论脚手架的设计计算要求和方法

钱周军++宋钢军++张忠潮

摘 要：在实际工程中，因脚手架的设计和施工不当导致工程质量事故的案例是十分常见的，本文讨论了脚手架的设计计算要求和方法。

关键词：脚手架；设计；计算；要求；方法

Abstract： In practical engineering， design and construction scaffolding due to improper quality accident cases are very common， this paper discusses the design of scaffolding requirements and methods of calculation.

Keywords： scaffolding； design； computing； requirements； method

在建筑工程中，脚手架工程是很重要的分项工程，由于脚手架的设计和施工问题导致工程质量事故的案例是十分常见的，本文讨论了脚手架的设计计算要求和方法。

脚手架既具有同类建筑结构的一些共同属性。又具有自身的特殊性。不同的脚手架系列，由于杆件材料和构架方式的不同，在设计计算方面.有其共同点也有不同点。

1.脚手架的设计内容

建筑施工脚手架的设计包含以下三项相互关联的内容。

（1）设置方案的选择，包括：

1）脚手架的类别；

2）脚手架构架的形式和尺寸；

3）相应的设置措施（基础、支撑、整体拉结和附墙连接、进出（或上下）措施等）。

（2）承载可靠性的验算，包括：

1）构架结构和杆件验算；

2）地基、基础和其他支撑结构的验算；

3）专用加工件验算。

（3）安全使用措施，包括：

1）作业面的防（围）护；

2）整架和作业区域（涉及的空间环境）的防（围）护；

3）进行安全搭设、移动（升降）和拆除的措施；

4）安全使用措施。

2.脚手架构架结构的计算项目

（1）構架的整体稳定性计算。可转化为立杆稳定性计算。

（2）单肢立杆的稳定性计算。当单肢立杆稳定性计算已包括在整体稳定性计算中，且立杆未显著超出构架的计算长度和使用载荷时，可以略去此项计算。

（3）平杆的强度、稳定和刚度计算。

（4）附着和连墙件的强度和稳定验算。

（5）抗倾覆验算。

（6）悬挂件、挑支撑拉件的验算（根据其受力状态确定验算项目）。

（7）地基基础和支撑结构的验算。

3.脚手架结构设计采用的方法

各种脚手架结构都属于临时性建筑结构范畴，因此，一律采用《建筑结构设计统一标准》（GBJ 68—1984）[新标准为《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068—2001）]规定的“概率极限状态设计法”，其基本概念扼要介绍如下：不论什么结构，当其整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，这个特定状态就称为该功能的极限状态。

结构的极限状态有两类。

（1）承载能力极限状态。结构或结构构件达到其最大承载能力或出现不适于继续承载的变形的某一特定的状态。对于建筑工程结构，当出现下列状态时，即认为超过了承载能力极限状态：

1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；

2）结构构件或连接节点构造的承载因超过材料的强度而破坏（包括疲劳）或因出现过度的塑性变形而不适于继续承载；

3）结构转变为机动体系；

4）结构或构件丧失稳定（如压屈等）。

（2）正常使用极限状态。结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的特定状态。对于建筑工程结构，当出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用状态：

1）影响正常使用的外观的变形；

2）影响正常使用的耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；

3）影响正常使用的振动；

4）影响正常使用的其他特定状态。

对于建筑脚手架结构（包括使用脚手架材料组装的支撑架）来说，由于对构架杆配件的质量和缺陷都作了规定，且在出现正常使用极限状态时会有明显的征兆和发展过程，有时间采取相应措施而不会出现突发性事故。因此，在脚手架设计时一般不考虑正常使用极限状态，而主要考虑其承载能力极限状态。

在上述4种承载能力极限状态中，倾覆问题可通过加强结构的整体性和附墙拉结来解决（对拉结件进行抗水平力作用的计算）；转变为机动体系的问题也可用合理的构造（如加设适量的斜杆和剪刀撑）来解决而不必计算。因此应考虑的是强度和稳定的计算。而脚手架整体或局部丧失稳定破坏是脚手架破坏的主要危险所在，因而是最主要的设计计算项目。

对于结构的各种极限状态，均应规定或给予明确的标志或限值，即给定或预先规定用以度结构的可靠度的可靠指标。

结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能（即设计要求）的概率，称为结构的可靠度。它是结构可靠性的概率量度，并采用以概率理论为基础的极限状态设计方法确定。在各种因素的影响下，结构完成预定功能的能力不能事先确定，只能用概率来描述。这是从统计数学出发的、比较科学的方法。

能够完成预定功能的概率称为“可靠概率”（Ps），不能完成预定功能的概率为“失效概率”（Pf）*，Ps+Pf=1。Ps和Pf都可以用来度量结构的可靠性，而一般习惯于采用后者。但计算pf比较复杂。需要通过多维积分，因而采用可靠指标口来代替Pf具体量度结构的可靠性。endprint

pf和β的计算式由结构的“极限状态方程”（Z=R S=0，Z为结构的功能函数，S为作用效应，R为结构抗力）导出。设R、S均为正态变量，则Z亦为正态变量。

β和Pf的对应关系列入表1中。可以看出，β愈大，pf愈小，结构愈可靠，故称β为“可靠指标”。

该标准确定的结构构件设计应达到的β值（历史经验总结）列入表2中。

I级——重要建筑物，破坏后果很严重；

Ⅱ级——一般建筑物，破坏后果严重；

Ⅲ级 ——次要建筑物，破坏后果不严重。

由于“概率极限状态设计法”中所涉及的作用效应和抗力值等都是以大量的统计数据为基础并经过概率分析后确定的，而对于各种脚手架结构来说，虽然也作了一些工作，但远远达不到用概率理论确定它的数据的程度。为了与现行建筑结构规范的计算理论和方法衔接，以便可以利用它們的计算方法和有关适合的数据，就必须给脚手架的计算穿上概率极限状态设计的“外衣”，而所用的计算方法实际上仍是半理论和半经验的，有待以后继续积累数据，向真正的极限状态设计法过渡。

因此，建筑脚手架结构可靠度的校核方法规定为：按概率极限状态设计法计算的结果.在总体效果上应与脚手架使用的历史经验大体一致。亦即按新方法设计的脚手架结构，如按原《工业与民用建筑载荷规范》（TJ9—1974）、原《薄壁型钢结构技术规范》（TJl8—1975）和原《木结构设计规范））（GBJ5—1973）进行安全度校核，其单一安全系数应满足下列要求：

强度计算 K≥1.5；

稳定计算 K≥2.0。

当不能满足上述要求时，主要应通过调整材料强度附加分项系数 （ ， ， ）来解决。必要时，也可采取其他有效措施（调整构架结构、卸载等）。

参考文献

[1] 周国恩、周兆银.建筑工程施工技术.重庆：重庆大学出版社，2011

[2] 李继业、黄延麟.脚手架基础知识和施工技术.北京：中国建筑工业出版社，2012

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【文章编号】1006-2688（2017）07-0068-02

【作者简介】钱周军（1968-），男，浙江嵊州人，工程师，研究方向：工程施工管理。endprint