关于建筑施工脚手架风荷载计算中有关问题的探讨Word格式文档下载.docx
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An1—每一步一跨内钢管的挡风面积
la—脚手架立杆的纵向间距
h—脚手架步高
φ—钢管外径
上述“130规范”中所定义的“敞开式脚手架”，与当时（二十世纪八十年代）劳动力成本低、钢材匮乏的社会背景相适应，施工单位也能比较自觉的按照规范来执行。
但是随着我国社会经济和建筑技术的不断发展，国家钢铁产量逐年提高，脚手架钢管和扣件等已不是紧缺商品，同时劳动力成本却日益上涨，施工单位不再愿意花大量的人力在有操作作业时设置防护栏杆，操作作业结束后拆下防护栏杆，脚手架防护栏杆往往随着工程进度逐层设置，工程结束后一次性与脚手架架体同时拆除。
特别是进入新世纪以来，社会文明和安全意识进一步提高，在“安全第一”已成为人们共识的这一社会大环境下，没有哪个部门、哪个单位敢冒天下之大不韪，要求根据“130规范”的规定，将非操作层的防护栏杆全部拆除，故笔者认为应对“敞开式脚手架”的含义做新的解释。
经笔者调查，目前施工现场（特别是在南方发达地区）脚手架常见的做法是在每步内均设置防护栏杆（扶手杆和挡脚杆各一根），所以在每一步一跨迎风面积内，挡风构件包括：
立杆、大横杆、挡脚杆、扶手杆和剪刀撑各一根，脚手架挡风系数按下式计算：
（公式3.1.2）
将公式3.1.1和3.1.2计算得到挡风系数进行比较，设其相对差值为β：
（公式3.1.3）
表3.1不同纵距和步高的β值
la
h
1.2
1.5
1.8
2.0
0.731
0.804
0.862
0.894
0.648
0.718
0.774
0.805
0.603
0.670
0.724
0.755
目前常用的脚手架步高h≈1.8m，立杆纵距la在1.2~2.0m之间，笔者将不同步高和纵距的脚手架代入公式3.1.3，计算结果见表3.1，由此可见，目前施工现场最常见的“每步均设置防护栏杆”的“敞开式脚手架”与“130规范”定义的“只设置作业层防护栏杆”的“敞开式脚手架”相比，其挡风系数增加了0.6~0.9倍，所以笔者认为，“敞开式脚手架”的挡风系数必需根据现场实际情况选用或重新进行计算。
2、采用密目安全网全封闭脚手架挡风系数的计算。
目前工程上最常见的是采用密目安全网全封闭的脚手架（某些地区已不允许采用“敞开式脚手架”），挡风构件包括：
敞开式脚手架的钢管（包括立杆、大横杆、防护栏杆、剪刀撑等）和作为安全防护的密目网。
（1）密目安全网的挡风系数可直接咨询生产厂家，常用的2300/100cm2密目网的挡风系数一般为0.841，也可根据厂家提供的参数按下式计算：
（公式3.2.1）
An2—密目安全网在100cm2内的挡风面积
Aω2—密目安全网在100cm2内的迎风面积，即Aω2=100cm2
n—密目安全网在100cm2内的网目数，根据规定n≥2000
A0—每目空隙面积
（2）采用密目安全网全封闭脚手架时，脚手架的挡风面积=密目网的挡风面积+脚手架钢管的挡风面积-两者重叠部分的挡风面积，故此时脚手架挡风系数可根据“敞开式脚手架”的挡风系数
和密目安全网的挡风系数
，按下式计算：
（公式3.2.2）
3、一些特殊形式的脚手架挡风系数计算。
（1）建设单位为了庆祝建筑物主体封顶或售房需要在脚手架上大面积张挂标语、广告的情况时有发生，而且也难以制止，标语一般采用化纤布制作，广告一般采用专用广告布或胶合板制作，其透风性能较差，加上安全防护网和脚手架钢管的挡风作用，笔者认为其相应部位的挡风面积已非常接近迎风面积，此处的挡风系数可直接取1。
（2）有时因某种原因（如外电线路防护），需要在脚手架外立面采用密目安全网加竹笆板作双重防护，甚至采用绝缘板等密不透风材料进行安全防护，同样笔者认为其挡风系数也应直接取1。
对于上述
（1）
（2）所述情况，有些企业直接套用规范提供的公式3.0.1计算，笔者认为不妥，公式3.0.1中之所以乘以了一个截面放大系数1.2，是考虑了脚手架为桁架结构和扣件位置的挡风面积放大作用等因素，对于
（1）
（2）中采用的多种安全防护形式，显然不存在截面放大作用，仅仅是减少了透风率，其挡风面积≈迎风面积，故挡风系数可直接取1。
四、验算立杆稳定性时的最不利位置分析。
“130规范”第5.3.1条规定，组合风荷载计算脚手架立杆稳定，按下式计算：
（公式4.1.1）
式中N—计算立杆段的轴向力设计值
φ—轴心受压构件的稳定系数
A—立杆截面面积
MW—计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩
f—钢材的抗压强度设计值
众所周知，由于脚手架钢管的自重作用，底步架立杆所受的轴力最大，离脚手架顶部越近，立杆轴力越小；
相反，在底步架处由风荷载产生的弯矩最小，离脚手架顶部越近，弯矩越大。
因此，在确定最不利位置时，应对每个步段的脚手架立杆所承受的轴力和弯矩进行组合，然后取效应最大值，这样计算起来非常繁琐，所以大部分施工单位为贪图方便，直接取脚手架底部立杆承受的轴力和脚手架顶部位置由风荷载产生的弯矩进行组合，这种组合明显偏于安全，经济性比较差，为此笔者对落地式和悬挑式钢管脚手架进行了大量演算，通过编制电算程序，对脚手架的搭设高度（脚手架总高）、步高、立杆纵距、立杆钢管壁厚、基本风压、使用荷载和悬挑式脚手架的起挑高度等，取不同数值进行组合和计算，对计算结果比较分析后发现，取底部架立杆复核稳定性（即取底步架立杆的轴力和底部架处的风荷载进行组合）能达到安全性与经济性的统一，并符合实际情况。
五、风压高度变化系数应按不同的计算对象取值。
由公式2.1可知，风荷载大小与计算点离地高度密切相关，脚手架中需要计算的构件离地高度不同，所受的风荷载明显不同，对搭设总高度较大的脚手架和悬挑式脚手架尤为明显，故笔者认为，风荷载高度变化系数应根据不同的计算对象取值。
由上述第四点可知，在验算脚手架立杆稳定性时，对于落地式脚手架，风压高度变化系数按离地5米高度取值；
对于悬挑式脚手架，一般取每一悬挑段起挑处的离地高度计算。
在验算脚手架连墙件承载力时，对于落地式脚手架，一般取脚手架顶部的离地高度计算，但对于搭设高度较大的脚手架，从经济角度考虑，连墙件设置的间距可适当划分几个计算段进行布置，为便于施工及管理，同一段内连墙件布置应一致；
对于悬挑式脚手架，在同一悬挑段内连墙件设置宜统一，一般取每一悬挑段的最大离地高度计算。
聚乙烯（PE）简介
1.1聚乙烯
化学名称：
聚乙烯
英文名称：
polyethylene，简称PE
结构式：
聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。
聚乙烯是五大合成树脂之一，是我国合成树脂中产能最大、进口量最多的品种。
1.1.1聚乙烯的性能
1.一般性能
聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无嗅、无味、无毒，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，但由于其为线性分子可缓慢溶于某些有机溶剂，且不发生溶胀。
工业上为使用和贮存的方便通常在聚合后加入适量的塑料助剂进行造粒，制成半透明的颗粒状物料。
PE易燃，燃烧时有蜡味，并伴有熔融滴落现象。
聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度，也与聚合工艺及后期造粒过程中加入的塑料助剂有关。
2.力学性能
PE是典型的软而韧的聚合物。
除冲击强度较高外，其他力学性能绝对值在塑料材料中都是较低的。
PE密度增大，除韧性以外的力学性能都有所提高。
LDPE由于支化度大，结晶度低，密度小，各项力学性能较低，但韧性良好，耐冲击。
HDPE支化度小，结晶度高，密度大，拉伸强度、刚度和硬度较高，韧性较差些。
相对分子质量增大，分子链间作用力相应增大，所有力学性能，包括韧性也都提高。
几种PE的力学性能见表1-1。
表1-1几种PE力学性能数据
性能
LDPE
LLDPE
HDPE
超高相对分子质量聚乙烯
邵氏硬度（D）
拉伸强度／MPa
拉伸弹性模量／MPa
压缩强度／MPa
缺口冲击强度／kJ·
m-2
弯曲强度／MPa
41～46
7～20
100～300
12.5
80～90
12～17
40～50
15～25
250～550
—
＞70
60～70
21～37
400～1300
22.5
40～70
25～40
64～67
30～50
150～800
＞100
3.热性能
PE受热后，随温度的升高，结晶部分逐渐熔化，无定形部分逐渐增多。
其熔点与结晶度和结晶形态有关。
HDPE的熔点约为125～137℃，MDPE的熔点约为126～134℃，LDPE的熔点约为105～115℃。
相对分子质量对PE的熔融温度基本上无影响。
PE的玻璃化温度（Tg）随相对分子质量、结晶度和支化程度的不同而异，而且因测试方法不同有较大差别，一般在-50℃以下。
PE在一般环境下韧性良好，耐低温性（耐寒性）优良，PE的脆化温度（Tb）约为-80～-50℃，随相对分子质量增大脆化温度降低，如超高相对分子质量聚乙烯的脆化温度低于-140℃。
PE的热变形温度（THD）较低，不同PE的热变形温度也有差别，LDPE约为38～50℃（0.45MPa，下同），MDPE约为50～75℃，HDPE约为60～80℃。
PE的最高连续使用温度不算太低，LDPE约为82～100℃，MDPE约为105～121℃，HDPE为121℃，均高于PS和PVC。
PE的热稳定性较好，在惰性气氛中，其热分解温度超过300℃。
PE的比热容和热导率较大，不宜作为绝热材料选用。
PE的线胀系数约在（15～30）×
10-5K-1之间，其制品尺寸随温度改变变化较大。
几种PE的热性能见表1-2。
表1-2几种PE热性能
熔点／℃
热降解温度（氮气）／℃
热变形温度（0.45MPa）／℃
脆化温度／℃
线性膨胀系数／（×
10-5K-1）
比热容／J·
（kg·
K）-1
热导率/W·
（m·
105～115
＞300
38～50
-80～-50
16～24
2218～2301
0.35
120～125
50～75
-100～-75
125～137
60～80
-100～-70
11～16
1925～2301
0.42
190～210
75～85
-140～-70
4.电性能
PE分子结构中没有极性基团，因此具有优异的电性能，几种PE的电性能见表1-3。
PE的体积电阻率较高，介电常数和介电损耗因数较小，几乎不受频率的影响，因而适宜于制备高频绝缘材料。
它的吸湿性很小，小于0.01％（质量分数），电性能不受环境湿度的影响。
尽管PE具有优良的介电性能和绝缘性，但由于耐热性不够高，作为绝缘材料使用，只能达到Y级（工作温度≤90℃）。
表1-3聚乙烯的电性能
体积电阻率/Ω·
cm
介电常数/F·
m-1（106Hz）
介电损耗因数（106Hz）
介电强度/kV·
mm-1
≥1016
2.25～2.35
＜0.0005
＞20
2.20～2.30
45～70
2.30～2.35
18～28
≥1017
≤2.35
＞35
5.化学稳定性
PE是非极性结晶聚合物，具有优良的化学稳定性。
室温下它能耐酸、碱和盐类的水溶液，如盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨、氢氧化钠、氢氧化钾以及各类盐溶液（包括具有氧化性的高锰酸钾溶液和重铬酸盐溶液等），即使在较高的浓度下对PE也无显著作用。
但浓硫酸和浓硝酸及其他氧化剂对聚乙烯有缓慢侵蚀作用。
PE在室温下不溶于任何溶剂，但溶度参数相近的溶剂可使其溶胀。
随着温度的升高，PE结晶逐渐被破坏，大分子与溶剂的作用增强，当达到一定温度后PE可溶于脂肪烃、芳香烃、卤代烃等。
如LDPE能溶于60℃的苯中，HDPE能溶于80～90℃的苯中，超过100℃后二者均可溶于甲苯、三氯乙烯、四氢萘、十氢萘、石油醚、矿物油和石蜡中。
但即使在较高温度下PE仍不溶于水、脂肪族醇、丙酮、乙醚、甘油和植物油中。
PE在大气、阳光和氧的作用下易发生老化，具体表现为伸长率和耐寒性降低，力学性能和电性能下降，并逐渐变脆、产生裂纹，最终丧失使用性能。
为了防止PE的氧化降解，便于贮存、加工和应用，一般使用的PE原料在合成过程中已加入了稳定剂，可满足一般的加工和使用要求。
如需进一步提高耐老化性能，可在PE中添加抗氧剂和光稳定剂等。
6.卫生性
PE分子链主要由碳、氢构成，本身毒性极低，但为了改善PE性能，在聚合、成型加工和使用中往往需添加抗氧剂和光稳定剂等塑料助剂，可能影响到它的卫生性。
树脂生产厂家在聚合时总是选用无毒助剂，且用量极少，一般树脂不会受到污染。
PE长期与脂肪烃、芳香烃、卤代烃类物质接触容易引起溶胀，PE中有些低相对分子质量组分可能会溶于其中，因此，长期使用PE容器盛装食用油脂会产生一种蜡味，影响食用效果。
1.1.2聚乙烯的分类
聚乙烯的生产方法不同，其密度及熔体流动速率也不同。
按密度大小主要分为低密度聚乙烯（LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）。
其中线性低密度聚乙烯属于低密度聚乙烯中的一种，是工业上常用的聚乙烯，其他分类法有时把MDPE归类于HDPE或LLDPE。
按相对分子质量可分为低相对分子质量聚乙烯、普通相对分子质量聚乙烯、超高相对分子质量聚乙烯。
按生产方法可分为低压法聚乙烯、中压法聚乙烯和高压法聚乙烯。
1.低密度聚乙烯
Lowdensitypolyethylene，简称LDPE
低密度聚乙烯，又称高压聚乙烯。
无味、无臭、无毒、表面无光泽、乳白色蜡状颗粒，密度0.910～0.925g/cm3，质轻，柔性，具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性（可耐-70℃），但力学强度、隔湿性、隔气性和耐溶剂性较差。
分子结构不够规整，结晶度较低（55%～65%），熔点105～115℃。
LDPE可采用热塑性成型加工的各种成型工艺，如注射、挤出、吹塑、旋转成型、涂覆、发泡工艺、热成型、热风焊、热焊接等，成型加工性好。
主要用作农膜、工业用包装膜、药品与食品包装薄膜、机械零件、日用品、建筑材料、电线、电缆绝缘、吹塑中空成型制品、涂层和人造革等。
2.高密度聚乙烯
HighDensityPolyethylene，简称HDPE
高密度聚乙烯，又称低压聚乙烯。
无毒、无味、无臭，白色颗粒，分子为线型结构，很少有支化现象,是典型的结晶高聚物。
力学性能均优于低密度聚乙烯，熔点比低密度聚乙烯高，约125～137℃，其脆化温度比低密度聚乙烯低，约-100～-70℃，密度为0.941～0.960g/cm3。
常温下不溶于一般溶剂，但在脂肪烃、芳香烃和卤代烃中长时间接触时能溶胀，在70℃以上时稍溶于甲苯、醋酸中。
在空气中加热和受日光影响发生氧化作用。
能耐大多数酸碱的侵蚀。
吸水性小，具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，介电性能、耐环境应力开裂性亦较好。
HDPE可采用注射、挤出、吹塑、滚塑等成型方法，生产薄膜制品、日用品及工业用的各种大小中空容器、管材、包装用的压延带和结扎带，绳缆、鱼网和编织用纤维、电线电缆等。
3.线性低密度聚乙烯
LinearLowDensityPolyethylene，简称LLDPE
线形低密度聚乙烯被认为是“第三代聚乙烯”的新品种，是乙烯与少量高级α-烯烃（如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等）在催化剂作用下，经高压或低压聚合而成的一种共聚物，为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度0.918～0.935g/cm3。
与LDPE相比，具有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点，且软化温度和熔融温度较高，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能。
并可耐酸、碱、有机溶剂等。
LLDPE可通过注射、挤出、吹塑等成型方法生产农膜、包装薄膜、复合薄膜、管材、中空容器、电线、电缆绝缘层等。
由于不存在长支链，LLDPE的65％～70％用于制作薄膜。
4.中密度聚乙烯
Mediumdensitypolyethylene，简称MDPE
中密度聚乙烯是在合成过程中用α-烯烃共聚，控制密度而成。
MDPE的密度为0.926～0.953g/cm3，结晶度为70％～80％，平均相对分子质量为20万，拉伸强度为8～24MPa，断裂伸长率为50％～60％，熔融温度126～135℃，熔体流动速率为0.1～35g／10min，热变形温度（0.46MPa）49～74℃。
MDPE最突出的特点是耐环境应力开裂性及强度的长期保持性。
MDPE可用挤出、注射、吹塑、滚塑、旋转、粉末成型加工方法，生产工艺参数与HDPE和LDPF相似，常用于管材、薄膜、中空容器等。
5.超高相对分子质量聚乙烯
ultra-highmolecularweightpolyethylene，简称UHMWPE
超高相对分子质量聚乙烯冲击强度高，耐疲劳，耐磨，是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。
其相对分子质量达到300～600万，密度0.936～0.964g/cm3，热变形温度（0.46MPa）85℃，熔点130～136℃。
UHMWPE因相对分子质量高而具有其他塑料无可比拟的优异性能，如耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能，广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。
另外，由于超高相对分子质量聚乙烯优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用，而且，超高相对分子质量聚乙烯耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用。
超高相对分子质量聚乙烯纤维的复合材料在军事上已用作装甲车辆的壳体、雷达的防护罩壳、头盔等；
体育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。
由于超高相对分子质量聚乙烯熔融状态的粘度高达108Pa·
s，流动性极差，其熔体流动速率几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。
近年来，通过对普通加工设备的改造，已使超高相对分子质量聚乙烯由最初的压制-烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其他特殊方法的成型。
6.茂金属聚乙烯
茂金属聚乙烯（mPE）是近年来迅速发展的一类新型高分子树脂，其相对分子质量分布窄，分子链结构和组成分布均一，具有优异的力学性能和光学性能，已被广泛应用于包装、电气绝缘制品等。
1.1.3聚乙烯的成型加工
PE的熔体粘度比PVC低，流动性能好，不需加入增塑剂已具有很好的成型加工性能。
前文已介绍了各类聚乙烯可采用的成型加工方法，下面主要介绍在成型过程中应注意的几个问题。
①聚乙烯属于结晶性塑料，吸湿小，成型前不需充分干燥，熔体流动性极好，流动性对压力敏感，成型时宜用高压注射，料温均匀，填充速度快，保压充分。
不宜用直接浇口，以防收缩不均，内应力增大。
注意选择浇口位置，防止产生缩孔和变形。
②PE的热容量较大，但成型加工温度却较低，成型加工温度的确定主要取决于相对分子质量、密度和结晶度。
LDPE在180℃左右，HDPE在220℃左右，最高成型加工温度一般不超过280℃。
③熔融状态下，PE具有氧化倾向，因而，成型加工中应尽量减少熔体与空气的接触及在高温下的停留时间。
④PE的熔
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