論腳手架的設計計算要求和方法

錢周軍++宋鋼軍++張忠潮

摘 要：在實際工程中，因腳手架的設計和施工不當導致工程質量事故的案例是十分常見的，本文討論了腳手架的設計計算要求和方法。

關鍵詞：腳手架；設計；計算；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，腳手架工程是很重要的分項工程，由于腳手架的設計和施工問題導致工程質量事故的案例是十分常見的，本文討論了腳手架的設計計算要求和方法。

腳手架既具有同類建筑結構的一些共同屬性。又具有自身的特殊性。不同的腳手架系列，由于桿件材料和構架方式的不同，在設計計算方面.有其共同點也有不同點。

1.腳手架的設計內容

建筑施工腳手架的設計包含以下三項相互關聯的內容。

（1）設置方案的選擇，包括：

1）腳手架的類別；

2）腳手架構架的形式和尺寸；

3）相應的設置措施（基礎、支撐、整體拉結和附墻連接、進出（或上下）措施等）。

（2）承載可靠性的驗算，包括：

1）構架結構和桿件驗算；

2）地基、基礎和其他支撐結構的驗算；

3）專用加工件驗算。

（3）安全使用措施，包括：

1）作業面的防（圍）護；

2）整架和作業區域（涉及的空間環境）的防（圍）護；

3）進行安全搭設、移動（升降）和拆除的措施；

4）安全使用措施。

2.腳手架構架結構的計算項目

（1）構架的整體穩定性計算?？赊D化為立桿穩定性計算。

（2）單肢立桿的穩定性計算。當單肢立桿穩定性計算已包括在整體穩定性計算中，且立桿未顯著超出構架的計算長度和使用載荷時，可以略去此項計算。

（3）平桿的強度、穩定和剛度計算。

（4）附著和連墻件的強度和穩定驗算。

（5）抗傾覆驗算。

（6）懸掛件、挑支撐拉件的驗算（根據其受力狀態確定驗算項目）。

（7）地基基礎和支撐結構的驗算。

3.腳手架結構設計采用的方法

各種腳手架結構都屬于臨時性建筑結構范疇，因此，一律采用《建筑結構設計統一標準》（GBJ 68—1984）[新標準為《建筑結構可靠度設計統一標準》（GB 50068—2001）]規定的“概率極限狀態設計法”，其基本概念扼要介紹如下：不論什么結構，當其整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能要求時，這個特定狀態就稱為該功能的極限狀態。

結構的極限狀態有兩類。

（1）承載能力極限狀態。結構或結構構件達到其最大承載能力或出現不適于繼續承載的變形的某一特定的狀態。對于建筑工程結構，當出現下列狀態時，即認為超過了承載能力極限狀態：

1）整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；

2）結構構件或連接節點構造的承載因超過材料的強度而破壞（包括疲勞）或因出現過度的塑性變形而不適于繼續承載；

3）結構轉變為機動體系；

4）結構或構件喪失穩定（如壓屈等）。

（2）正常使用極限狀態。結構或構件達到正常使用或耐久性能的某項規定限值的特定狀態。對于建筑工程結構，當出現下列狀態之一時，即認為超過了正常使用狀態：

1）影響正常使用的外觀的變形；

2）影響正常使用的耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；

3）影響正常使用的振動；

4）影響正常使用的其他特定狀態。

對于建筑腳手架結構（包括使用腳手架材料組裝的支撐架）來說，由于對構架桿配件的質量和缺陷都作了規定，且在出現正常使用極限狀態時會有明顯的征兆和發展過程，有時間采取相應措施而不會出現突發性事故。因此，在腳手架設計時一般不考慮正常使用極限狀態，而主要考慮其承載能力極限狀態。

在上述4種承載能力極限狀態中，傾覆問題可通過加強結構的整體性和附墻拉結來解決（對拉結件進行抗水平力作用的計算）；轉變為機動體系的問題也可用合理的構造（如加設適量的斜桿和剪刀撐）來解決而不必計算。因此應考慮的是強度和穩定的計算。而腳手架整體或局部喪失穩定破壞是腳手架破壞的主要危險所在，因而是最主要的設計計算項目。

對于結構的各種極限狀態，均應規定或給予明確的標志或限值，即給定或預先規定用以度結構的可靠度的可靠指標。

結構在規定的時間內和規定的條件下完成預定功能（即設計要求）的概率，稱為結構的可靠度。它是結構可靠性的概率量度，并采用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法確定。在各種因素的影響下，結構完成預定功能的能力不能事先確定，只能用概率來描述。這是從統計數學出發的、比較科學的方法。

能夠完成預定功能的概率稱為“可靠概率”（Ps），不能完成預定功能的概率為“失效概率”（Pf）*，Ps+Pf=1。Ps和Pf都可以用來度量結構的可靠性，而一般習慣于采用后者。但計算pf比較復雜。需要通過多維積分，因而采用可靠指標口來代替Pf具體量度結構的可靠性。endprint

pf和β的計算式由結構的“極限狀態方程”（Z=R S=0，Z為結構的功能函數，S為作用效應，R為結構抗力）導出。設R、S均為正態變量，則Z亦為正態變量。

β和Pf的對應關系列入表1中?？梢钥闯?，β愈大，pf愈小，結構愈可靠，故稱β為“可靠指標”。

該標準確定的結構構件設計應達到的β值（歷史經驗總結）列入表2中。

I級——重要建筑物，破壞后果很嚴重；

Ⅱ級——一般建筑物，破壞后果嚴重；

Ⅲ級 ——次要建筑物，破壞后果不嚴重。

由于“概率極限狀態設計法”中所涉及的作用效應和抗力值等都是以大量的統計數據為基礎并經過概率分析后確定的，而對于各種腳手架結構來說，雖然也作了一些工作，但遠遠達不到用概率理論確定它的數據的程度。為了與現行建筑結構規范的計算理論和方法銜接，以便可以利用它們的計算方法和有關適合的數據，就必須給腳手架的計算穿上概率極限狀態設計的“外衣”，而所用的計算方法實際上仍是半理論和半經驗的，有待以后繼續積累數據，向真正的極限狀態設計法過渡。

因此，建筑腳手架結構可靠度的校核方法規定為：按概率極限狀態設計法計算的結果.在總體效果上應與腳手架使用的歷史經驗大體一致。亦即按新方法設計的腳手架結構，如按原《工業與民用建筑載荷規范》（TJ9—1974）、原《薄壁型鋼結構技術規范》（TJl8—1975）和原《木結構設計規范））（GBJ5—1973）進行安全度校核，其單一安全系數應滿足下列要求：

強度計算 K≥1.5；

穩定計算 K≥2.0。

當不能滿足上述要求時，主要應通過調整材料強度附加分項系數 （ ， ， ）來解決。必要時，也可采取其他有效措施（調整構架結構、卸載等）。

參考文獻

[1] 周國恩、周兆銀.建筑工程施工技術.重慶：重慶大學出版社，2011

[2] 李繼業、黃延麟.腳手架基礎知識和施工技術.北京：中國建筑工業出版社，2012

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【文章編號】1006-2688（2017）07-0068-02

【作者簡介】錢周軍（1968-），男，浙江嵊州人，工程師，研究方向：工程施工管理。endprint