建筑施工型鋼懸挑扣件式腳手架計算參數取值探討

刁鳳財

（大連市建設工程集團有限公司，遼寧 大連 116013）

0 引言

在高層建筑施工中，附著式升降腳手架逐年得到應用，但懸挑式腳手架仍是施工中常用的外圍護腳手架形式，相對于附著式升降腳手架而言，懸挑式腳手架對外墻施工作業來說留有的時間更充足。然而，不少技術管理人員對懸挑腳手架的計算還存在一些誤區，對計算過程中的相關參數不知如何取值，方案計算不合理，埋下安全隱患。本文主要針對這些問題就計算中各參數數據的取值給以交代，具體計算步驟不進行贅述，可參考現行 JGJ 130－2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（以下簡稱“JGJ 130－2011”）。

1 關于懸挑腳手架的結構形式［1］

型鋼懸挑腳手架結構形式一般有懸臂式、斜拉式、斜撐式及復合式幾種。施工現場常用的為型鋼懸臂配鋼絲繩斜拉形式，因此本文主要針對此類型計算參數取值進行探討，包括腳手架搭設使用的各種材料自重參數、腳手架搭設構造相關參數、懸挑梁的相關參數以及作用在腳手架上的各類荷載參數等。

2 基本參數

在腳手架設計計算時，根據相關標準要求，結合工程實體實際情況對材料及搭設構造具體設計取值。

2.1 腳手架鋼管自重

JGJ 130－2001《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》中鋼管類型一般分為 Φ48×3.5 和Φ51×3.0 兩種［2］，而 JGJ 130－2011 中只給出了一種為Φ48.3×3.6［3］。但目前施工中由于之前的 Φ48×3.5 鋼管仍然大量存在，所以市場上使用較多的仍為 Φ48×3.5 鋼管，就鋼管的生產來說本身存在負差，生產出來壁厚可能就比 3.5 mm 小。而在實際計算過程中，由于使用時間長，鋼管銹蝕也會造成鋼管直徑變小，因此應根據實際情況進行取用。經過筆者針對數十個現場使用的腳手架進行抽測，發現目前大部分 Φ48×3.5 鋼管，實際壁厚在 3.0 mm 左右。

而當施工現場實際使用的鋼管壁厚為非標準厚度時，進行設計計算時，除了對鋼管截面特性進行調整外，還應同時調整每米立桿承受的腳手架結構自重值，具體取值如表 1 所示。

2.2 腳手架搭設高度

根據 JGJ 130－2011 中 2.1.20 條規定，腳手架高度為自立桿底座下皮至頂欄桿上皮之間的垂直距離。在實際計算取值時，根據 JGJ 130－2011 中 6.3.7 條規定，腳手架立桿頂端欄桿宜高出女兒墻上端 1 m，宜高出檐口上端 1.5 m（坡屋面），因此取值時應注意加上超出女兒墻和檐口頂的高度［3］。

2.3 立桿步距、縱距、橫距

JGJ 130－2011 中給出了標準的步距、縱距、橫距的尺寸［3］。步距有 1.2、1.35、1.5、1.8、2 m，而實際使用最多的步距為 1.8 m；縱距有 1.2、1.5、1.8、2.0、2.1 m，而實際使用最多的縱距為1.5m，但也要結合現場實際布置。JGJ 130－2011 中的表 6.1.1-1中橫距列有 1.05、1.30、1.55 m 等，而北方現場實際腳手架上一般鋪設兩塊腳手板（每塊寬 0.25 m），縱向水平桿在立桿內側，且用扣件連接，一般小橫桿標準尺寸為 1 m，根據 JGJ 130－2011 中 7.3.11 條款 5“各桿件端頭伸出扣件蓋板邊緣的長度不應＜100 mm”，如滿足上述要求，現場實際橫距應在 0.7～0.75 m。

2.4 內立桿離建筑物距離

內立桿離建筑物的距離要根據建筑物的實際造型、外墻的各層構造確定。北方，無特殊造型的一般間距取為 0.3 m 左右，當外墻為干掛或玻璃幕墻時，可能就要取為 0.5 m 左右或更大，需要根據具體設計情況進行取值。

2.5 縱、橫向水平桿布置方式

由于南方多使用竹笆腳手板，做法一般為橫向水平桿在下，縱向水平桿采用直角扣件固定在橫向水平桿上。荷載是由橫向水平桿通過扣件傳給立桿的；而北方做法一般為縱向水平桿與立桿連接，橫向水平桿在上，荷載是由縱向水平桿通過扣件傳給立桿的。當橫向水平桿在上時，以立桿縱距 1.5 m 為例，在主節點附近的縱向水平桿上設置兩根橫向水平桿。而一般腳手板的長度為3 m，對接比較合適，因此立桿縱距之間不用再增加橫向水平桿，如圖 1～2 所示。

圖1 縱橫向水平桿布置

圖2 腳手板鋪設

3 連墻件

腳手架的架體高寬比比較大，因此自身穩定性差，通過設置連墻件防止腳手架在外荷載作用下發生傾覆，同時對立桿起中間支座的作用，從而保證立桿穩定性。由 GB 50009－2012《建筑結構荷載規范》中的風壓高度變化系數 μΖ知道風荷載從低處到高處逐漸變大。因此，在計算過程中不同懸挑段連墻件間距應分別進行設計計算，具有一定的經濟性，但同一懸挑段內連墻件間距應保持一致。

3.1 連墻件間距取值

根據 JGJ 130－2011 中 6.4.3 條，連墻件的布置應靠近主節點設置，偏離主節點的距離應≤ 300 mm。連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。對高度 24 m以上的雙排腳手架，應采用剛性連墻件與建筑物連接。連墻件一般布置為一步兩跨、兩步兩跨、兩步三跨等。而在工程實際應用中對于剪力墻結構還能夠按照正常步距進行布置，但對于框架結構連墻件的布置一般不能按照步距來布置，只能在每層樓板的板面、梁或柱預埋鋼筋或鋼管等，再用鋼管進行連接，做到盡量靠近主節點。而當進行計算時，連墻件的上下和左右間距也應按照設置的實際間距取值。

表1 鋼管截面幾何特性及每米長質量［4］

3.2 扣件抗滑移折減系數

根據 JGJ 130－2011 中 5.1.7 條，表 5.1.7 中對直角扣件、旋轉扣件承載力設計值為 8 kN，而對雙扣件承載力部分，規范沒有直接規定。在施工現場，雙扣件的質量和施工缺陷存在很大偏差，因此，在雙扣件承載力設計值 16 kN 的基礎上，取折減系數 0.75，即為16 kN×0.75=12 kN 比較合理。

3.3 連墻件約束腳手架平面外變形軸所產生的向力 N0

根據 JGJ 130－2011 中 5.2.12 條，雙排架的軸向力 N0取3 kN。

3.4 立桿計算長度系數 μ

JGJ 130－2011 中 5.2.8 條，只給出了單、雙排腳手架立桿的計算長度系數 μ 為 1.50～2.00，而雙排腳手架立桿橫距最小為 1.05，并未給出立桿橫距 0.75 時取值，因此此處 μ 值在二步三跨以內的均取 1.5。

4 荷載參數

按照 JGJ 130－2011 中，規定作用于腳手架的荷載分為可變荷載和永久荷載，而可變荷載主要為現場施工時的各類人員、器具等荷載以及外力，如風荷載等；永久荷載為架體結構自身及安全防護構配件等的荷載。根據腳手架體的用途、構造、搭設高度不同等相關荷載也不盡相同。

4.1 可變荷載

4.1.1 施工荷載

施工荷載包括作業層上的人員、器具和材料等的自重。在 JGJ 130－2011 中表 4.2.2 中裝修腳手架標準值取 2.0 kN/m2，混凝土、砌筑結構腳手架為 3.0 kN/m2。4.2.3 條規定：當在雙排腳手架上同時有 2 個及以上操作層作業時，在同一個跨距內各操作層的施工均布荷載標準值總和不得超過 5.0 kN/m2。也就是說當結構腳手架作業層為 2 層時，施工均布荷載標準值不是 2×3.0 kN/m2=6.0 kN/m2，而應取 5.0 kN/m2，即現場施工時，荷載不能超過 5.0 kN/m2。

但對于幕墻（特別是石材幕墻和玻璃幕墻）的施工，其荷載取值不應直接套用裝飾施工的荷載取值，應按實際情況采用，因為石材或玻璃幕墻施工時，現場工人往往會將石材或玻璃放在腳手架上，因此實際荷載可能會超過 2.0 kN/m2。

4.1.2 風荷載

1）基本風壓值 ω0。按現行國家標準《建筑結構荷載規范》GB 50009－2012（以下簡稱“GB 50009”） 的規定采用，取重現期 n=10 對應的風壓值［5］。

2）風壓高度變化系數 μz。應按現行國家標準GB 50009 的規定采用，計算立桿穩定性時，用所計算的懸挑架體底部即工字鋼位置的建筑高度查 GB 50009 中表 8.2.1 中的 μz值；計算連墻件時，用所計算的懸挑架體頂部位置的建筑高度查 GB 50009 中表 8.2.1 中的 μz值；地面粗糙程度類別取定，往往受到計算的習慣性思維限值，經常在密集建筑群的城市市區施工的，會取 C 類，計算軟件中也會默認是 C 類，而現在有不少工程在海邊或郊區施工，類別取定時就應嚴格按工程所在地實際情況進行確定，此時風荷載就會變大，按照原來的設計形式，計算結果可能就不能得到滿足。

對于山區建筑物 μz可按平坦地面的粗糙度類別，先計算相應數值，再以修正系數 η 予以確定（參見GB 50009）。應注意的是 2012 版的《建筑結構荷載規范》μz值比 2006 版進行了調整，如 5 m 處原規范中 A、B、C、D 四類地面粗糙度為 1.17、1.00、0.74、0.62，新規范中分別為 1.09、1.00、0.65、0.51。

3）風荷載體型系數 μs。根據 JGJ 130－2011 中4.2.6 條中，對全封閉腳手架，當建筑物為全封閉墻時，μs=1.0 φ；當建筑物為敞開、框架和開洞墻時，μs=1.3 φ。其中 φ=1.2 An/Aw，需根據安全網的相關參數進行計算。但實際工程中無法進行計算，根據規范中說明 φ 值一般取為不小于 0.8，即 μs=1.3φ=1.3×0.8=1.04，這是根據密目式安全立網網目密度不小于 2 000 目/100 cm2計算而得。根據 φ 取 0.8 反推，0.8=1.2（100-2 000 A0）/100，計算得到每目面積 A0=1.7 mm2，因此網孔邊長為 1.3 mm。實際工程中密目式安全網能達到 2000 目的標準太少。

4.2 永久荷載

4.2.1 架體結構自重

架體結構自重包括立桿、縱向水平桿、橫向水平桿、剪刀撐、扣件等的自重。腳手架立桿承受的每 m 結構自重標準值，可按規范 JGJ 130－2011 附錄 A 表采用。

4.2.2 構、配件自重

構、配件自重包括腳手板、欄桿、擋腳板、安全網等防護設施的自重。

1）腳手板。北方一般采用沖壓鋼腳手板，少部分采用木腳手板；南方采用竹串片或竹笆腳手板，腳手板取值，如表 2 所示。

表2 JGJ 130－2011 中表4.2.1-1 腳手板自重標準值

2）欄桿與擋腳板。北方一般采用鋼管欄桿，擋腳板采用支模用的多層板或竹膠板，實際自重標準值沒有表 3 中列的那么大，以 15 mm 厚的木膠合板為例，密度為450～880 kg/m3，按照最大密度 880 kg/m3計算標準值為 0.13 kN/m2；南方采用竹串片或竹笆腳手板擋腳板。欄桿及擋腳板自重取值如表 3 所示。

表3 JGJ 130－2011 中表4.2.1-2 欄桿、擋腳板自重標準值

3）安全網。JGJ 130－2011 中 4.2.1 條 4 中，密目式安全立網自重標準值不應低于 0.01 k N/m2。此 0.01 kN/m2是按照 JGJ 166－2008《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》中 4.2.2 條說明“密目安全網自重系根據 2000 目網實際重量給定”確定的。

4）腳手板、擋腳板鋪設方式。腳手板、擋腳板在作業層必須鋪設，具體鋪設方式應根據現場實際情況進行確定。根據 JGJ 130－2011 中 9.0.11 條規定，作業層腳手板以下應每隔 10 m 用安全網封閉。

5）橫向斜撐布置方式。根據 JGJ 130－2011 中 6.6.4 條：①橫向斜撐應在同一節間，由底至頂層呈之字形連續布置；②高度在 24 m 以下的封閉型雙排腳手架可不設橫向斜撐，高度在 24 m 以上的封閉型腳手架，除拐角應設置橫向斜撐外，中間應每隔 6 跨距設置一道。在實際工程中，對于橫向支撐一般做得都不到位，作業人員會在整個腳手架上進行行走作業，設置橫向斜撐會降低工作效率。

5 懸挑梁

在 JGJ 130－2011 發布以前，施工現場選用的懸挑型鋼一般有槽鋼和工字鋼兩種類型，而較為常用的為工字鋼。在最新版的 JGJ 130－2011 標準中增加了關于懸挑型鋼的規定，規定型鋼懸挑梁宜采用雙軸對稱截面的型鋼，即類似于工字鋼的型鋼類型。在腳手架搭設時，立桿一般設置在型鋼上翼緣寬度中部，工字鋼雙軸對稱，立桿位置和中性軸相重合，受力合理，較其他型鋼選購、設計、施工方便。選用的型鋼材料及相關構造措施參數取用具體如下。

5.1 材料參數

根據 JGJ 130－2011 中 6.10.2 條懸挑鋼梁截面高度應≥160 mm。錨固型鋼懸挑梁的 U 形鋼筋拉環或錨固螺栓直徑宜≥ 16 mm。

5.2 基本參數

5.2.1 吊拉鋼絲繩及斜拉桿的規定

每個型鋼懸挑梁外端宜設置鋼絲繩或鋼拉桿與上一層建筑結構斜拉結。鋼絲繩、鋼拉桿不參與懸挑鋼梁受力計算；如果使用鋼絲繩，其直徑應≥14 mm。鋼絲繩卡不得少于 3 個。實際工程中使用最多的為6×19 鋼絲繩。

當使用鋼絲繩卸荷或參與計算時，應按以下方法取用［6］，如式（1）～（2）所示。

式中：［Fg］為鋼絲繩的允許拉力，kN，即作用在鋼絲繩上的最大軸向拉力；Fg為鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和，kN；α 為考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數，對 6×19、6×37、6×61 鋼絲繩，分別取 0.85、0.82、0.80；K 為鋼絲繩的使用安全系數，按 K =6.0 取用［4］；d 為鋼絲繩最小直徑，mm。

5.2.2 鋼絲繩吊拉使用的吊環

按照 JGJ 130－2011 中規定鋼絲繩與建筑結構拉結的吊環應使用 H PB 235 級鋼筋，其直徑宜≥20 mm。而根據 GB 50010－2010 《混凝土結構設計規范》中要求，已用 HPB 300 級光圓鋼筋取代了HPB 235 級鋼筋，因此吊環應使用 HPB 300 級鋼筋［7］。

5.2.3 型鋼懸挑腳手架構造參數

根據 JGJ 130－2011 中 6.10.3 型鋼懸挑腳手架構造，如圖 3 所示。而筆者理解：主梁建筑物外懸挑長度 L1為主梁外錨固點到懸挑端最外側長度，主梁外錨固點到建筑物外邊緣的距離 a 根據具體錨固位置確定，該錨固點與內錨固點共同固定型鋼，使型鋼不能在水平面擺動，錨固鋼筋受到的拉力很小，主要利用混凝土的抗壓強度。主梁建筑物內錨固長度 L2為主梁外錨固點與內錨固點之間的距離，其長度應≥1.25 倍的懸挑段長度。內錨固點距懸挑型鋼里端應≥200 mm，具體參數如圖 4 所示。

圖3 規范中型鋼懸挑腳手架構造

圖4 型鋼構造長度取值

5.2.4 型鋼與主體結構的連接

懸挑型鋼中懸挑構件與主體結構之間常見的連接方法有非預埋螺栓連接法、預埋 U 型鋼筋或預埋螺栓法等，施工現場常用的一般為預埋 U 型鋼筋的方法。

1）非預埋螺栓連接法。在混凝土樓板澆筑混凝土時，預留螺栓孔或在混凝土澆筑完成后進行鉆孔，工字鋼安裝時插入對接螺栓。該方案通過對接螺栓將型鋼固定在主體上，安全可靠，且對接螺栓可以重復利用，但增加預留孔洞及鉆孔而產生的費用，具體如圖 5 所示。

圖5 螺栓連接法

2）預埋 U 型鋼筋或預埋螺栓法。在樓板鋼筋綁扎完成后將 U 型鋼筋或螺栓預埋至混凝土、板底層鋼筋位置，并應與混凝土梁、板底層鋼筋焊接牢固，其錨固長度應符合 GB 50010－2010《混凝土結構設計規范》中鋼筋錨固的規定，具體如圖 6～7 所示。預埋位置設置在樓板上時，樓板的厚度宜≥120 mm。如果樓板的厚度＜ 120 mm 應采取加固措施。

圖6 預埋螺栓法

圖7 預埋 U 型鋼筋

5.2.5 型鋼與腳手架間的連接相關參數

型鋼懸挑梁懸挑端應設置能使腳手架立桿與鋼梁可靠固定的定位點，定位點離懸挑梁端部應≥100 mm。在實際施工過程中一般采用兩種方式，一種是在距離懸挑梁端部 100 mm 處焊接 Φ25 及以上螺紋鋼筋，長度≥0.2 m，此種類型在北方使用相對比較多；另一種是在該處焊接短管，長度≥0.2 m。

6 結語

本文主要是對建筑施工中采取型鋼懸挑扣件式腳手架在設計方案階段各類技術參數取值的探討研究，部分內容充分經過實踐檢驗，對類似腳手架的方案編制及設計具有一定的參考價值。但隨著建筑施工技術的進步發展，建筑施工用外腳手架的形式不斷更新，型鋼懸挑腳手架陸續會退出建筑市場。