采用midas软件对某假区项目落地脚手架的受力计算研究

刘春，范宗凯，徐松艳，齐艳涛，许国伟

（1.文山州路桥有限责任公司 云南 文山663000）

（2.云南省建筑科学研究院有限公司 云南 昆明650223）

0 引言

随着建筑设计行业的不断发展，各种高层建筑以及跨度的结构形式如雨后春笋的成长起来，施工过程中采用各式各样的浇筑方式，高支架体系的应用也越来越广，但高支架安全事故发生的越来越多[1]，给企业与群众带来了重大的经济损失与人员伤亡，对此，高支架的稳定性分析与安全验算显得尤为重要。以某度假区项目为背景对高支外爬架特点进行了研究，对扣件式脚手架搭建技术做了阐述，对支架的整体受力、整体稳定性及单个杆件受力进行了受力分析，为以后类似的扣件式高支外爬架施工提供了借鉴作用，用于指导现场施工，确保现场施工安全可靠，起到减少坍塌安全事故发生的概率[2]。

1 工程概况

项目工程建设面积56 948.81m2（其中地上面积44 261.21 m2，地下面积12 687.6 m2），建筑最大高度为1#楼公区12米,2#-8#楼均为客房楼。地下车库1层。地下室落地式脚手架搭设及主楼地下室至顶层（1#楼2层、2#楼3层、3#楼-1层，4#/5#/6#楼2层，7#/8#楼3层，主楼及地下车库地下室1层）落地式脚手架搭设设计：地下室落地式脚手架全部采用双排钢管脚手架（地下室底板至首层最大高度为8.5m），地下室顶板以上结构采用从地下室顶板搭设的双排落地式钢管脚手架，最大高度为15.5m。

2 工艺技术

根据现场实际情况，最大地下室层结构外围落地式脚手架从底板至首层，架体高度约8.5m，采用落地式双排脚手架搭设；地下室底板至顶层落地式脚手架，架体最大高度为16m高度，采用落地式双排脚手架搭设。本方案以地上最大搭设高度16m的架体进行设计，其他架体按此进行搭设；搭设流程如图1：

图1 搭设流程图

3 脚手架参数

脚手架参数如表1所示。

表1 脚手架参数表

4 软件计算的特点

软件计算主要提供输入的支架体系参数及荷载体系参数，在计算过程中将不同工况荷载进行组合，选出最不利工况的荷载组合进行验算，验算结果可进行总体查看，也可以进行细部单独查看。可灵活输入支架参数的长度、厚度、钢材型号及荷载组合，结合现场实际其他施工经验，将计算结果控制在一定的安全系数内，同时兼顾施工支架成本进行灵活调整计算，快速、准备、高效[3]。

5 典型外爬落地架计算

5.1 结构概述

本支架计算书适用于建筑工程外爬落地架施工，选取最高工况，脚手架最高高度为16m，落地支架的布置图如下所示，在中间层适当高度选取两层做竹胶板铺设，其余的层用钢笆网铺设，竹胶板主要用于防止高空零碎的物体下落砸伤作业人员。作业人员最高作业高度在14m高度位置，其余2.1m作为防护高度。如图3，4所示，立杆步距1.8m中间设置一根栏杆，然后外侧用密目网覆盖，绑扎牢固即可保证安全。跨距4.5m设置一道剪刀撑，所有钢材均采用Q235钢材。

5.2 荷载种类及大小

（1）支架荷载主包括：①脚手架、竹胶板及钢笆网自重按Midas civil软件计算；②人群机具荷载；③风荷载。

（2）支架体系自重荷载：脚手架、对拉杆及顶托丝杆容重为76.9825kN/m3，方木、竹胶板容重为5kN/m2，在迈达斯软件中能计入钢材杆件与木材料的自重。

（3）人群机具荷载：结构施工时同时取2个作业层，每层活荷载标准值3.0kN/m2，每个作业层长度为45m，每层取12个局部面受力，每个局部面受力4kN，相当于每个点1.35（1.3.5=1.5*0.9）平方站4个100kg作业人员。

（4）风荷载：因工地地点常年风力较大，取风荷载标准值ωk=0.37kN/m2，作用在密目网与脚手架系统上，因为有两步三跨有连墙件杆，故可以换算成作用在外侧竖杆与大横杆和栏杆上的线荷载为0.15kN/m。

5.3 支架验算

参考类似计算案例建立模型，根据支架荷载计算[4]，把所有荷载加至支架上，然后分析计算（见图2）。

图2 支架整体组合应力模型图

由图2右边的数据可看出整体支架系统中杆件受力中最大的组合应力数据为5.73422e+001N/mm2即57.3MPa，从总体看杆件应力，依据《钢结构设计规范》（GB50017-2017),可知Q235钢材抗拉设计强度设计值为215MPa，除以1.3的安全系数后为165.3MPa＞57.3MPa，满足施工要求（以下类似）。

立杆强度验算（见图3）：

图3 支架立柱应力图（单位：MPa）

由图3可知钢管支架最大组合应力76.4MPa＜215/1.3MPa，满足施工要求。

水平杆强度验算（见图4）：

图4 水平杆应力图（单位：MPa）

由图4的计算结果可知，水平杆最大组合应力σ=30.2MPa＜[σ］=215/1.3MPa，故水平杆应力满足规范要求。

横向斜杆强度验算（见图5）：

图5 横向斜杆组合应力图（单位：MPa）

由图5的计算结果可知，横向斜杆最大组合应力σ=8.57MPa＜[σ］=215/1.3MPa，故横向斜杆应力满足要求。

支架刚度验算（见图6）：

图6 支架最大位移图（单位：mm）

从图6可知，支架最大相对位移fmax=0.5mm＜(1 500/150)=10mm,即支架刚度满足规范要求。

支架稳定性验算（见图7）：

图7 支架临界系数

由图7的计算结果可知，支架临界荷载系数=30＞4.2，故支架稳定性满足要求。（《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010弹性屈曲系数不小于4.2）。

6 结语

以扣件式钢管脚手架为研究对象，以实际工程为背景对高支外爬架进行了计算，通过midas软件进行了模拟分析，得出支架整体受力、整体位移、支架临界系数（整体稳定性）及支架单个杆件受力数据，通过调整参数得出既能保证安全又能节约成本的搭设方案，是一种较为快速和准确的验算方式，可以避免因计算失误导致的坍塌安全事故发生[5]，可为以后类似的扣件式高支架的设计和施工提供借鉴作用。