某科研楼扣件式钢管脚手架立杆稳定性分析

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(江苏恒鸿建设咨询有限公司，江苏 宜兴 214200)

中图分类号：TU 731.2文献标识码：B

引言

脚手架是土木建筑工程施工中重要的临时设施，它对建筑工程的施工速度、工作效率、工程质量以及工人的人身安全都有着直接影响。许多安全事故就是由于脚手架搭设不牢固、不稳定引起的。因此，脚手架的设计计算与稳定性分析是施工组织设计的重要内容。脚手架的种类很多，按照所用材料可分为竹木脚手架、金属脚手架等；按照构造形式可分为立式、框式、挂式、桥式等；按照搭设方式可分为单排、双排及满堂脚手架等。扣件式钢管脚手架因其具有构造简单、维修方便、周转周期长等特点而得到了广泛应用。本文根据某科研楼工程的施工资料，对该工程扣件式钢管脚手架立杆的稳定性进行了验算与分析，供参考。

1 工程概况

某科研楼占地面积为1 596 m2，总建筑面积为21 514 m2，地上13层，地下1层，标准层高3.6 m，建筑物总高度57.45 m，柱网尺寸为7.8 m×7.8 m，框架剪力墙结构。在该工程主体结构及装修施工阶段，将沿结构周边距建筑物外边线350 mm处搭设双排扣件式Ф 48 mm钢管脚手架。自地面起30 m高度内采用双排双立杆形式，其上采用双排单立杆形式。脚手架立杆纵距为1.3 m，大横杆间距为1.2 m，小横杆间距为1.3 m。每5根立杆设置剪刀撑1道，倾角为45°～60°。脚手架与柱刚性连接，采用双杆箍柱式横向拉结，逢柱必抱，卸载层设在9层(标高为30.25 m)。所有立杆金属底座下垫5 cm厚通长脚手板，脚手架外立杆内侧挂密目安全网并封严，架子顶部高出屋面最高处1.2 m。

2 该工程脚手架的受力荷载

该工程脚手架上的荷载有永久荷载和可变荷载两种。永久荷载不会随时间而变化，主要包括立杆、纵横向水平杆、剪刀撑、斜撑和扣件等结构自重以及脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的质量；可变荷载主要有施工荷载(包括作用在脚手架上施工作业人员、器具、堆材等的质量)以及风荷载等。以下是根据脚手架排距、步距、杆距、搭设高度等进行的立杆稳定性分析。

3 脚手架立杆强度稳定性验算

3.1 几何力学参数

该工程脚手架的立柱钢管为Q235号钢，每m质量q0=0.038 4 kN/m；其抗弯、抗拉和抗压容许应力[σ]=205 MPa。钢管直径D=48 mm，壁厚t=3.5 mm；截面积A=489 mm2；截面抵抗矩w=5.0×103mm3；截面回转半径r0=15.8 mm；挡风系数ψ=An/AW=0.4。松木脚手板质量q1=0.25 kN/m2；单个扣件质量q2=0.02 kN；施工荷载q3=2.70 kN/m2；安全网重q4=0.005 kN/m2；该工程所在地区的基本风压w0=0.35 kN/m2。

3.2 上层单立杆稳定性验算

该工程的卸载层设置在第9层，标高30.25 m处，单立杆的验算高度：H0=58.65-30.25=28.40(m)。必须满足以下条件：

(1)

N=1.2(NGK+NQK)

(2)

NGK=H0×(gk1+gk3)+n1Lagk2

(3)

NQK=n1Laq3

(4)

Mw=0.85×1.4qWKh2/10=0.12qWKh2

(5)

qWK=LawKAn/AW

(6)

wk=0.7μsμzw0

(7)

式中：N——荷载的组合效应质量；φ——立杆稳定性系数；A——立杆截面积；Mw——风载弯距设计值；W——截面抵抗矩；fC——立杆强度；γa——荷载分项系数，查表可知γa=1.17；NGK——脚手架恒荷载；NQK——脚手架活荷载；qWK——风荷载标准值；wK——垂直脚手架外表面的基本风压；n1——单立杆脚手架铺板层数，n1=2；la——立杆纵距，la=1.3 m；q3——施工荷载，q3=2.70 kN/m2；h——脚手架步高，h=1.8 m；An/AW——挡风面积与迎风面积的比值，An/AW=1.0；gK1——以每m架高计的构架基本结构杆部件的自重计算基数；gK2——以每m立杆纵距la计的作业层面材料的自重计算基数；gK3——以每m架高计的外立面整体拉结杆件和防护材料的自重计算基数；μz——风压高度变化系数；μs——风载体型系数；w0——基本风压。

查《建筑施工手册》可知：gK1=0.105 0，gK2=0.348 4，gK3=0.061 4；离地60 m高度，μz=1.77；μs=1.3An/AW=1.3。

经计算，可得该工程脚手架单立杆荷载为：

NGK=28.40×(0.105 0+0.061 4)+2×1.3×0.348 4=5.63(kN)

NQK=2.7×1.3×2.0=7.02(kN)

N=1.2×(5.63+7.02)=15.18(kN)

垂直脚手架外表面的基本风压为：

wk=0.7×μs×μz×w0=0.7×1.3×1.77×0.35=0.563 7(kN/m2)

风荷载标准值为：

qWK=1.30×1.0×0.563 7=0.732 8(kN/m)

风载产生弯矩设计值为：

Mw=0.12×0.732 8×1.82=0.285(kN·m)

经查表可知，计算长度系数：μ=1.75；故计算长度：L0=μh=1.75×1.80=3.15(m)；长细比：λ=L0/r0=3.15/0.015 8=199.4。

查表可知稳定系数为：φ=0.180。

由(1)式可得：

已知[σ]=205 MPa，因fC<[σ]，故上层单立杆的强度和稳定性均满足要求。

3.3 立杆整体稳定性验算(标高-0.45 m至55.55 m)

立杆验算高度：H0=55.55+0.45=56.00(m)

其中：N=1.2(NGK+NQK)

Mw=0.85×1.4qWKh2/10=0.12qWKh2

qWK=laWKAn/AW

NGK=H0×(gk1+gk3)+n1lagk2

已知：n1：同时作业层数(n1=2)；gk1=0.105 0，gk2=0.348 4，gk3=0.061 4。

NGK=56×(0.105 0+0.061 4)+2×1.3×0.348 4=10.74(kN)

NQK=2.70×1.3×2.0=7.02(kN)

N=1.2×(10.74+7.02)=21.31(kN)

风压高度变化系数：

μz=1.77(离地60 m高)

风载产生弯矩设计值：

Mw=0.12×7.328×1.82=2.85(kN·m)

经查表可知，计算长度系数：μ=1.75；故计算长度：L0=μh=1.75×180=3.15(m)；长细比：λ=L0/r0=315/1.58=199.4。

查表可知稳定系数为：φ=0.180。

由(1)式可得：

已知[σ]=205 MPa，因fC<[σ]，故立杆整体强度和稳定性均满足要求。

经验算，立杆的强度和稳定性均满足要求，考虑到施工现场的实际情况，仍采取斜拉钢丝绳配合卡环与梁上对拉螺栓孔拉结的方式进行卸荷，卸荷点间距最大为6 m，如图1所示。

4 结语

扣件式钢管脚手架的特点是搭设高度高、装卸方便、便于施工。为了保证扣件式钢管脚手架安全适用、经济合理，在脚手架施工前要进行验算，特别

图1 钢丝绳卸荷示意图

是对立杆的验算分析非常重要。该工程脚手架采用下层双排双立杆、上层双排单立杆的特殊形式，卸载层位于楼高30 m处，设计得体、经济合理，经验算立杆的强度和稳定性均满足要求，保证了工程的顺利施工。

参考文献：

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