对《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》的理解与应用.docx

对《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》的理解与应用.docx

《对《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》的理解与应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《对《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》的理解与应用.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

对《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》的理解与应用

对《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》的

理解与应用

《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001（以下简称《扣件架规范》）自2001年颁布以来，对施工扣件式钢管脚手架的设计计算、构造要求和搭拆等方面起了良好的规范作用，有效地减少了安全事故的发生，在实际应用中，施工技术人员对规范中一些规定的由来不清楚，对一些条文误解误用；另外，规范中有些条文确有值得争议、探讨、甚至修改之处，本文就《扣件架规范》外脚手架和模板支架的几个问题谈谈笔者的理解和看法。

一、水平风荷载标准值的计算

《扣件架规范》第4.2.3规定：

作用于脚手架的水平风荷载标准值Wk＝0.7μz·μs·Wo，式中基本风压Wo是根据《建筑结构荷载规范》（GBJ9-87）重现期为30年（即30年一遇）确定的，系数0.7是按脚手架使用期限为5年确定的对基本风压Wo（重现期为30年）的折减系数，现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D-4给出的是重现期为10年、50年和100年的基本风压。

重现期30年的基本风压需换算确定。

《工程结构荷载与可靠度设计原理》（第二版）给出了我国不同重现期风压与50年重现期风压的比值，见下表1。

不同重现期风压与50年重现期风压的比值表1

重现期To（年）

100

50

30

20

10

5

3

1

0.5

μ

1.114

1.00

0.916

0.849

0.734

0.619

0.535

0.353

0.239

从表1可得重现期5年与30年的风压比值为0.619/0.916＝0.675≈0.7，故规范采用了折减系数0.7。

GB50009-2001规定基本风压按50年一遇的风压采用，从表1知脚手架使用期限为5年的风压折减系数为0.619，偏安全地取0.65，于是对于重现期为50年的基本风压值Wo，作用于脚手架上的水平风荷载标准值Wk＝0.65μz·μs·Wo，如果仍采用Wk＝0.7μz·μs·Wo，将使Wk值偏大。

二、连墙件计算

1、连墙件轴向力设计值的计算

《扣件架规范》第5.4.1规定：

连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+No，其中

Nlw是由风荷载产生的连墙件轴向力设计值，No是连墙件约束脚手架横向平面内变形所产生的轴向力，双排架取5KN。

对于No＝5KN，该条文说明解释如下：

连墙件除受风荷载作用外，还受到以下两方面水平力的作用：

①连墙件为保证脚手架横向整体稳定承受的屈曲剪力，连墙件为起到防止脚手架发生横向整体失稳的约束，必然会因阻止脚手架横向变形产生一个轴向力，即立杆的屈曲剪力。

②施工荷载偏心作用产生的水平力，脚手架的荷载作用实际上是偏离脚手架形心轴作用的，在偏心力作用下，脚手架承受倾覆力矩作用，此倾覆力矩由连墙件的水平反力即轴向力抵抗，该力与施工荷载偏心大小、连墙件竖向间距有关，由于对施工荷载偏心情况缺少调查统计资料，难以给出水平力数值。

将上面屈曲剪力和施工荷载偏心作用产生的水平力合在一起暂取为No＝5KN。

根据钢结构稳定理论，屈曲剪力可取压杆稳定承载力的2％，步距h＝1.8m的常用脚手架的层曲剪力见下表2。

连墙件承受的屈曲剪力表2

架宽lb（m）

连墙件竖向间距

连墙件承受的屈曲剪力（KN）

1.05

2h

3h

2.21

1.74

1.30

2h

3h

1.95

1.64

1.55

2h

3h

1.85

1.52

以上是《扣件架规范》条文说明，表2仅给出连墙件承受的屈曲剪力数据，而没有数据的推导过程。

现仅就lb＝1.05m，连墙件竖向间距2h、3h的连墙件承受的屈曲剪力进行计算：

连墙件竖向间距2h时，μ＝1.5，lo＝1.155×1.5×1800＝3118.5，λ＝lo/i=3118.5/15.8＝197.37，φ＝0.184，一根立杆稳定承载力N＝φAf＝0.184×489×205＝18445.08N，一根连墙件承受的屈曲剪力Nc按6根立杆（二步三跨，三跨共6根立杆）计算，Nc＝18445.08×2％×6＝2213.4N＝2.21KN。

连墙件竖向间距3h时，μ＝1.7，lo＝1.155×1.7×1800＝3534.3，λ＝lo/i＝3531.3/15.8＝223.689，φ＝0.145，N＝φAf＝0.145×489×205＝14535.53N，Nc＝14535.53

×2％×6＝1744.3N＝1.74KN。

表2中数据过大，现行《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第5.1.7重新规定了受压构件自由长度的支撑力，不再借用受压构件的偶然剪力，对于脚手架，

“受压构件”是内、外立杆，“支撑力”是连墙件的轴向力（不再借用屈曲剪力取立杆稳定承载力的2％）GB50017-2003第5.1.7第3款：

“被撑构件为多根柱组成的柱列，在柱高度中央附近设置一道支撑时，支撑力应按下式计算：

Fbn＝

”式中n为柱列中被撑柱的根数，ΣNi为被撑柱同时存在的轴心压力设计值之和。

对于双排脚手架，n＝2，ΣNi＝2N1（N1为一根立杆轴心压力设计值，支撑力Fbn＝

1，连墙件水平间距为3跨，一根连墙件的轴向力Nc＝3Fbn＝3×0.0267N1＝0.08N1。

脚手架lb＝1.05，连墙件竖向间距2h时，Nc＝0.08×18445.08＝1476N＝1.476KN；连墙件竖向间距3h时，Nc＝0.08×14535.53＝1163N＝1.163KN。

表2中数值均大50％（

）

《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ128-2000）（以下简称《门架规范》）规定No＝3KN，建议《扣件架规范》下次修改时，对于双排脚手架取No＝3KN（对于单排脚手架可取No＝2KN）,避免连墙件构造过于复杂。

2、连墙件的强度和稳定性计算

《扣件架规范》未给出具体计算公式，对于施工习惯采用的与预埋在梁板砼中的短钢管扣件连接的连墙件（连墙钢管），可借用《门架规范》：

连墙件强度δ＝

（1）

连墙件稳定δ＝

（2）

Nt（Nc）＝Nw+3.0（KN）

式中：

An、A——连墙件的净截面积、毛截面积；

Nt、Nc——风荷载及其他作用对连墙件的拉、压力设计值；

Nw——风荷载作用于连墙件的拉（压）力设计值；

φ——连墙件的稳定系数。

式

（1）、

（2）是将连墙件简化为轴心受力构件进行计算的表达式，由于扣件连接存在的偏心受力

（偏心距e=53mm），所以在公式右端对强度设计值乘以0.85的折减系数，以考虑这一不利因素。

三、立杆长度附加系数k

《扣件架规范》k取1.155，此值是将钢管抗力调整系数0.9r＇m

（r＇m＝1.59

，SQK、SGK分别为可变荷载与永久荷载的标准值的轴力和）近似取1.333后，将此系数的作用转化为对立杆计算长度的调整值，k取为1.155有些偏小，较合适的k值见下表3。

立杆长度附加系数k表3

步距h（m）

h≤0.9

0.9＜h≤1.2

1.2＜h≤1.5

1.5＜h≤2.0

k

1.243

1.185

1.167

1.163

表3中k值推算见《建筑施工手册》第四版。

现行《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（以下简称《荷载规范》）对《建筑结构荷载规范》（GBJ9-87）修订增加了由永久荷载效应控制的组合：

S＝rGSGK+∑rQi.ψci.SQik。

按照《荷载规范》，脚手架效应（轴向力）如果由永久荷载效应控制，不组合风荷载时，N＝1.35NGK+1.4×0.7NGK，0.7为活荷载组合值系数，此时k值不能取1.155或表3数值，正确的方法是：

不组合风荷载时，不论由永久荷载效应控制还是由可变荷载效应控制，效应均取N＝1.2NGK+1.4NGK，k取1.155（或表3数值），原因如下：

脚手架结构采用的不是真正意义上的“概率极限状态设计法”。

概率极限状态设计法所涉及的作用效应和抗力值是以大量的统计数据为基础并经过概率分析后确定的，脚手架系暂设结构，在荷载和结构方面均缺乏系统积累的资料，不具备永久性结构那样的概率分析条件，脚手架结构可靠度采用了校核法：

把有长期使用经验的容许应力法通过调整抗力值转换为现行结构规范采用的“概率极限状态设计法”。

这样便于利用它的计算方法和有关适合的数据。

《扣件架规范》脚手架强度和稳定计算分别相当于容许应力法中安全系数K≥1.5（强度）和K≥2.0（稳定）的要求，只是外表上穿的是“概率极限状态设计法”这件外套，其计算结果与容许应力法是等同的。

经校核，N＝1.2NGK+1.4NQK时，k取1.155（或表3数值）与容许应力法稳定安全系数

K≥2是相当的；如果效应取N＝1.35NGK+1.4×0.7NQK，则k值需根据K≥2（稳定）校核确定，校核如下（为了便于比较，将两种不同效应校核数据有些一同列出）：

1、关于0.9r＇m的取值

（1）N＝1.35NGK+1.4×0.7NQK（以下称效应1）

轴心压杆稳定的承载能力极限表达式：

0.9（1.35NGK+1.4×0.7NQK）≤φ

·A·

（1）

rm——钢管抗力分项系数，取1.165；r＇m——为使K≥2增设的结构抗力附加分项系数。

容许应力法的轴心压杆稳定承载能力极限表达式：

NGK+NQK≤φ

·A

（2）

k——安全系数，采用经验系数2。

联合式

（1）

（2）得r＇m＝1.41

（2）N＝1.2NGK+1.4NQK（以下称效应2）

方法同样，可得r＇m＝1.59

0.9r＇m的理论值列表如下：

0.9r＇m的理论值表4

η

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

效应1：

0.9r＇m

1.333

1.380

1.417

1.448

1.474

1.495

1.514

1.530

1.544

效应2：

0.9r＇m

1.392

1.365

1.345

1.330

1.319

1.310

1.302

1.295

1.290

2、取0.9r＇m＝1.500，1.333时的安全系数K值

表4是K＝2时对应于η的0.9r＇m值，现求效应1、效应2的0.9r＇m分别为1.500、1.333对应于η的K值

效应1：

比较式

（1）、

（2）可得0.9r＇m＝

（3）

设0.9r＇m＝1.500时稳定安全系数为K，

则1.500＝

（4）

由式（3）、（4）得K＝

×2

同样，效应2：

K＝

，安全系数K值列于下表5。

安全系数K表5

η

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

效应1：

K＝

2.251

2.174

2.117

2.072

2.035

2.007

1.982

1.961

1.943

效应2：

K＝

1.915

1.953

1.982

2.005

2.021

2.035

2.048

2.059

2.067

效应1：

0.9r＇m＝1.500时K在1.943～2.51之间，K＜2的点占33％，最大者低2.85％，即

×100％＝2.85％；

效应2：

0.9r＇m＝1.333时K在1.915～2.067之间，K＜2的点占33％，最大者低4.25％，即

×100％＝4.25％。

取0.9r＇m分别为1.500和1.333大体上满足K≥2的要求。

3、将0.9r＇m转化为对立杆计算长度的调整后，立杆长度附加系数k的取值

效应1：

计算0.9r＇m＝1.500时的k值

设不计k系数的计算长度l＇o（＝μh）的立杆稳定系数为φ＇；计入k系数的计算长度为lo（＝kμh）的稳定系数为φ，有：

1.35NGK+1.4×0.7NQK≤

·

1.35NGK+1.4×0.7NQK≤

根据作用效果相等的要求，上边两边右边项相等，即

·

＝

，得

＝1.500，φ＝

。

λ＇＝

＝

，λ＝

，于是k＝

φ48×3.5钢管i＝

k值计算见下表。

按φ＝

确定的计算长度调整系数k值表6

h（m）

μ

μh（m）

λ＇

φ＇

φ＝

φ＇

λ

k＝

区段平均

0.9

1.5

1.35

85.6

0.688

0.459

118.8

1.388

1.338

1.6

1.44

91.3

0.652

0.435

122.8

1.345

1.7

1.53

97.0

0.611

0.407

127.8

1.318

1.8

1.62

102.7

0.568

0.379

133.4

1.299

1.2

1.5

1.80

114.1

0.488

0.325

145.8

1.278

1.266

1.6

1.92

121.7

0.442

0.295

153.8

1.264

1.7

2.04

129.3

0.400

0.267

162.3

1.255

1.5

1.5

2.25

142.6

0.338

0.225

178

1.248

1.245

1.6

2.40

152.1

0.301

0.201

189

1.243

1.7

2.55

161.6

0.269

0.179

201

1.244

1.8

1.5

2.70

171.1

0.243

0.162

211.5

1.236

1.235

1.6

2.88

182.5

0.215

0.143

226

1.238

1.7

3.06

193.9

0.191

0.127

240

1.238

2.0

1.5

3.15

199.6

0.181

0.121

246

1.232

1.6

3.20

202.8

0.175

0.117

250

1.233

效应2：

0.9r＇m＝1.333时，φ＝（1/1.333）φ＇=0.75φ＇，k值结果见表3，计算过程同上。

《扣件架规范》将0.9r＇m＝1.333转化为对立杆计算长度的调整（即取lo＝kμh）有以下不足：

（1）此调整不适合于组合风荷载的情况，原因是

·0.9r＇m，l＇o（＝μh）＜lo（＝kμh），使φ＇＞φ，那么

＞0.9r＇m，取0.9r＇m＝1.333时，φ＜0.75φ＇，k值必然比表3中数值要大；

（2）将本来对抗力f进行的调整0.9r＇m转化为对lo的调整造成了概念上的混乱。

如果取消此调整，那么不仅减小了累计误差（因已对0.9r＇m作了一次近似处理，取为1.333），而且概念明确，同时也适合于组合风荷载情况，计算公式如下（lo＝μh）：

不组合风荷载时：

（5）

式中,N＝1.2（NG1K+NG2K）+1.4ΣNQK

组合风荷载时：

（6）

式中N＝1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK

按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），组合值系数0.85应改为0.9。

四、模板支架立杆的计算长度lo

《扣件架规范》第5.6.2第2款：

模板支架立杆的计算长度lo＝h+2a，h为支架立杆的步距，a为模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度。

当模板支撑点仍为钢管和扣件连接时，a=0，lo＝h，计算长度系数μ＝1，这只适用于无侧移支架（设置有足够数量的纵、横向垂直剪刀撑或斜杆，能保证支架不发生纵、横向水平位移），而不适用于有侧移支架（无足够数量的纵、横向垂直剪刀撑或斜杆，支架在施工荷载水平分力、立杆安装不垂直造成的水平分力和风荷载等作用下会发生水平侧移），因为有侧移支架立杆μ＞1。

当按《扣件架规范》取lo＝h+2a时，前提条件是：

模板支架不会发生侧移（支架构造上应设置有足够数量的纵、横向垂直剪刀撑或斜杆），此时支架立杆的稳定性可采用下列两种方法中任一种方法计算：

1.按式（5）、（6）计算立杆的稳定性，此时，lo＝h+2a，0.9r＇m最小应取1.333，或按式0.9r＇m=0.9×1.59

计算；

2.按

（不组合风荷载）和

（组合风荷载）计算时，此时，lo＝k（h+2a），k取1.155或表3数值。

若仍取lo＝h+2a，则立杆稳定性不满足安全系数k≥2的要求（这正是《扣件架规范》疏漏之处）。

尽管设置有纵、横向垂直剪刀撑，但在施工荷载水平分力、立杆安装不垂直造成的水平分力和风荷载等作用下，实际上模板支架仍会发生纵、横向水平侧移，应按有侧移支架计算立杆的稳定性，计算长度系数μ应取大于1的系数，偏安全地可取μ=1.75~1.80（取μ=1，这又是《扣件架规范》疏忽之处）。

于是上述两种方法中支架立杆稳定性计算的立杆计算长度分别为lo=μh、lo=kμh（k取1.155或表3数值）。

以上计算适合于模板支架高度Ho≤4m的低支撑架，对于Ho＞4m的高支撑架，抗力f还应乘以折减系数

。

..