不考慮風荷載。

不組合風荷載時，按以下公式計算立桿穩定性:

4.1.3 連墻件強度、穩定性和連接強度計算

將滿堂架Ⅰ看成是一個剛體，連接桿起到連墻件的作用，使周圍的雙排架連接在剛體上，所以要計算雙排架“連墻件”的強度及穩定性。

1)強度計算。

Nl=Nlw+N0，其中，Nl為連墻件軸向力設計值;Nlw為風荷載產生的連墻件軸向力設計值，球罐內無風載;N0為連墻件約束腳手架平面外變形所產生的軸向力，雙排架取3 kN。

2)穩定性計算。

由長細比 l/i=300/15.9=18.868 查表得到 φ =0.953，其中，l為內排架距離剛體的長度。

4.1.4 立桿地基承載力計算

立桿基礎地面的平均壓力應滿足下式的要求:

其中，Pk為立桿基礎地面處的平均壓力標準值，kPa;Nk為上部結構傳至立桿基礎頂面的軸向力標準值，kN;A為基礎底面面積，m2。

Nk可取計算立桿段的軸向力設計值7.203 6 kN，由于鋼管以1.2 m ×1.2 m 布置，所以基礎地面面積為 1.2 ×1.2=1.44 m2。

經查，球罐鋼材的抗拉強度為f=610 MPa，即地基承載力特征值fg=610 MPa，Pk＜fg，腳手架地基承載力滿足要求。

按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》要求，還要在相應的部位設置掃地桿、剪刀撐、水平十字撐和拋撐，進行結構加固。

4.2 腳手架搭設基本要求

1)腳手架材料的基本要求。

腳手架材料包括鋼管、扣件、腳手板、擋腳板、安全網等。腳手架鋼管采用φ48.3×3.6鋼管，鋼管外徑、壁厚、端面、彎曲變形等的偏差應符合安全技術規范。扣件質量和性能應符合現行國家標準GB 15831鋼管腳手架扣件的規定，有生產許可證、法定檢測單位的測試報告和產品質量合格證。腳手板采用沖壓鋼質材料制作，材質符合現行國家標準GB/T 700碳素結構鋼中Q235級鋼的規定。擋腳板采用鍍鋅板或木擋腳板，擋腳板表面應涂刷警示標識漆。安全網為平支網，密目網要求寬度不得小于3 m，長度不得大于6 m，網眼不得大于10 cm，必須使用維綸、錦綸、尼龍等材料。

2)對施工人員的要求。

腳手架搭設和拆除人員必須有符合人保部門頒發的架子工國家職業資格證書和安監部門的架子工特種作業操作證。項目負責人編制施工方案和安全風險評估。現場的安全人員具體落實安全作業交底，預防安全隱患，協調安全事宜，檢查安全狀況，監督安全落實，糾正安全問題的關鍵性人員。

4.3 安全作業交底和技術交底

1)安全作業交底。

安全作業交底必須結合專業特點和現場實際條件進行。針對材料、設備、人員的安全檢查，制定并落實針對施工過程的工作危害分析表。

腳手架作業人員持證上崗，經企業安全培訓，佩戴合格PPE用品。施工前，球罐需通風置換，取樣監測。現場應做好安全教育，防止墜落、中毒窒息、倒塌、落物等事故的發生。

2)技術交底。

腳手架搭設前，工程技術負責人應按標準及施工組織設計的要求向架子工及使用人員作技術交底。

a.腳手架搭設施工工藝。定位放線→安放墊板、底座→豎立桿同時安設掃地桿→根據設計要求的高度搭設縱向水平管→橫向水平管→設置拋撐拉設連墻件→拉設剪刀撐和斜桿→鋪設腳手板→安裝欄桿和踢腳板→搭設上下爬梯→掛設安全警示牌。

b.組合結構的搭設。先搭設底層滿堂腳手架，之后沿內壁一圈搭設雙排腳手架，中間滿堂腳手架與雙排架同時搭設。滿堂立腳手架以及雙排腳手架的剪刀撐、斜桿以及雙排腳手架的拋桿整體結合，立桿下的對接扣件應交錯布置，利用中間滿堂腳手架來支撐雙排架的穩定，使雙排腳手架無法晃動，所有雙排腳手架的通道全部同獨立腳手架的平臺連接，滿堂架與雙排腳手架組成一個組合結構的滿堂腳手架，從各立桿處增加斜撐，以加強滿堂架的平穩性。

c.各桿件搭設的技術要求。立桿:除頂層可以搭接外，其余各接頭必須采用對接扣件連接，對接扣件應交叉布置，相鄰立桿接頭不可設在同步同跨內，錯開距離不小于500 mm，立桿的搭接長度不小于1 m，不少于兩個扣件固定。水平桿(大橫桿):縱向水平桿應設置在立桿內側，其長度不宜小于3跨，可以搭接或對接，搭接時，搭接長度不小于1 m，等間距設置3個旋轉扣件固定，對接時，接頭不可設置在同步同跨內。用橡膠皮包裹每一層的橫向水平桿端頭，其必須緊緊頂住球罐內壁，并與腳手架立桿鎖牢，這是防止球罐內部腳手架整體失穩的關鍵技術要點。小橫桿:每一節點必須設置一根橫向水平桿，并采用直角扣件扣緊在縱向水平桿上部，端頭處伸出長度不小于10 cm，該桿軸線偏離主節點的距離不應大于15 cm。雙排架中靠墻一側的外伸長度不應大于50 cm。剪刀撐:每道剪刀撐跨立桿的寬度在5根～7根為宜，且不小于6 m，斜桿與地面的傾角在45°～60°之間，腳手架外側面必須在兩端各設一道剪刀撐，中間各道剪刀撐之間的凈距不大于15 m，剪刀撐斜桿宜采用搭接，且長度不小于1 m，不少于2個旋轉扣件固定，剪刀撐必須隨立桿和水平桿同步搭接，其下端必須支承在墊板上。橫向斜撐:在同一節里，由底到頂層呈之字形連續設置。剪刀撐、斜撐等整體拉結桿和連墻件應隨搭設的架子一起及時設置，剪刀撐斜桿處應用旋轉扣件與腳手架的立桿或大橫桿扣緊，旋轉扣件中心線距主節點的距離不應大于15 cm。用3個扣件等距布置在鋼管端頭小于10 cm處，剪刀撐下端要落地。“連墻件”:球罐內的“連墻件”采用鋼管、扣件組成的剛性連接桿與內滿堂腳手架剛性拉結，扣件不宜少于2個，每個連墻件覆蓋面積應小于40 m2，且豎向間距在3個步距以內，水平步距應在3個縱距以內。球罐腳手架搭設前用土工布滿鋪罐底保證不受管件撞擊罐底。鋼管底端用橡膠皮包扎，防止罐壁受損。接觸罐底用小木塊墊牢固。

d.腳手架的拆除。工程技術人員應編制腳手架拆除施工方案，并且向架子工進行安全技術交底后方可進行。后搭的先拆、先搭的后拆，由上而下按層按步的拆除。拆除順序應是先拆護身欄、腳手板和橫向水平桿，再依次拆剪刀撐的上部扣件和接桿。拆除的腳手架及部件應及時按規格堆放整齊，嚴禁亂堆亂扔，做到工完料盡場地清。

5 結語

在球罐內部搭設腳手架需要經過結構體系的構建和計算，兩者缺一不可。從精心的準備和實際的搭設效果來看，結合詳盡的現場技術交底，不僅保質保量的完成了本次球罐容檢內部腳手架的搭設，還提前了工期，證明這個施工技術是成功的，也是安全的，具有積極的推廣價值和借鑒意義。

［1］ JGJ 130-2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范［S］.

［2］ 杜榮軍.建筑施工腳手架實用手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［3］ GB 50009-2001，建筑結構荷載規范［S］.

［4］ GB 50300-2001，建筑結構施工質量驗收統一標準［S］.

［5］ GB/T 50326-2002，建筑工程項目管理規范［S］.

［6］ JGJ 59-99，建筑施工安全檢查標準［S］.

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［8］ GB 50017-2003，鋼結構設計規范［S］.

［9］ GB 50018-2002，冷彎薄壁型鋼結構技術規范［S］.

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［11］ GB 50009-2001，建筑結構荷載規范(2006年版)［S］.

［12］ SH 3047-93，石油化工企業職業安全衛生設計規范［S］.