承插型輪扣式腳手架調查與應用分析

竇國舉 康 勇 訾建濤 許鵬飛 周 洋 何飛龍

1.中國建筑第七工程局有限公司 河南 鄭州 450004；2.鄭州航空港區航程置業有限公司 河南 鄭州 450000

1 概述

2 承插型輪扣式腳手架架體構造

2.1 立桿

立桿采用φ48 mm×3.5 mm、Q235的鋼管，模數為600 mm，常用的長度規格有3 000、2 400、1 800、1 200 mm等。立桿下端部為φ57 mm×3.2 mm的連接套筒，上下立桿之間通過該套筒連接。立桿每隔600 mm焊接一個輪扣，輪扣的四邊各開設一個孔洞，與承插型盤扣式腳手架的區別在于無斜桿用孔洞（圖1、圖2）。

圖1 承插型盤扣式腳手架節點

圖2 輪扣式腳手架連接

2.2 橫桿

橫桿由鋼管和兩端的插頭組成，常用的規格有1 500、1 200、900、600 mm等。橫桿插頭通過插入到輪盤孔洞內進行連接。

2.3 斜桿

斜桿采用鋼管，通過扣件與架體連接。

對于層高5 m以下的住宅標準層等工程，輪扣式架體在不采用斜桿的情況下滿足使用要求，架體僅需要橫桿、立桿和梁支撐鋼管，較扣件式腳手架搭設方便、構件少，較承插式盤扣式腳手架成本低。

3 研究現狀

目前國內已開展了輪扣式腳手架的相關研究，但是目前尚無國家或行業標準，大部分生產廠家、施工企業對架體的設計、生產和使用參考JGJ 231—2010《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規程》、JGJ 130—2011《扣件式鋼管腳手架安全技術規范》標準執行。由于輪扣式腳手架與承插型盤扣式鋼管支架存在不同，上述2部標準未能完全指導輪扣式腳手架的生產與施工。

劉靜[1]通過有限元分析軟件SAP 2000，假定節點為半剛性節點，采用線性模型建立了雙排輪扣式腳手架的模型，計算分析后取節點的連接剛度為30 kN·m/rad，分析了鋼管腳手架極限承載力的影響因素，其中腳手架搭設的步距、掃地桿的設置、連墻撐的豎向間距以及荷載的分布對極限承載力的影響非常大。

楊曙[2]采用線性模型建立了半剛性特性數值模型來模擬節點的半剛性，通過試驗確定了輪扣節點轉動剛度在30～40 kN·m/rad范圍內波動，平均值35.8 kN·m/rad。

式中:分別對應的是溫度為T0、T時的k階Stokes波中心頻率。可以看出,k階Stokes波相對于BP的中心頻移量是1階Stokes波的k倍,即前者的溫度靈敏度系數是后者溫度靈敏度系數CT的k倍。這也意味著,利用Brillouin多波長輸出可以實現更高的溫度靈敏度系數,如果Stokes波達到10階或以上,則理論上可以使溫度靈敏度系數提高一個數量級。

楊永達[3]通過有限元分析軟件SAP 2000分析了支模架的構造因素對輪扣式鋼管支模架穩定承載力的影響，通過試驗得到了輪扣式鋼管支模架試驗模型的極限承載力和荷載位移曲線，提出假定輪扣式腳手架節點為剛性，通過施加等效水平荷載來模擬支架全等效初始缺陷方法，當假定等效水平荷載取為1.3%～1.7%的極限承載力時，有限元計算結果與試驗結果符合較好。

王洲春[4]對單個輪扣式腳手架節點分別建立了試驗模型和有限元分析模型，并進行了抗彎和抗剪試驗，確定輪扣式鋼管腳手架為轉動剛度25 kN·m/rad，當剪切荷載為60 kN時，輪盤的表面應力已經達到了鋼材的屈服應力值，將60 kN作為輪盤式鋼管腳手架輪盤的抗剪試驗檢測標準的一個參考值。對一個單元體（包括4根立桿和連接的橫桿）建立有限元分析模型分析穩定性，當水平桿步距為1.0 m時，支架立桿計算長度修正系數η=1.8；當水平桿步距為1.5 m時，η=1.35。

山東省地方標準[5]確定了輪扣節點轉動剛度為15 kN·m/rad，抗剪承載力為60 kN。廣東省地標[6]確定了輪扣節點轉動剛度為20kN·m/rad，輪盤抗剪承載力為60 kN。

4 承插型輪扣式腳手架與承插型盤扣式鋼管架關鍵參數對比

根據文獻[5]、[6]、[7]，2種型式的架體在材料、構造、關鍵參數等方面均具有一定的區別。

4.1 材料、構造區別

2種架體的連接盤孔洞數、立桿連接盤間距、連接盤厚度、橫桿接頭連接要求均存在差異（表1）。

表1 承插型盤扣式鋼管架與輪扣式腳手架材料、構造對比

4.2 關鍵參數對比

4.2.1 節點連接計算模型

盤扣式腳手架、輪扣式腳手架均屬于框架式支撐結構體系，計算模型簡化為半剛性節點連接[1-3]。

4.2.2 節點轉動剛度值

文獻[8]中規定，承插式支撐結構節點轉動剛度取20 kN·m/rad，文獻[3]中通過試驗確定盤扣式節點轉動剛度為24 kN·m/rad，考慮安全計算參數1.6，節點轉動剛度15 kN·m/rad。

文獻[2]中通過試驗確定，連接剛度基本保持在 30～40 kN·m/rad之間，取平均值35.8 kN·m/rad；根據文獻[9]，輪扣式鋼管腳手架節點連接剛度相當于扣件式鋼管腳手架在扣件擰緊力矩40 N·m時的連接剛度。

4.2.3 節點抗剪承載力

文獻[7]中，根據東南大學對盤扣式鋼管架八角盤進行的單側彎剪、雙側彎剪及內側焊縫受剪極限承載力計算結果，并考慮材料抗力系數1.087，取整得到連接盤抗剪承載力設計值為40 kN；文獻[5]、[6]中，依據相關試驗數據確定為60 kN。

4.2.4 計算長度

文獻[5]中，無剪刀撐輪扣式腳手架計算長度取l0=μh和l0=h′＋2k0h2中的較大值。其中，μ為立桿計算長度系數，h為支架立桿中間層水平桿最大豎向縱距，h′為支架頂層水平桿步距，h2為懸臂長度，k0為懸臂端計算長度折減系數，取0.7。

μ取值參考文獻[8]中水平桿不連續情形下表格取值，是通過理論推導和大量算例計算確定的。

有剪刀撐輪扣式腳手架計算長度取l0=βHβaμh和l0=h′＋2k0h2值中的較大值。其中，βa為掃地桿高度與懸臂長度修正系數，βH為高度修正系數。

文獻[8]中，計算長度取l0=ηh和l0=h′＋2ka中的較大值。其中，k為懸臂端計算長度修正系數，a為支架可調托座支撐點至頂層水平桿中心線的距離。水平桿步距為0.5 m或1 m時，計算長度修正系數取1.6；水平桿步距為1.5 m時，取1.2。該值通過試驗取得。

5 結語

1）雖然承插型輪扣式腳手架是承插型盤扣式腳手架經簡化后衍生出的一種支撐體系，但這2種架體的連接盤孔洞數、立桿連接盤間距、連接盤厚度、橫桿接頭連接要求方面均存在差異，較后者構件更少、型式更簡便。

2）盤扣式腳手架、輪扣式腳手架均屬于框架式支撐結構體系，計算模型簡化為半剛性節點連接。

3）對于節點轉動剛度，各規范、文獻取值差異較大。關于輪扣式腳手架節點轉動剛度，山東省地標通過試驗確定為15 kN·m/rad，廣東省地標取值參考《建筑施工臨時支撐結構技術規范》中20 kN·m/rad，文獻[8]中取20 kN·m/rad，文獻[3]中通過試驗確定為15 kN·m/rad；文獻[2]中通過試驗確定取35.8 kN·m/rad，文獻[9]中輪扣式鋼管腳手架節點連接剛度相當于扣件式鋼管腳手架在扣件擰緊力矩40 N·m時的連接剛度。規范[7]中未對盤扣式腳手架節點轉動剛度進行說明。

4）規范、文獻對于節點抗剪承載力取值不同。文獻[4]、[5]、[6]確定承插型輪扣式支撐架節點抗剪承載力為60 kN；關于抗剪承載力，文獻[7]中通過試驗確定承插型盤扣式支撐架節點抗剪承載力為40 kN。

5）關于桿件計算長度，不同的文獻、規范取值不同。文獻[5]中無剪刀撐輪扣式腳手架計算長度取l0=μh和l0=h′＋2k0h2中的較大值，有剪刀撐輪扣式腳手架計算長度取l0=βHβaμh和l0=h′＋2k0h2值中的較大值；文獻[7]中，承插型輪扣式腳手架計算長度取l0=ηh＋l0=h′＋2ka中的較大值。水平桿步距為0.5 m或1 m時，取1.6；水平桿步距為1.5 m時，取1.2。輪扣式腳手架計算參數根據剪刀撐是否設置計算公式不同。

6）由于承插型輪扣式腳手架與盤扣式腳手架在構造、計算參數等方面取值不同，輪扣式腳手架設計、生產、施工等過程應參考各自對應的規范和規程。部分省市無輪扣式腳手架規程，應參照山東省、廣東省等省市輪扣式腳手架地標。