郑开大道开封迎宾门满堂支架结构分析

杨利国，曹 磊

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

郑开大道开封迎宾门满堂支架结构分析

杨利国，曹 磊

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

根据最新的《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011），对开封市郑开大道迎宾门工程满堂支架进行了结构分析。计算了立杆的稳定性、纵横向杆的抗弯强度和挠度，以及扣件的抗滑力，实践证明，该方案安全可靠。

郑开大道；开封迎宾门；满堂支架；荷载分析；安全稳定

0 引言

钢管脚手架是土木工程施工中必备的重要设施［1～2］。扣件式钢管脚手架由于具有简单、灵活、维护简便、部件通用性强等优点，是目前国内建筑施工使用最广泛的脚手架形式［3］。满堂支撑架是支撑现浇楼板体系的主要设施，它在纵横方向，由立杆（不少于3排）、水平杆、水平剪刀撑、竖向剪刀撑、扣件等构成受力支架。其架体顶部的施工荷载通过可调托撑传给立杆，进而传递给下层楼板或者地基，对于上部结构和施工人员的安全起着至关重要的作用。

开封市郑开大道迎宾门户工程位于河南省开封市郑开大道旁，为3层仿古迎宾门，高24.600m，建筑基底面积274m2，总建筑面积1 036m2，为框架结构，设计使用年限为50年。该迎宾门最上层从标高12.500m到20.850m，顶部现浇混凝土厚度为100 mm，施工时采用扣件式满堂支撑架。为了保证脚手架的安全，笔者根据相关的规范［4］，对该工程扣件式钢管脚手架进行了计算和分析。

1 设计计算参数

1.1 材料信息

该工程拟采用φ48×3.5满堂钢管支架，钢管采用Q235钢材，其截面的几何特性如表1所示。满堂钢管支架立杆的纵、横间距均为0.08m，步距为1.50m，搭设高度为8.35m，上端伸出模板支撑点0.20m。脚手架立杆的平面布置和负荷面积如图1所示，立面布置如图2所示。混凝土底模采用12mm厚的竹胶木模板，下方支撑方木规格为80 mm×80mm，间距尽量密集。根据规范构造要求，从底至顶设置连续竖向剪刀撑，剪刀撑宽度为5～8m；在竖向剪刀撑顶部交点平面处，设置连续水平剪刀撑。由于本工程脚手架高度超过8m，扫地杆的设置层也应设置水平剪刀撑。

表1 钢管截面几何特性Table 1 Steel pipe section geometry features

1.2 荷载信息［4］

（1）木模板及其支架自重G1k＝0.75 kN／m2。

（2）新浇钢筋混凝土自重G2k＝24×0.1＝2.4（kN／m2）。

（3）钢筋自重G3k＝1.1×0.1＝0.11（kN／m2）。

（4）施工机具和人员荷载Q1k＝2.5 kN／m2。

（5）混凝土施工振捣荷载Q2k＝2 kN／m2。

（6）混凝土倾倒对模板造成的荷载Q3k＝2 kN／m2。（7）作用于脚手架上的水平风荷载按式（1）计算。

图2 满堂支架立面示意图Fig.2 Vertical plane of full hall formwork support

图1 满堂支架平面示意图Fig.1 Plane of full hall formwork support

式中：wk为风荷载标准值，kN／m2；μz为风压高度变化系数，对根据国家标准［5］，取 μz＝1.25；μs为脚手架风荷载体形系数，本工程根据挡风系数计算得μs＝0.8424；ω0为基本风压，kN／m2，一般取重现期n＝10对应的风压值，开封地区基本风压ω0＝0.3 kN／m2。

（8）直角扣件自重为13.2N／个。每个立杆需要12个直角扣件，总重为0.1584 kN。

2 验算立杆稳定性

根据规范［4］，当满堂脚手架的步距、立杆纵横间距相等时，应计算底层立杆段。

2.1 底层立杆最大轴向力的计算

（1）不组合风荷载时的立杆最大轴力。

不组合风荷载时，立杆的最大轴向力计算式为

（2）组合风荷载时的立杆最大轴向力。

组合风荷载时，立杆的最大轴向力计算式为

2.2 立杆长度和长细比计算

顶部立杆段长度l01＝kμ1（h+2a）＝1.185×1.540×（1.5+2×0.2）＝3.467（m）。

非顶部立杆段长度l02＝kμ2h＝1.185×1.951× 1.5＝3.468（m）。

为了安全，计算长度选用较大值，即l0＝3.468m。

2.3 立杆的稳

定性计算

根据规范［4］，查附录A表A.0.6得立杆的稳定系数φ＝0.151。

（1）不考虑风荷载时，立杆稳定性计算公式为

所以，不考虑风荷载时，稳定性满足要求。

（2）考虑风荷载时，立杆由风荷载引起的弯矩

（3）考虑风荷载时，立杆稳定性计算公式为

所以，考虑风荷载时，稳定性满足要求。

2.4 验算立杆长细比

3 横、纵向杆的最大弯矩和变形的计算

3.1 横向杆的最大弯矩和变形的计算

根据规范［4］，横向杆按3跨连续梁进行强度和挠度计算。横向杆在纵向杆的上面，计算简图如图3所示。按照横向杆上面的模板、支架自重和活荷载为均布荷载，计算横向长杆的最大弯矩和变形，并考虑活荷载在横向杆上的最不利布置，验算弯曲正应力和挠度［6］。

3.1.1 作用于横向水平杆的线荷载

（1）作用在横向杆上永久荷载标准值gk＝（0.75+ 2.4+0.11）×0.8＝2.608（kN／m）。作用在横向杆上可变荷载标准值qk＝（2.5+2+2）×0.8＝5.2（kN／m）。

（2）作用在横向杆上永久荷载设计值g＝1.2×（0.75+ 2.4+0.11）×0.8＝3.13（kN／m）。作用在横向杆上可变荷载设计值q＝1.4×（2.5+2+2）×0.8＝7.28（kN／m）。

图3 横向杆计算简图Fig.3 Horizontal tube calculation

3.1.2 抗弯强度计算

最大弯矩 Mmax＝α1gl2b+α2ql2b＝0.08×3.13×0.82+ 0.101×7.28×0.82＝0.631（kN·m）；

横向杆的强度 σ＝Mmax／W＝0.631×106／5 080＝124.2（N／mm2），小于205.0N／mm2，满足要求。

3.1.3 挠度计算

3.2 纵向杆的计算

根据规范［4］，纵向杆按三跨连续梁进行强度和挠度计算，横向杆在纵向杆的上面，800mm宽度内等距离布置2根横向杆，纵向杆的受力示意图如图4所示。考虑活荷载在纵向杆的不利布置，用计算的横向杆支座的最大反力计算纵向杆的最大弯矩和变形［6］。

3.2.1 由横向杆传给纵向杆的集中力

（1）永久荷载由横向杆传给纵向杆的集中力标

图4 纵向杆计算简图Fig.4 Vertical tube calculation

3.2.2 抗弯强度计算

最大弯矩为荷载最不利分配的弯矩，即

Mmax＝α1Pgla+α2Pqla＝0.244×0.843×0.8+0.289× 1.942×0.8＝0.614（kN·m）；

抗弯强度σ＝Mmax／W＝0.614×106／5 080＝120.9（N／mm2），小于205N／mm2，满足要求。

3.2.3 挠度计算

4 扣件抗滑力的计算

根据规范，直角、旋转单扣件承载力为8.00 kN，扣件抗滑承载力系数为1。该工程双扣件承载力设计值取16.00 kN。

纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力计算式为

R≤R

式中：Rc为扣件抗滑承载力设计值，取16.00 kN；R为纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值.

经计算，R＝8.328 kN.扣件抗滑承载力的设计计算满足要求。

5 结语

经计算，开封市郑开大道迎宾门户双阙工程设计的满堂脚手支撑架的立杆稳定性和立杆长细比、上部支撑方木和横向杆的抗弯强度和挠度、支撑横向杆的纵向杆的抗弯强度和挠度、扣件的抗滑力均满足要求。由于脚手架搭设在建筑物楼面上，下层的楼板支撑的脚手架在本层施工时没有拆除，脚手架自重及施工荷载在楼面设计荷载许可范围内。根据工程的实际使用情况，整个满堂支撑架工作状况良好，未出现任何强度破坏和失稳情况。由此证明，该设计方案良好可行。

［1］ 魏涛，张伟星.钢管脚手架整体结构计算［J］.建筑安全，2009（10）：43-46.

［2］ 杜荣军.脚手架结构的设计规定和计算方法［J］.建筑技术，1999（8）：532-535.

［3］ 魏銮兴，曾兴志.扣件式钢管脚手架计算模型讨论与思考［J］.福建建筑，2010（6）：113-116.

［4］ JGJ130-2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范［S］.

［5］ GB50009-2001，建筑结构荷载规范［S］.

［6］ 《建筑结构静力计算手册》编写组.建筑结构静力计算手册［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，1998：256-257.

[责任编辑 杨明庆]

TU731.2

B

1008-486X（2015）01-0027-04

2014-09-02

杨利国（1984-），男，河南洛阳人，硕士，主要从事岩土工程建筑施工的教学与研究工作。