建筑施工扣件式钢管脚手架工程设计计算的探讨

蒋红庆，邱松，赵明

（重庆建工集团第三建设有限责任公司 重庆 400016）

建筑施工扣件式钢管脚手架工程设计计算的探讨

蒋红庆，邱松，赵明

（重庆建工集团第三建设有限责任公司 重庆 400016）

依据现行规范、标准、文件等，对扣件式钢管脚手架的常规设计计算内容和计算方法进行深入研究和创新，形成了企业标准《扣件式钢管脚手架设计计算手册》并在工程中成功运用，取得了良好的综合效果。研究成果真正符合安全适用、技术先进、经济合理的设计与施工准则，在国内建筑市场中具有较大的推广潜力。

扣件式钢管脚手架；荷载；稳定性；承载力；设计计算方法

前言

纵观全国建筑市场，扣件式钢管脚手架工程的施工水平不一，部分工程的脚手架设计、搭设不规范，新闻报道中也频现脚手架垮塌事故。而《专项施工方案》缺乏正确的设计计算、指导性较差以及未按《方案》进行落实等，无疑成为导致上述情况的重要原因。

施工项目部编制的《方案》主要存在计算依据选择错误、荷载取值及组合错误、计算模型选择错误、计算内容不全等方面的问题，《方案》缺乏实用性、安全性和经济性。工人班组往往凭自己的经验进行操作，亦存在较大的安全、质量隐患。

目前，涉及脚手架（扣件钢管式）的《规范》对设计计算规定得过于原则，各类计算软件通用性较差、参考资料中的计算也不尽严谨。文中重点针对研究过程中发现的一些异于传统计算方式、依据或需要进行明确、统一的内容等进行探讨。

1 研究思路及主要研究内容

1.1 研究思路

针对脚手架工程的设计计算要点，以项目生产为基石，以质量、安全控制为目的，以规范、标准等为依据，通过前期的大量调研、设计和试验，用科学的方法进行统计分析，并不断对“设计计算体系”进行优化和完善。

依据相关要求，通过合理的假设简化计算过程、正确的取值更正计算通病、规范的步骤完善计算内容，在保证安全性、实用性的同时，兼以经济指标控制。

1.2 主要研究内容

脚手架工程设计计算的原则；

脚手架工程设计计算的依据；

钢管、扣件、密目式安全网及型钢的材料性能；

荷载标准值及荷载效应组合；

落地式单排、双排，悬挑式单排（钢管悬挑）、双排（型钢悬挑）扣件钢管脚手架：纵、横向水平杆、立杆、扣件、连墙杆、立杆地基承载力及悬挑杆件的设计计算。

2 部分设计计算原则及依据探讨

对于钢管自重计算与否的问题，如纵、横向水平杆、悬挑水平钢管、斜支撑钢管等，因其杆件自重均布荷载（0.0384kN/m）与脚手板自重（如竹串片脚手板：0.35kN/m2）及其所受荷载作用相比甚小，故验算上述杆件时其自重可忽略不计。简化了计算过程，也保证了计算结果的安全有效性。

脚手架的承载能力应按概率极限状态设计法的要求，采用分项系数设计表达式进行设计。而规范JGJ130中5.1.1条未列出“钢管的抗剪强度计算”，是因为钢管的抗剪强度不起控制作用，如Φ48×3.5的Q235-A级钢管其抗剪承载力［V］（[V]=Afv/K1=(489mm2X120N/mm2)2.0=29.34kN）远大于一只扣件的抗滑承载力设计值Rc=8.0kN。故只需验算扣件的抗滑承载力，可不验算受弯构件（钢管）的抗剪强度。

因通常情况下，连墙件计算长度l0较小，长细比λ=l0/i较小，则稳定系数φ较大，其稳定承载力Nl/φA远小于强度f（205N/mm2），故《规范》中未要求进行连墙件的稳定承载力验算，只需验算其连接扣件的抗滑承载力即可。

在计算落地式单、双排脚手架的立杆地基承载力时，《规范》和《手册》中为常见的土（岩）地基，对搭设在楼面上的脚手架，应对楼面承载力进行验算，并应采取合理的措施严格保证脚手架下部的梁、板不发生开裂。脚手架系临时结构，故只需对立杆进行地基承载力计算，不必进行地基变形验算。

3 纵、横向水平杆及扣件的设计计算

3.1 横向水平杆计算

横向水平杆按简支梁模型计算，验算弯曲正应力、挠度不计悬挑荷载（见图1），但计算支座最大支反力要计入悬挑荷载（见图2）。

图1 横向水平杆计算简图

图2 横向水平杆（带悬挑）计算简图

计算弯矩M时应采用荷载的设计值；计算挠度ν时应采用荷载的标准值。

3.2 纵向水平杆计算

根据《建筑施工计算手册》分析，多跨（2～5跨）等跨连续梁的“弯矩、剪力和挠度计算系数及公式”可知，受均布荷载或集中荷载的二跨梁弯矩M 和剪力V最大，三跨梁挠度ν最大。故计算纵向水平杆时，弯矩M和剪力V按二跨等跨连续梁计算、挠度ν按三跨等跨连续梁计算偏于安全。

计算弯矩M和纵向水平杆传给立杆的竖向力R时，应采用荷载的设计值；计算挠度ν时应采用荷载的标准值。

3.3 其他

对于纵、横向水平杆及扣件在一定条件下可以不进行计算的问题，规范JGJ130中5.1.5条给出了相关规定，但该条文仅是针对50m以下的“敞开式”单、双排脚手架。而现场实际施工时，脚手架外侧均应按相关规定正确悬挂 “密目式安全立网”，即为“密目式安全立网全封闭脚手架”；且规范JGJ59-99中，《落地式外脚手架检查评分表》的“第5项 脚手板与防护栏杆”明确规定：脚手架外侧未设置密目式安全立网的，或网间不严密，扣7～10分（即为不合格的作法）。这也是脚手架规范JGJ130中不严谨、通用性较差的地方之一。

4 密目式安全立网全封闭脚手架挡风系数计算

4.1 关于立网网目密度要求的确定

《密目式安全立网》（GB16909-1997）5.2.1条规定:“网目密度不应低于800目/100平方厘米”。而《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）条文说明3.0.7条:“立网应该使用密目式安全网，其标准：10cm×10cm=100cm2的面积上，有2000个以上的网目”。故统一规定采用：密目式安全立网每100cm2的网目目数为n≥2000目。而这也与目前市场上可供应的密目式安全立网材质相匹配。

4.2 挡风系数的计算

项目《方案》编制人员对于“密目式安全立网全封闭脚手架”挡风系数的计算往往是按等同于“敞开式脚手架”的进行计算，这样的简化是不合理的。其挡风系数φ的计算应综合考虑密目式安全立网挡风系数φ1和敞开式扣件钢管脚手架挡风系数φ2，并按公式φ=φ1+φ2-φ1·φ2/1.2进行确定（读者可自行推导）。

5 立杆稳定性计算

脚手架有整体失稳和局部失稳两种失稳形式。规范中虽然在表达式上是对单根立杆的稳定计算，但实质上是对脚手架结构的整体稳定计算。

设计计算时，对于JGJ130中5.3.1条立杆的稳定性计算和5.3.6条脚手架可搭设高度HS计算，因HS的计算公式为前述5.3.1中的公式推导求得，故当脚手架设计的搭设尺寸、荷载等通过计算满足立杆的稳定性要求，可不再重复计算搭设高度Hs。

对于重庆地区应考虑风荷载作用，搭设50m及以下的脚手架时，当其尺寸采用相同的立杆步距、立杆纵距、立杆横距和连墙件间距时，根据JGJ130中公式5.3.1-2，通过对“脚手架结构自重设计值产生的轴向压应力σg”、“风荷载产生的弯曲压应力σω”、“构配件自重荷载”和“施工荷载”的综合分析，可确定立杆稳定性计算部位（σ=σg+σω值最大处，后两个值不随高度变化而变化）为立杆底部（0m高度处）。

计算时，要求同时考虑组合和不组合风荷载的两种情况，并取两者计算的最不利结果进行控制，这是基于可能出现：N（不组合风荷载）/φA/N（组合风荷载）/φA+Mw/W的现象。

6 研究成果的应用

该研究成果在工程中实际运用并进行不断完善和修正。由于采用了科学定量的计算方法，从根本上保证了脚手架搭设施工的质量、进度和安全性。根据计算结果，对脚手架工程的初步设计进行优化，降低了施工成本，取得了良好的经济效益。研究成果的成功推广应用，也使之逐步成为企业的核心技术之一。

7 结束语

以客观的计算原则为基石，针对脚手架工程传统的计算方法和设计思路进行研究，并以之进行明确、深化和简化，是该《手册》的重要编制思路。依据现行标准、规范的规定，贯彻实用、安全、经济、简化的原则，统一相关设计计算内容，形成模块化的设计计算手册，项目在方案编制过程中就可以直接套用，确保项目在方案编制中能够采用定量、准确的方法进行设计计算，也可提高方案编制的科学性、经济性和安全性。

［1］JGJ130-2001，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（2002年版）［S］.

［2］GB50009-2001，建筑结构荷载规范（2006年版）［S］

［3］GB50010-2002，混凝土结构设计规范［S］.

［4］GB50017-2003，钢结构设计规范［S］.

［5］江正荣，等.建筑施工计算手册［M］.中国建筑工业出版社.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

蒋红庆（1966-），男，本科，重庆建工集团第三建设有限责任公司总工程师，高级工程师。

邱松（1984-），男，本科，重庆建工集团第三建设有限责任公司技术科长，工程师。

余咏梅

能工巧匠