“腳手架”系列規(guī)范“荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值”相關(guān)條文分析

徐宏廣，張豐毅

（杭州建工集團有限責(zé)任公司，浙江杭州 310013）

0 引言

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳2018 年5 月17 日發(fā)布了“住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳關(guān)于實施《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》有關(guān)問題的通知”（以下簡稱“31 號文”）。通知規(guī)定：“混凝土模板支撐工程：……或施工總荷載（荷載效應(yīng)基本組合的設(shè)計值，以下簡稱設(shè)計值）10 kN/m2及以上，或集中線荷載（設(shè)計值）15 kN/m 及以上，……的混凝土模板支撐工程”，屬于“危險性較大的分部分項工程”（以下簡稱“危大工程”）、“混凝土模板支撐工程：……或施工總荷載（設(shè)計值）15 kN/m2及以上，或集中線荷載（設(shè)計值）20 kN/m 及以上”，屬于“超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程”（以下簡稱“超危大工程”）。

由于混凝土模板支撐工程涉及多本規(guī)范，而各規(guī)范對“荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值”的規(guī)定有差異。為了正確執(zhí)行“住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部令第37 號”（以下簡稱“37 號令”）、“31 號文”，方便工程中對混凝土模板支撐工程是否屬于“（超）危大工程”進行判別，本文對比分析了各規(guī)范中關(guān)于“荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值”的相關(guān)條文，并給出滿足“混凝土模板支撐工程：……或施工總荷載（設(shè)計值）10 kN/m2（15 kN/m2）及以上，或集中線荷載（設(shè)計值）15 kN/m（20 kN/m）及以上”時，鋼筋混凝土梁、板的截面尺寸表方便在工程中參考。

1 相關(guān)規(guī)范對“荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值”的規(guī)定

《施工腳手架通用規(guī)范》GB 55023—2022[4]沒有給出荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值的計算式，據(jù)其“前言”的精神，“通規(guī)有規(guī)定執(zhí)行通規(guī)，通規(guī)無規(guī)定執(zhí)行相應(yīng)配套的推薦性標(biāo)準(zhǔn)”，在根據(jù)荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值的大小判別混凝土模板支撐工程是否屬于“（超）危大工程”時，應(yīng)根據(jù)具體的支撐形式并結(jié)合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進行計算、判別。

2 腳手架系列標(biāo)準(zhǔn)對“荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值”的規(guī)定

《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 51210—2016[5]關(guān)于支撐腳手架荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值的計算除沒有引入“可變荷載考慮設(shè)計使用年限的調(diào)整系數(shù)”外，完全沿用了文獻[1]的規(guī)定。

隨著文獻[3]的發(fā)布并實施，文獻[1]、[2]中關(guān)于荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值計算的規(guī)定凡與文獻[3]不一致之處均自動廢止，并應(yīng)按文獻[3]執(zhí)行。即應(yīng)按文獻[3]2.4.6 條第1 款計算式（1）計算。

《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068—2001[6]作為文獻[2]的前一版已被廢止，由于不同標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實施年度不同，文獻[6]的相關(guān)條文被部分腳手架標(biāo)準(zhǔn)所沿用。文獻[6]7.0.2 條第1 款第1 項關(guān)于荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值的規(guī)定與文獻[1]3.2.3條的規(guī)定基本相同，不同之處在于文獻[1]3.2.3 條引入了“可變荷載考慮設(shè)計使用年限的調(diào)整系數(shù)”。文獻[1]、[6]關(guān)于荷載分項系數(shù)取值的規(guī)定相同。

文獻[6]7.0.2 條第1 款第2 項規(guī)定，當(dāng)荷載基本組合的效應(yīng)值由永久荷載控制時，對于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可將第1 款第1 項中由永久荷載控制的極限狀態(tài)設(shè)計表達式簡化為下式（2）。

金新陽[7]指出，文獻[6]7.0.2 條第1 款第2 項簡化式（2）“簡化規(guī)則缺乏理論依據(jù)”，因此在文獻[1]的修訂中取消了簡化式（2）。

據(jù)文獻[3]、[4]的“前言”，文獻[8]作為一本行業(yè)推薦性工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)其中的規(guī)定與強制性工程建設(shè)規(guī)范規(guī)定不一致時，應(yīng)以強制性工程建設(shè)規(guī)范規(guī)定為準(zhǔn)。因此文獻[8]中關(guān)于支撐腳手架的荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值的表達式應(yīng)修訂為與文獻[3]相一致。但其“前言”中也規(guī)定當(dāng)行業(yè)推薦性工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求高于強制性工程建設(shè)規(guī)范規(guī)定時，可按行業(yè)推薦性工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。據(jù)此，文獻[8]中關(guān)于支撐腳手架荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值的表達式應(yīng)該取文獻[3]中式（1）還是應(yīng)該取文獻[6]中式（2），則需比較兩式誰更偏于安全。

查文獻[8]4.1.4 條，作用在支撐腳手架上的可變荷載包括施工荷載Q1、附加水平荷載Q2和風(fēng)荷載Q3；查4.4.4 條，對支撐腳手架荷載效應(yīng)組合宜按表1 采用。

表1 支撐腳手架荷載效應(yīng)組合

按前述理解，作用在支撐腳手架上的荷載可分成兩個，一為風(fēng)荷載，另一為除風(fēng)荷載外的其他可變荷載。

當(dāng)支撐腳手架處于無風(fēng)力作用的環(huán)境時，按無風(fēng)組合進行計算，表1 中各項組合實質(zhì)上只有一個可變荷載參與組合。按文獻[6]中式（2）取，便有:

當(dāng)支撐腳手架處于有風(fēng)作用的環(huán)境時，按有風(fēng)組合進行計算，表1 中各項組合包括風(fēng)荷載和一個除風(fēng)荷載外的其他可變荷載參與組合。按文獻[6]中式（2）取φ=0.9，便有：

查文獻[1]8.1.4 條取風(fēng)荷載的組合系數(shù)φ=0.6，查5.5.3 條取施工荷載的組合系數(shù)φ=0.7。查文獻[8]4.2.3 條第2 款取Q2=0.02Q1，其值較小，為簡化計算，現(xiàn)不考慮Q2參與組合。

比較式（3）、（5）可知兩者是等效的。

當(dāng)采用有風(fēng)組合時，式（1）簡化為：

建筑工程施工時，由于施工樓層外圍基本上會設(shè)置全封閉式作業(yè)腳手架，此作業(yè)腳手架常會兼做防護架，為了滿足施工作業(yè)和臨邊防護的要求，作業(yè)腳手架的高度往往會高于支撐腳手架，大多數(shù)情況下，作用在支撐腳手架上的風(fēng)荷載Q3相對于施工荷載Q1較小。故在承插型盤扣式支撐架的荷載效應(yīng)基本組合計算時建議直接按文獻[3]的規(guī)定執(zhí)行。

《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 130—2011[9]、《建筑施工模板安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 162—2008[10]對扣件式鋼管支撐架荷載效應(yīng)基本組合計算的相關(guān)條文參考了文獻[6]，隨著規(guī)范版本的更新，已不符合文獻[3]、[4]在其“前言”中的規(guī)定，因此，建議扣件式鋼管支撐架荷載效應(yīng)基本組合的計算按文獻[3]執(zhí)行。

《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》T/CECS 699—2020[11]對扣件式鋼管支撐架荷載效應(yīng)基本組合計算的相關(guān)條文參考了文獻[2]，已經(jīng)與文獻[3]的相關(guān)條文吻合，因此，計算扣件式鋼管支撐架荷載效應(yīng)基本組合時可直接執(zhí)行文獻[11]的相關(guān)規(guī)定。

由上述分析可知，建筑施工模板、扣件式鋼管支撐架、承插型盤扣式支撐架荷載效應(yīng)基本組合的計算均可直接執(zhí)行文獻[3]的相關(guān)規(guī)定。

3 相關(guān)概念的理解

3.1 “混凝土模板支撐工程”的理解

“混凝土模板支撐工程”，從整體角度主要包括：混凝土施工活荷載、鋼筋混凝土、模板、主次楞、支撐架體、架體底部墊塊等。從施工過程角度，以模板上表面為分界面，混凝土施工活荷載及鋼筋混凝土是形成施工活動最終產(chǎn)物混凝土結(jié)構(gòu)必不可少的物質(zhì)條件，模板、主次楞、支撐架、架體底部墊塊等組成的支撐系統(tǒng)屬于為實現(xiàn)這一最終產(chǎn)物而采取的措施，兩者是目的與手段的關(guān)系。完成混凝土結(jié)構(gòu)的施工是目的，混凝土構(gòu)件下的支撐系統(tǒng)是手段。據(jù)此，可將“31 號文”中“混凝土模板支撐工程”理解為混凝土構(gòu)件下的支撐系統(tǒng)，“施工總荷載（設(shè)計值）10 kN/m2（15 kN/m2）及以上，或集中線荷載（設(shè)計值）15 kN/m（20 kN/m）及以上”理解為混凝土施工活荷載及鋼筋混凝土自重。

3.2 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)與荷載組合效應(yīng)設(shè)計值的理解

文獻[1]3.2.2 條、3.2.3 條、文獻[2]8.2.2 條、文獻[3]2.4.6 條、文獻[5]6.2 節(jié)、文獻[8]4.4.3 條等諸條文均體現(xiàn)出荷載組合的效應(yīng)設(shè)計值Sd是沒有乘結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的；文獻[3]3.1.10 條第1 款規(guī)定“對于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件……的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，作用組合的效應(yīng)設(shè)計值與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的乘積不應(yīng)超過結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計值，其中結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)應(yīng)按本規(guī)范表3.1.12的規(guī)定取值?！蓖瑫r在3.1.12 條規(guī)定了安全等級與重要性系數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系。因此，應(yīng)將“31 號文”中的“設(shè)計值”理解為Sd，而不是。

文獻[2]8.2.4 條第1 款給出了作用基本組合效應(yīng)設(shè)計值的計算式：

式（7）中的主要參數(shù)為“某某作用的標(biāo)準(zhǔn)值”；8.2.4 條第2款規(guī)定“當(dāng)作用與作用效應(yīng)按線性關(guān)系考慮時……”并給出了相應(yīng)的計算式：

式（8）中的主要參數(shù)是“某某作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)”。理解上述兩條款的差異，需對下列相關(guān)概念有適當(dāng)?shù)牧私狻?/p>

1）作用與作用效應(yīng)

作用是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力和引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，前者為直接作用，也稱為荷載，后者為間接作用[2]。自重、土壓力、水壓力、雪荷載、風(fēng)荷載、溫度變化、基礎(chǔ)不均勻沉降、地震作用、撞擊作用等均可理解為作用。

將各種作用進行力學(xué)模型簡化，如簡化成集中力、線分布力、面分布力、集中力偶等，這些簡化后的力學(xué)模型我們習(xí)慣上統(tǒng)一稱為“力”。當(dāng)“力”作用在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件上后，構(gòu)件在作用下產(chǎn)生的相應(yīng)變化稱為“效應(yīng)”，這些效應(yīng)從外觀角度分析便是位移、變形、裂縫、震動等，從受力角度分析便是彎矩、剪力、軸力等，進一步分析可理解為應(yīng)力、應(yīng)變等。

工程中，結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境一旦被確定，作用在結(jié)構(gòu)上作用的大小便可根據(jù)工程設(shè)計經(jīng)驗或各種試驗（或模擬）予以明確。作用的大小被量化后，結(jié)構(gòu)的安全與否就由結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、截面尺寸、幾何形狀、剛度、延性、外部約束條件等物理力學(xué)性能決定。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的各項物理力學(xué)性能綜合作用體現(xiàn)出來的外在表現(xiàn)便是“抗力”。當(dāng)“作用效應(yīng)≤抗力”時，便認(rèn)為結(jié)構(gòu)構(gòu)件是安全的。考慮到作用、材料的物理力學(xué)性能等取值分析時樣本空間的有限性、作用同時出現(xiàn)的可能性、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用年限等諸多因素，相關(guān)規(guī)范便在計算式中乘了分項系數(shù)與組合系數(shù)。

在保障安全的同時兼顧經(jīng)濟性，相關(guān)規(guī)范綜合考慮結(jié)構(gòu)安全性要求、使用年限、社會影響等因素后給出了安全等級，進而根據(jù)安全等級給出了作用效應(yīng)的調(diào)整系數(shù)即“重要性系數(shù)”。先利用對作用效應(yīng)的大小進行調(diào)整，為了滿足“作用效應(yīng)≤抗力”這一關(guān)系式，對作用效應(yīng)大小進行調(diào)整，其實質(zhì)是對抗力大小進行調(diào)整，進而體現(xiàn)為對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材質(zhì)、截面尺寸、幾何形狀、外部約束條件等的調(diào)整。這便是式所體現(xiàn)出的設(shè)計思路。

3）對“線性關(guān)系”的理解

文獻[2]8.2.4 條第2 款使用的前提條件是“當(dāng)作用與作用效應(yīng)按線性關(guān)系考慮時”，這里“線性關(guān)系”在設(shè)計中常與“二階效應(yīng)”相對應(yīng)。

例如建筑結(jié)構(gòu)在整體分析時常簡化為懸臂結(jié)構(gòu)，如鋼結(jié)構(gòu)建筑由于其抗彎剛度較小，在風(fēng)荷載作用下會沿水平方向產(chǎn)生彎曲變形。當(dāng)建筑的豎向構(gòu)件發(fā)生彎曲后，豎向構(gòu)件自重對其產(chǎn)生的效應(yīng)就不能再僅按軸心受壓計算了，還應(yīng)考慮自重在水平位移下產(chǎn)生的附加彎矩，這便是考慮作用的二階效應(yīng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件抗彎剛度較大、在水平力作用時自重產(chǎn)生的附加彎矩值較小，忽略附加彎矩的影響仍在工程允許的誤差范圍內(nèi)，可以分別計算豎向作用與水平作用產(chǎn)生的效應(yīng)，再將兩者進行疊加，這便是可以按線性關(guān)系考慮。

可見，按線性關(guān)系考慮是考慮二階效應(yīng)的一種特殊情況。文獻[2]8.2.4 條第1 款式（7）是一個抽象函數(shù)，效應(yīng)Sd是因變量，各種永久作用、預(yù)應(yīng)力作用、各種可變作用是自變量。效應(yīng)Sd是各種作用相互綜合作用的結(jié)果，因此當(dāng)不滿足按線性關(guān)系考慮的條件時應(yīng)按第1 款進行計算。

在工程允許的誤差范圍內(nèi)，計算中可將作用在構(gòu)件上產(chǎn)生的效應(yīng)直接按線性關(guān)系處理，此時便可按文獻[2]8.2.4 條第2 款先計算出每個作用對構(gòu)件產(chǎn)生的效應(yīng)，然后再將這些效應(yīng)疊加起來，便得到了作用在構(gòu)件上的總效應(yīng)，用一句話描述便是“先各自計算效應(yīng)再疊加”，即對應(yīng)了第2 款中的“作用效應(yīng)按線性考慮”的情況。

如在計算疊合樓板受力時，可將預(yù)制板自重、現(xiàn)澆層自重、樓面活荷載等面分布荷載先進行“力”的基本組合設(shè)計值計算，再利用力學(xué)模型算出樓板在“力”作用下產(chǎn)生的總效應(yīng)值，如彎矩設(shè)計值、剪力設(shè)計值等，用一句話描述便是“先疊加荷載再計算總效應(yīng)”，即對應(yīng)了第2 款中的“作用按線性考慮”的情況。

可見，“先疊加荷載再計算總效應(yīng)”是“先各自計算效應(yīng)再疊加”的特殊情況。至于工程中能不能“先疊加荷載再計算總效應(yīng)”應(yīng)根據(jù)具體情況進行判別，當(dāng)判別有困難時建議采用“先各自計算效應(yīng)再疊加”的思路，避免出現(xiàn)錯誤。

關(guān)于二階效應(yīng)在工程中的應(yīng)用可參考《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017—2017[12]5.1 節(jié)、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3—2010[13]5.4 節(jié)等資料。

4 達到“（超）危大工程”時，混凝土梁、板截面尺寸臨界值

按“37 號令”第一章第三條，“危大工程”是指“在施工過程中，容易導(dǎo)致人員群死群傷或者造成重大經(jīng)濟損失的分部分項工程” 。據(jù)此，在對“危大工程”進行計算分析時，可將“危大工程”的安全等級定為Ⅱ級，“超危大工程”的安全等級定為Ⅰ級。

文獻[5]3.2.1 條、文獻[8]3.0.4 條、文獻[11]5.1.4 條也對混凝土模板支撐工程的安全等級作了相應(yīng)的規(guī)定：搭設(shè)高度≤8m、荷載設(shè)計值≤“15 kN/m2（20 kN/m）”兩者同時滿足時安全等級為Ⅱ級，否則為Ⅰ級。同時，文獻[5]3.2.3 條、文獻[8]3.5.5 條、文獻[11]5.1.5 條規(guī)定：安全等級Ⅰ級時取，安全等級Ⅱ級時取。

為方便工程中對“（超）危大工程”進行初判，現(xiàn)將計算式及計算參數(shù)列表如下表2，混凝土梁、板截面尺寸臨界值列表如下表3—表5。

表2 “（超）危大”判別計算式及參數(shù)

表3 時梁截面尺寸臨界值

表3 時梁截面尺寸臨界值

表4 時梁截面尺寸臨界值

表4 時梁截面尺寸臨界值

表4 時梁截面尺寸臨界值

表5 板厚臨界值

5 結(jié)論

1）《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB 55001—2021 與《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068—2018 關(guān)于“荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值”的規(guī)定相同，也是目前最新發(fā)布實施的規(guī)范，其他相關(guān)規(guī)范應(yīng)以此為據(jù)作相應(yīng)調(diào)整。

2）建筑施工模板、扣件式鋼管支撐架、承插型盤扣式支撐架的荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值的計算均可直接執(zhí)行《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB 55001—2021 的相關(guān)規(guī)定。

3）在后續(xù)對腳手架相關(guān)規(guī)范（標(biāo)準(zhǔn)）進行修訂時，建議將荷載效應(yīng)組合計算的相關(guān)規(guī)定修訂至與《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB 55001—2021 相一致，以解決目前各本標(biāo)準(zhǔn)對荷載效應(yīng)組合規(guī)定的不一致，方便標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用與推廣。

4）荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計值、作用、效應(yīng)、安全等級、重要性系數(shù)及相關(guān)概念的理解對正確執(zhí)行“住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部令第37 號”、“建辦質(zhì)[2018]31 號文”至關(guān)重要。