腳手架穩定性優化的工程應用研究

武世地

（安徽文達信息工程學院 建筑工程學院， 安徽 合肥 231200）

0 引言

隨著超高層大跨度空間結構的長足發展，外腳手架體系是施工的難題。圖1，由于腳手架的設計理論有待完善，搭設很大程度上依靠經驗，建筑結構形式的變化會對支撐架體作出新的要求，全面了解腳手架的受力特點，使腳手架工程架體設計不斷得以優化，是我們面臨的重要課題。

圖1 建筑腳手架支撐體系布局

1 腳手架搭設優化在施工中的必要性

在施工中，腳手架搭設采用勞務分包。由于責任不夠明確，工程監督管理責任缺失。施工中盲目趕工期，導致架體沒有形成完整的支撐系統，從而引起腳手架失穩倒塌事故經常發生。為了搞清支撐體系承載力穩定性的影響因素，總承包單位對細節重點監控:審查材料的規格數量等；控制管控節點；規范驗收程序。在具體施工中力求懸挑工字鋼排列間距大小一致；腳手架立桿間距均勻；圖2，設置豎直方向剪刀撐[1]；圖3，保證腳手架體搭設美觀實用。杜絕僅憑經驗搭設，懸挑槽鋼底部封閉不嚴實。對材料及工具、外腳手架體平面和立面布置、細部構造的優化、材料的計劃、施工過程管理等作業工序加強優化。腳手架搭設施工優化對于有效預防工程安全事故的發生，具有積極深遠的社會經濟效益。

圖2 外腳手架立桿均勻

圖3 外架剪刀撐連續布置圖

2 工程實例與分析

2.1 工程概況

滁州市城南新區某商住工程主樓33層，標準層層高2.9m，總建筑高度99.6m。主樓地下三層及首層結構形式為框架結構，作為地下車庫及商業用房；二層及以

上結構為剪力墻結構，作為商業住宅樓。在兩種結構變化部位（一層頂板）設計成結構轉換層，且均為梁式轉換層,圖 4，為便于透視，轉換層頂板圖中未顯示。

圖4 該商住工程主樓底層結構俯視圖

2.2 現場腳手架搭設施工優化方案

腳手架優化施工方案在實施中要加強監管，監控內容有:⑴ 腳手板采用定尺鋼板網，提高防火性能和重復利用率，節約施工成本。⑵ 腳手架底部選擇花紋鋼板進行底部封堵，圖5，提高周轉率和防火性能，承載力高，廢棄物容易清理且外觀美觀大方。⑶ 在架子工中，推廣使用電動扳手，圖6，這樣使用過程安全方便，并且擰緊扣件后力矩宜控制在40N·m～65N·m。⑷ 懸挑腳手架平面施工方案不斷優化，工字鋼懸挑伸出的距離和樓層受力的預埋件距離比值要受力合理[2]，立桿的跨距控制在1.5m左右，豎直方向剪刀撐角度控制在45。～60。為宜。圖7。⑸ 外腳手架的立桿間距宜控制在1.5m左右，大小一致均勻。嚴格監控立桿的垂直度，偏差不得超過 10cm[3]。為了有效避免剪力墻開洞和槽鋼直接懸挑，導致影響樓梯通行以及后期洞口的封堵問題。施工優化中采用三角支撐，提高了安全可靠性并且拆卸方便。圖8。（6）利用角鋼和工字鋼梁等支撐模板并且固定，從而使懸挑腳手架底部封閉。利用U型鋼環進行聯梁的固定，這樣成本低并且周轉利用效率高。用經緯儀加強監控建筑物外腳手架大角的方正。

圖5 花紋鋼板封底外腳手架

圖6 電鉆和鉆尾自攻釘

圖7 外腳手架立面圖

圖8 外架三角支撐布置圖

2.3 外腳手架穩定性理論計算和驗證

(1)架體受力驗算:大橫桿的計算，如圖9和10，大橫桿的腳手板和活荷載作為均布荷載計算大橫桿的最大彎矩和變形。均布荷載值計算:大橫桿的自重標準值P1=0.038kN/m；腳手板的荷載標準值:P2=0.350×1.050/2=0.184kN/m；活荷載標準值:Q=3.000×1.050/2=1.575kN/m；靜荷載的計算值:q1=1.2×0.038+1.2×0.184=0.267kN/m；活荷載計算值:q2=1.4×1.575=2.205kN/m。抗彎強度計算最大彎矩考慮為三跨連續梁均布荷載作用下，跨中最大彎矩如下(1):

跨中最大彎矩為 M1=(0.08×0.267+0.10×2.205)×0.800m2=0.155kN.m；支座最大彎矩公式如下(2):

圖9 大橫桿跨中最大彎矩和跨中最大撓度計算荷載組合簡圖

圖10 大橫桿支座最大彎矩計算荷載組合簡圖

支座最大彎矩為M2=-(0.10×0.267+0.117×2.205)×0.8002=-0.182kN·m；選擇支座和跨中彎矩的最大值進行驗算：σ=0.182×106/4729.0=38.522N/mm2； 大橫桿的計算強度小于205.0N/mm2,滿足要求。最大撓度考慮為三跨連續梁均布荷載作用下的撓度；公式如下(3):

靜荷載標準值q1=0.038+0.184=0.222kN/m；活荷載標準值 q2=1.575kN/m；

三跨連續梁均布荷載作用下的最大撓度:V=(0.677×0.222+0.990×1.575)×800.04/(100×2.06×105×113510.0)=0.299mm，大橫桿的最大撓度小于800.0/150與10mm,滿足要求。對于小橫桿的計算，小橫桿按照簡支梁進行強度和撓度計算，大橫桿在小橫桿的上面。用大橫桿支座的最大反力計算值，在最不利荷載布置下計算小橫桿的最大彎矩和變形。荷載值計算:大橫桿的自重標準值 P1=0.038×0.800=0.031kN；腳手板的荷載標準值:P2=0.350×1.050×0.800/2=0.147kN；活荷載標準值:Q=3.000×1.050×0.800/2=1.260kN；荷載的計算值:P=1.2×0.031+1.2×0.147+1.4×1.260=1.977kN。對于抗彎強度計算，最大彎矩考慮為小橫桿自重均布荷載與荷載的計算值最不利分配的彎矩和均布荷載最大彎矩公式如下(4):

集中荷載最大彎矩公式如下(5):

利用公式代入數據M=(1.2×0.038)×1.0502/8+1.977×1.050/4=0.525kN.m

σ=0.525×104/4729.0=111.098N/mm2,小橫桿的計算強度小于 205.0N/mm2,滿足要求。最大撓度考慮為小橫桿自重均布荷載與荷載的計算值最不利分配的撓度和

均布荷載最大撓度公式如下(6):

集中荷載最大撓度公式如下(7):

小橫桿自重引起的最大撓度為:V1=5.0×0.038×1050.004/(384×2.060×105×113510)=0.026mm；集中荷載下標準值為:P=0.031+0.147+1.260=1.438kN；集中荷載標準值在最不利分配的最大撓度大小為:V2=1437.720×1050.0×1050.0×1050.0/(48×2.06×105×113510.0)=1.483mm，最大撓度和為:V=V1+V2=1.509mm，小橫桿的最大撓度小于1050.0/150與 10mm,滿足要求。扣件抗滑力經過驗證滿足要求。對于大小橫桿，選擇支座彎矩和跨中彎矩的最大值進行強度驗算，大小橫桿的計算強度小于設計值,滿足要求；大橫桿的最大撓度滿足要求；考慮風荷載時，立桿的穩定性計算如下(8):

立桿的穩定性經計算σ<[f],滿足要求；水平鋼梁的穩定性σ<[f],滿足要求；因此腳手架穩定性滿足要求。

3 結束語

通過對采用外腳手架搭設施工優化的工程實例分析研究，闡述了外腳手架的穩定性機理。具體施工中，為了提高外腳手架的承載力穩定性，我們要確保現場和資料一致，執行安全施工操作規程，從而保證腳手架的施工安全。

[1]JGJ 130-2011，《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》[S]. 北京:中國建筑工業出版社,2011.6－9

[2]高菲；建筑施工懸挑腳手架受力性能試驗研究[D]；鄭州大學；2014年 18－22

[3]易謙；懸挑腳手架在高層建筑施工中的應用研究[D]；中南大學；2007年38－42