滿堂扣件式鋼管支撐架立桿段實際長細比計算方法的探討

范國富

中油吉林化建工程有限公司 吉林 吉林 132021

品茗建筑施工安全計算軟件（以下簡稱“品茗”）是依據(jù)各類危大工程安全管理規(guī)定和相關施工標準和規(guī)范研發(fā)的高效施工安全計算軟件，但其滿堂扣件式鋼管支撐架（以下簡稱“支撐架”）頂部立桿段的實際長細比的計算方法得到的結果違背插入法的基本原理；支撐架非頂部立桿段的實際長細比計算時，《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術標準》[1]（以下簡稱《標準》）只給出承載力線性插入的原則，沒有明確具體可操作的方法。本文通過大量的數(shù)據(jù)計算和分析、計算方法的假定和驗證，旨在探討一種明確、合理和簡捷的計算方法。

1 品茗的支撐架頂部立桿段實際長細比計算結果

1）品茗依據(jù)《標準》附錄D中表D-1、表D-2中同一立桿間距下，立桿伸出頂層水平桿中心線至支撐點的長度a為0.2 、0.5 m時的立桿計算長度系數(shù)μ1,0.2和μ1,0.5，當a在[0.2,0.5]區(qū)間時，以a為自變量，插入求出因變量計算長度系數(shù)μ1-a，以其算出立桿實際長細比計算中所用的計算長度ls，從而計算出實際長細比。

2）依照品茗的上述計算方法，以普通剪刀撐設置時a＝0.35 m為例， 步距h為0.6、0.9、1.2 m時，實際長細比λs的計算結果如表1所示。

表1 實際長細比λs計算

2 《標準》的支撐架頂部立桿段實際長細比計算結果

《標準》附錄D-1中，普通剪刀撐設置時，其計算結果如表2所示。

3 品茗與《標準》計算結果的矛盾

1）對比表1和表2，可以發(fā)現(xiàn)：表1中的實際長細比λs超出了表2中的實際長細比λs,0.2和λs,0.5的區(qū)間范圍。此計算結果違背了插入法的基本原理。

表2 《標準》中的頂部立桿段的實際長細比λs,0.2和λs,0.5

2）《標準》的5.4.9條規(guī)定：支撐架立桿伸出頂層水平桿中心線至支撐點的長度0.2 m＜a＜0.5 m時，承載力（而不是品茗中的計算長度系數(shù)）按線性插入值，顯然，上面的計算結果違背了《標準》的這一原則。

3）《標準》中雖明確了承載力按線性插入值，但未說明具體的承載力線性插入方法，需進一步明確和完善。

4 支撐架頂部立桿段實際長細比計算方法

1）同一立桿間距下，支撐架頂部立桿段實際長細比計算的兩步法：第1步，步距兩級之間線性插入計算出計算長度系數(shù)μ1,0.2、μ1,0.5；第2步，依據(jù)計算長度系數(shù)計算出實際計算長度ls2。當a在[0.2,0.5]區(qū)間時，利用上兩步的計算結果，直接線性插入計算出實際計算長度ls2。依據(jù)計算長度和立桿回轉(zhuǎn)半徑，可計算出實際長細比λs2。

2）同一立桿間距下，支撐架頂部立桿段實際長細比計算的一步法：將《標準》中的表D-1和表D-2直接轉(zhuǎn)換為實際計算長度工具用表，直接線性插入計算出實際計算長度ls1。當a在[0.2,0.5]區(qū)間時，利用上一步的計算結果，直接線性插入計算出實際計算長度ls1。依據(jù)計算長度和立桿回轉(zhuǎn)半徑，可計算出實際長細比λs1。

3）經(jīng)過對以上2種計算方法的結果數(shù)據(jù)的分析，λs1/λs2在[0.984 5,0.999 4]（普通剪刀撐）、[0.985 2,0.999 5]（加強剪刀撐）之間，假定的計算方法與《標準》中的計算方法的計算結果高度一致，可以采用更為簡捷的、更適合軟件使用的一步法。

5 支撐架非頂部立桿段實際長細比計算方法

1）同一立桿間距下，支撐架非頂部立桿段實際長細比計算的兩步法：第1步，步距兩級間線性插入計算出計算長度系數(shù)μ2；第2步，依據(jù)計算長度系數(shù)計算出實際計算長度ls2。依據(jù)計算長度和立桿回轉(zhuǎn)半徑，計算出實際長細比λs2。

2）同一立桿間距下，支撐架非頂部立桿段實際長細比計算的一步法：將《標準》中的表D-3和表D-4直接轉(zhuǎn)換為實際計算長度工具用表，線性插入計算出實際計算長度ls1。依據(jù)計算長度和立桿回轉(zhuǎn)半徑，可計算出實際長細比λs1。

3）經(jīng)過對以上2種計算方法的結果數(shù)據(jù)的分析，λs1/λs2在[0.962 6,0.996 8]（普通剪刀撐）、[0.962 6,0.996 9]（加強剪刀撐）之間，假定的計算方法與《標準》中的計算方法的計算結果高度一致，可以采用更為簡捷的、更適合軟件使用的一步法。

6 實際長細比在一定的區(qū)間范圍內(nèi)與承載力呈線性關系的分析

6.1 立桿穩(wěn)定長細比的計算

按照《標準》5.4.9條款，支撐架頂部立桿段穩(wěn)定長細比計算中所有的計算長度lw＝kls，立桿穩(wěn)定長細比λw＝lw/i＝kls/i＝kμ1,a（h+2a）/i。其中：ls為立桿實際長細比計算中所用的計算長度；k為支撐架立桿長度附加系數(shù)，見《標準》表5.4.9；i為支撐架立桿的回轉(zhuǎn)半徑。

6.2 支撐架最大的立桿穩(wěn)定長細比之差

由于k值的放大作用，lw、λw均得到k倍的放大，則立桿穩(wěn)定長細比之差Δλw＝kΔλh或Δλw＝kΔλa，最大的立桿穩(wěn)定長細比之差Δλw,max＝kmax·max{Δλh,Δλa}，kmax為支撐架竴長度附加系數(shù)的最大值。

計算得出，插入?yún)^(qū)間的支撐架立桿的最大長細比之差Δλw,max＝1.291×17.1≈22；支撐架的立桿穩(wěn)定長細比在166（最小實際長細比143.6∶1.155）和265（最大實際長細比205.2∶1.291）之間。

6.3 分析結論

經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)計算和分析，最大長細比之差Δλw,max為22的兩點之間，采用直線插入法，以穩(wěn)定長細比λw為自變量，以穩(wěn)定系數(shù)φ為因變量，直線插入的φ值為GB 50018—2002《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》[2]中φ值的0.994 6～1.011 1倍，直線插入法的精度完全滿足要求。可以確定：立桿穩(wěn)定長細比λw在[166,265]區(qū)間內(nèi)，最大長細比之差Δλw,max為22的兩點之間，立桿的實際長細比λs、穩(wěn)定長細比λw、穩(wěn)定系數(shù)φ與穩(wěn)定承載力均呈線性關系[2]。

7 結語

1）品茗的支撐架頂部立桿段實際長細比計算結果違背插入法的基本原理和《標準》的原則，其計算方法不可取。

2）《標準》給出了支撐架在同一立桿間距下，非頂部立桿段的承載力按線性插入的計算原則，但缺少具體的可操作的方法,且其計算原則不便于軟件應用。

3）若將《標準》中的表D-1至表D-4直接轉(zhuǎn)換為實際計算長度工具用表，支撐架立桿段可以一步（不用先求出計算長度系數(shù)μ1和μ2）直接線性插入計算出實際計算長度ls1。進而求出實際長細比、穩(wěn)定長細比、穩(wěn)定系數(shù)和穩(wěn)定承載力，此方法合理、簡便、快捷且適合軟件應用。