浅谈风涡流作用中钢管脚手架的连墙措施

潘保 陈健

JGJ 130-2001建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范6.4.7条规定:“架高超过40 m且有风涡流作用时,应采取抗上升翻流作用的连墙措施。”在高层建筑钢管脚手架的施工搭设中,大家常常忽略了这个问题,使得高层建筑钢管脚手架存在一定的安全隐患。事实上,风涡流作用力大小没有规范参考值,也缺乏相关数据可供参考,落实该条文规定有一定的难度。本文通过对高层建筑的风环境分析,对钢管脚手架抗上升翻流作用的连墙措施提出建议,以消除钢管脚手架安全隐患。

1 高层建筑的风环境分析

风产生于大气的运动。由于气温和气压的变化形成了气流,从而使大气处于不停的运动之中,这种运动就是风。一定高度限定内,作用在建筑外表面的室外风速及风压随高度增加而逐渐增强。据统计,在5层楼面处,风速比地面处高出 20%;在16层楼面处,风速增加50%;在35层楼面处,风速增加120%。

人们在研究单栋建筑物周围的气流状况时发现(见图1):在平面上当风吹向一个棱角分明的建筑时,迎风面产生正压,背风面产生负压,在迎风面的两端产生分离,图1中斜线所示即为风速增加的区域,在此区域与建筑墙面之间要产生逆流,建筑所产生的风害多为这些伴随分离而出现的强风;在剖面上当气流遇到障碍物后在建筑背风向一定距离内产生很长的风影区,其长度相当于建筑高度的15倍左右,风影区内,风向改变,形成涡流,风速减小到约为遇到障碍物前风速的1/2。建筑物迎风面上部约1/3的地方称之为滞点,气流在这里上下分流,在下移过程中风速加快,与地面水平方向的气流相遇,在建筑底部产生强大的涡流。

在高层建筑的场合,高层建筑把城市上空的高速风能引向地面,在其迎风面大约2/3高度以下部分形成风的涡流区,在高楼的背风面和相邻建筑围合的区域内也会形成强弱不等的涡流风区和空腔区。在建筑物的两侧与顶部的风因流道变窄,使流速大大增加,形成建筑侧面风速加大的角流风,进而加入建筑背面风区,加强涡流风。当建筑呈横长形时,风速最大区为建筑上方;当建筑呈细高状时,风速最大区为建筑两侧(见图2)。这些都将对高层建筑钢管脚手架的稳定性产生不利影响。

2 风涡流作用对高层建筑钢管脚手架的影响

1)脚手架的两侧和拐角。此处存在风速加大的角流风,对脚手架的稳定性产生不利影响。2)脚手架的顶部。由于风受到高层建筑的阻挡,在迎风面上部约1/3的地方进行上下分流,大部分向上越过顶部的风因流道变窄,使流速大大增加,对脚手架产生上升翻流作用,影响脚手架的稳定性。3)涡流区的脚手架。迎风面大约2/3高度以下部分和背风面形成风的涡流区,对脚手架的稳定性产生不利影响。涡流风区是风害的多发区,它不均匀又无规则、还随机变化。涡流风区大小与建筑物的几何尺寸有关,一般是4倍～5倍,超过这个尺寸就不会受到涡流乱风的干扰。

3 钢管脚手架抗上升翻流作用的连墙措施

为了减少风涡流侧向力产生的钢管脚手架平面外变形导致脚手架整体失稳,钢管脚手架应采取以下连墙构造措施:1)脚手架应全覆盖设置垂直剪力撑,拐角应设置横向斜撑,中间应每隔6跨设置一道横向斜撑,角度为45°～60°。2)每隔5层增加水平支撑,即在大横杆与小横杆的平面内,按立杆纵距增加斜杆,沿脚手架纵向形成“之”字形。3)在侧向力较大的拐角处设置斜拉附墙连杆以抵御脚手架所受到的侧向风力,连墙杆对应外立杆设斜向拉杆或拉索与建筑主体楼层预埋件连接,提高立杆的纵向刚度,防止脚手架内、外倾斜,增强架体的整体稳定,并可靠地传递风荷载,以满足抗上升翻流作用的要求。

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