建筑施工型钢悬挑扣件式脚手架计算参数取值探讨

刁凤财

（大连市建设工程集团有限公司，辽宁 大连 116013）

0 引言

在高层建筑施工中，附着式升降脚手架逐年得到应用，但悬挑式脚手架仍是施工中常用的外围护脚手架形式，相对于附着式升降脚手架而言，悬挑式脚手架对外墙施工作业来说留有的时间更充足。然而，不少技术管理人员对悬挑脚手架的计算还存在一些误区，对计算过程中的相关参数不知如何取值，方案计算不合理，埋下安全隐患。本文主要针对这些问题就计算中各参数数据的取值给以交代，具体计算步骤不进行赘述，可参考现行 JGJ 130－2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（以下简称“JGJ 130－2011”）。

1 关于悬挑脚手架的结构形式［1］

型钢悬挑脚手架结构形式一般有悬臂式、斜拉式、斜撑式及复合式几种。施工现场常用的为型钢悬臂配钢丝绳斜拉形式，因此本文主要针对此类型计算参数取值进行探讨，包括脚手架搭设使用的各种材料自重参数、脚手架搭设构造相关参数、悬挑梁的相关参数以及作用在脚手架上的各类荷载参数等。

2 基本参数

在脚手架设计计算时，根据相关标准要求，结合工程实体实际情况对材料及搭设构造具体设计取值。

2.1 脚手架钢管自重

JGJ 130－2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中钢管类型一般分为 Φ48×3.5 和Φ51×3.0 两种［2］，而 JGJ 130－2011 中只给出了一种为Φ48.3×3.6［3］。但目前施工中由于之前的 Φ48×3.5 钢管仍然大量存在，所以市场上使用较多的仍为 Φ48×3.5 钢管，就钢管的生产来说本身存在负差，生产出来壁厚可能就比 3.5 mm 小。而在实际计算过程中，由于使用时间长，钢管锈蚀也会造成钢管直径变小，因此应根据实际情况进行取用。经过笔者针对数十个现场使用的脚手架进行抽测，发现目前大部分 Φ48×3.5 钢管，实际壁厚在 3.0 mm 左右。

而当施工现场实际使用的钢管壁厚为非标准厚度时，进行设计计算时，除了对钢管截面特性进行调整外，还应同时调整每米立杆承受的脚手架结构自重值，具体取值如表 1 所示。

2.2 脚手架搭设高度

根据 JGJ 130－2011 中 2.1.20 条规定，脚手架高度为自立杆底座下皮至顶栏杆上皮之间的垂直距离。在实际计算取值时，根据 JGJ 130－2011 中 6.3.7 条规定，脚手架立杆顶端栏杆宜高出女儿墙上端 1 m，宜高出檐口上端 1.5 m（坡屋面），因此取值时应注意加上超出女儿墙和檐口顶的高度［3］。

2.3 立杆步距、纵距、横距

JGJ 130－2011 中给出了标准的步距、纵距、横距的尺寸［3］。步距有 1.2、1.35、1.5、1.8、2 m，而实际使用最多的步距为 1.8 m；纵距有 1.2、1.5、1.8、2.0、2.1 m，而实际使用最多的纵距为1.5m，但也要结合现场实际布置。JGJ 130－2011 中的表 6.1.1-1中横距列有 1.05、1.30、1.55 m 等，而北方现场实际脚手架上一般铺设两块脚手板（每块宽 0.25 m），纵向水平杆在立杆内侧，且用扣件连接，一般小横杆标准尺寸为 1 m，根据 JGJ 130－2011 中 7.3.11 条款 5“各杆件端头伸出扣件盖板边缘的长度不应＜100 mm”，如满足上述要求，现场实际横距应在 0.7～0.75 m。

2.4 内立杆离建筑物距离

内立杆离建筑物的距离要根据建筑物的实际造型、外墙的各层构造确定。北方，无特殊造型的一般间距取为 0.3 m 左右，当外墙为干挂或玻璃幕墙时，可能就要取为 0.5 m 左右或更大，需要根据具体设计情况进行取值。

2.5 纵、横向水平杆布置方式

由于南方多使用竹笆脚手板，做法一般为横向水平杆在下，纵向水平杆采用直角扣件固定在横向水平杆上。荷载是由横向水平杆通过扣件传给立杆的；而北方做法一般为纵向水平杆与立杆连接，横向水平杆在上，荷载是由纵向水平杆通过扣件传给立杆的。当横向水平杆在上时，以立杆纵距 1.5 m 为例，在主节点附近的纵向水平杆上设置两根横向水平杆。而一般脚手板的长度为3 m，对接比较合适，因此立杆纵距之间不用再增加横向水平杆，如图 1～2 所示。

图1 纵横向水平杆布置

图2 脚手板铺设

3 连墙件

脚手架的架体高宽比比较大，因此自身稳定性差，通过设置连墙件防止脚手架在外荷载作用下发生倾覆，同时对立杆起中间支座的作用，从而保证立杆稳定性。由 GB 50009－2012《建筑结构荷载规范》中的风压高度变化系数 μΖ知道风荷载从低处到高处逐渐变大。因此，在计算过程中不同悬挑段连墙件间距应分别进行设计计算，具有一定的经济性，但同一悬挑段内连墙件间距应保持一致。

3.1 连墙件间距取值

根据 JGJ 130－2011 中 6.4.3 条，连墙件的布置应靠近主节点设置，偏离主节点的距离应≤ 300 mm。连墙件必须采用可承受拉力和压力的构造。对高度 24 m以上的双排脚手架，应采用刚性连墙件与建筑物连接。连墙件一般布置为一步两跨、两步两跨、两步三跨等。而在工程实际应用中对于剪力墙结构还能够按照正常步距进行布置，但对于框架结构连墙件的布置一般不能按照步距来布置，只能在每层楼板的板面、梁或柱预埋钢筋或钢管等，再用钢管进行连接，做到尽量靠近主节点。而当进行计算时，连墙件的上下和左右间距也应按照设置的实际间距取值。

表1 钢管截面几何特性及每米长质量［4］

3.2 扣件抗滑移折减系数

根据 JGJ 130－2011 中 5.1.7 条，表 5.1.7 中对直角扣件、旋转扣件承载力设计值为 8 kN，而对双扣件承载力部分，规范没有直接规定。在施工现场，双扣件的质量和施工缺陷存在很大偏差，因此，在双扣件承载力设计值 16 kN 的基础上，取折减系数 0.75，即为16 kN×0.75=12 kN 比较合理。

3.3 连墙件约束脚手架平面外变形轴所产生的向力 N0

根据 JGJ 130－2011 中 5.2.12 条，双排架的轴向力 N0取3 kN。

3.4 立杆计算长度系数 μ

JGJ 130－2011 中 5.2.8 条，只给出了单、双排脚手架立杆的计算长度系数 μ 为 1.50～2.00，而双排脚手架立杆横距最小为 1.05，并未给出立杆横距 0.75 时取值，因此此处 μ 值在二步三跨以内的均取 1.5。

4 荷载参数

按照 JGJ 130－2011 中，规定作用于脚手架的荷载分为可变荷载和永久荷载，而可变荷载主要为现场施工时的各类人员、器具等荷载以及外力，如风荷载等；永久荷载为架体结构自身及安全防护构配件等的荷载。根据脚手架体的用途、构造、搭设高度不同等相关荷载也不尽相同。

4.1 可变荷载

4.1.1 施工荷载

施工荷载包括作业层上的人员、器具和材料等的自重。在 JGJ 130－2011 中表 4.2.2 中装修脚手架标准值取 2.0 kN/m2，混凝土、砌筑结构脚手架为 3.0 kN/m2。4.2.3 条规定：当在双排脚手架上同时有 2 个及以上操作层作业时，在同一个跨距内各操作层的施工均布荷载标准值总和不得超过 5.0 kN/m2。也就是说当结构脚手架作业层为 2 层时，施工均布荷载标准值不是 2×3.0 kN/m2=6.0 kN/m2，而应取 5.0 kN/m2，即现场施工时，荷载不能超过 5.0 kN/m2。

但对于幕墙（特别是石材幕墙和玻璃幕墙）的施工，其荷载取值不应直接套用装饰施工的荷载取值，应按实际情况采用，因为石材或玻璃幕墙施工时，现场工人往往会将石材或玻璃放在脚手架上，因此实际荷载可能会超过 2.0 kN/m2。

4.1.2 风荷载

1）基本风压值 ω0。按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009－2012（以下简称“GB 50009”） 的规定采用，取重现期 n=10 对应的风压值［5］。

2）风压高度变化系数 μz。应按现行国家标准GB 50009 的规定采用，计算立杆稳定性时，用所计算的悬挑架体底部即工字钢位置的建筑高度查 GB 50009 中表 8.2.1 中的 μz值；计算连墙件时，用所计算的悬挑架体顶部位置的建筑高度查 GB 50009 中表 8.2.1 中的 μz值；地面粗糙程度类别取定，往往受到计算的习惯性思维限值，经常在密集建筑群的城市市区施工的，会取 C 类，计算软件中也会默认是 C 类，而现在有不少工程在海边或郊区施工，类别取定时就应严格按工程所在地实际情况进行确定，此时风荷载就会变大，按照原来的设计形式，计算结果可能就不能得到满足。

对于山区建筑物 μz可按平坦地面的粗糙度类别，先计算相应数值，再以修正系数 η 予以确定（参见GB 50009）。应注意的是 2012 版的《建筑结构荷载规范》μz值比 2006 版进行了调整，如 5 m 处原规范中 A、B、C、D 四类地面粗糙度为 1.17、1.00、0.74、0.62，新规范中分别为 1.09、1.00、0.65、0.51。

3）风荷载体型系数 μs。根据 JGJ 130－2011 中4.2.6 条中，对全封闭脚手架，当建筑物为全封闭墙时，μs=1.0 φ；当建筑物为敞开、框架和开洞墙时，μs=1.3 φ。其中 φ=1.2 An/Aw，需根据安全网的相关参数进行计算。但实际工程中无法进行计算，根据规范中说明 φ 值一般取为不小于 0.8，即 μs=1.3φ=1.3×0.8=1.04，这是根据密目式安全立网网目密度不小于 2 000 目/100 cm2计算而得。根据 φ 取 0.8 反推，0.8=1.2（100-2 000 A0）/100，计算得到每目面积 A0=1.7 mm2，因此网孔边长为 1.3 mm。实际工程中密目式安全网能达到 2000 目的标准太少。

4.2 永久荷载

4.2.1 架体结构自重

架体结构自重包括立杆、纵向水平杆、横向水平杆、剪刀撑、扣件等的自重。脚手架立杆承受的每 m 结构自重标准值，可按规范 JGJ 130－2011 附录 A 表采用。

4.2.2 构、配件自重

构、配件自重包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重。

1）脚手板。北方一般采用冲压钢脚手板，少部分采用木脚手板；南方采用竹串片或竹笆脚手板，脚手板取值，如表 2 所示。

表2 JGJ 130－2011 中表4.2.1-1 脚手板自重标准值

2）栏杆与挡脚板。北方一般采用钢管栏杆，挡脚板采用支模用的多层板或竹胶板，实际自重标准值没有表 3 中列的那么大，以 15 mm 厚的木胶合板为例，密度为450～880 kg/m3，按照最大密度 880 kg/m3计算标准值为 0.13 kN/m2；南方采用竹串片或竹笆脚手板挡脚板。栏杆及挡脚板自重取值如表 3 所示。

表3 JGJ 130－2011 中表4.2.1-2 栏杆、挡脚板自重标准值

3）安全网。JGJ 130－2011 中 4.2.1 条 4 中，密目式安全立网自重标准值不应低于 0.01 k N/m2。此 0.01 kN/m2是按照 JGJ 166－2008《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》中 4.2.2 条说明“密目安全网自重系根据 2000 目网实际重量给定”确定的。

4）脚手板、挡脚板铺设方式。脚手板、挡脚板在作业层必须铺设，具体铺设方式应根据现场实际情况进行确定。根据 JGJ 130－2011 中 9.0.11 条规定，作业层脚手板以下应每隔 10 m 用安全网封闭。

5）横向斜撑布置方式。根据 JGJ 130－2011 中 6.6.4 条：①横向斜撑应在同一节间，由底至顶层呈之字形连续布置；②高度在 24 m 以下的封闭型双排脚手架可不设横向斜撑，高度在 24 m 以上的封闭型脚手架，除拐角应设置横向斜撑外，中间应每隔 6 跨距设置一道。在实际工程中，对于横向支撑一般做得都不到位，作业人员会在整个脚手架上进行行走作业，设置横向斜撑会降低工作效率。

5 悬挑梁

在 JGJ 130－2011 发布以前，施工现场选用的悬挑型钢一般有槽钢和工字钢两种类型，而较为常用的为工字钢。在最新版的 JGJ 130－2011 标准中增加了关于悬挑型钢的规定，规定型钢悬挑梁宜采用双轴对称截面的型钢，即类似于工字钢的型钢类型。在脚手架搭设时，立杆一般设置在型钢上翼缘宽度中部，工字钢双轴对称，立杆位置和中性轴相重合，受力合理，较其他型钢选购、设计、施工方便。选用的型钢材料及相关构造措施参数取用具体如下。

5.1 材料参数

根据 JGJ 130－2011 中 6.10.2 条悬挑钢梁截面高度应≥160 mm。锚固型钢悬挑梁的 U 形钢筋拉环或锚固螺栓直径宜≥ 16 mm。

5.2 基本参数

5.2.1 吊拉钢丝绳及斜拉杆的规定

每个型钢悬挑梁外端宜设置钢丝绳或钢拉杆与上一层建筑结构斜拉结。钢丝绳、钢拉杆不参与悬挑钢梁受力计算；如果使用钢丝绳，其直径应≥14 mm。钢丝绳卡不得少于 3 个。实际工程中使用最多的为6×19 钢丝绳。

当使用钢丝绳卸荷或参与计算时，应按以下方法取用［6］，如式（1）～（2）所示。

式中：［Fg］为钢丝绳的允许拉力，kN，即作用在钢丝绳上的最大轴向拉力；Fg为钢丝绳的钢丝破断拉力总和，kN；α 为考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数，对 6×19、6×37、6×61 钢丝绳，分别取 0.85、0.82、0.80；K 为钢丝绳的使用安全系数，按 K =6.0 取用［4］；d 为钢丝绳最小直径，mm。

5.2.2 钢丝绳吊拉使用的吊环

按照 JGJ 130－2011 中规定钢丝绳与建筑结构拉结的吊环应使用 H PB 235 级钢筋，其直径宜≥20 mm。而根据 GB 50010－2010 《混凝土结构设计规范》中要求，已用 HPB 300 级光圆钢筋取代了HPB 235 级钢筋，因此吊环应使用 HPB 300 级钢筋［7］。

5.2.3 型钢悬挑脚手架构造参数

根据 JGJ 130－2011 中 6.10.3 型钢悬挑脚手架构造，如图 3 所示。而笔者理解：主梁建筑物外悬挑长度 L1为主梁外锚固点到悬挑端最外侧长度，主梁外锚固点到建筑物外边缘的距离 a 根据具体锚固位置确定，该锚固点与内锚固点共同固定型钢，使型钢不能在水平面摆动，锚固钢筋受到的拉力很小，主要利用混凝土的抗压强度。主梁建筑物内锚固长度 L2为主梁外锚固点与内锚固点之间的距离，其长度应≥1.25 倍的悬挑段长度。内锚固点距悬挑型钢里端应≥200 mm，具体参数如图 4 所示。

图3 规范中型钢悬挑脚手架构造

图4 型钢构造长度取值

5.2.4 型钢与主体结构的连接

悬挑型钢中悬挑构件与主体结构之间常见的连接方法有非预埋螺栓连接法、预埋 U 型钢筋或预埋螺栓法等，施工现场常用的一般为预埋 U 型钢筋的方法。

1）非预埋螺栓连接法。在混凝土楼板浇筑混凝土时，预留螺栓孔或在混凝土浇筑完成后进行钻孔，工字钢安装时插入对接螺栓。该方案通过对接螺栓将型钢固定在主体上，安全可靠，且对接螺栓可以重复利用，但增加预留孔洞及钻孔而产生的费用，具体如图 5 所示。

图5 螺栓连接法

2）预埋 U 型钢筋或预埋螺栓法。在楼板钢筋绑扎完成后将 U 型钢筋或螺栓预埋至混凝土、板底层钢筋位置，并应与混凝土梁、板底层钢筋焊接牢固，其锚固长度应符合 GB 50010－2010《混凝土结构设计规范》中钢筋锚固的规定，具体如图 6～7 所示。预埋位置设置在楼板上时，楼板的厚度宜≥120 mm。如果楼板的厚度＜ 120 mm 应采取加固措施。

图6 预埋螺栓法

图7 预埋 U 型钢筋

5.2.5 型钢与脚手架间的连接相关参数

型钢悬挑梁悬挑端应设置能使脚手架立杆与钢梁可靠固定的定位点，定位点离悬挑梁端部应≥100 mm。在实际施工过程中一般采用两种方式，一种是在距离悬挑梁端部 100 mm 处焊接 Φ25 及以上螺纹钢筋，长度≥0.2 m，此种类型在北方使用相对比较多；另一种是在该处焊接短管，长度≥0.2 m。

6 结语

本文主要是对建筑施工中采取型钢悬挑扣件式脚手架在设计方案阶段各类技术参数取值的探讨研究，部分内容充分经过实践检验，对类似脚手架的方案编制及设计具有一定的参考价值。但随着建筑施工技术的进步发展，建筑施工用外脚手架的形式不断更新，型钢悬挑脚手架陆续会退出建筑市场。