采用midas軟件對某假區項目落地腳手架的受力計算研究

劉春，范宗凱，徐松艷，齊艷濤，許國偉

（1.文山州路橋有限責任公司 云南 文山663000）

（2.云南省建筑科學研究院有限公司 云南 昆明650223）

0 引言

隨著建筑設計行業的不斷發展，各種高層建筑以及跨度的結構形式如雨后春筍的成長起來，施工過程中采用各式各樣的澆筑方式，高支架體系的應用也越來越廣，但高支架安全事故發生的越來越多[1]，給企業與群眾帶來了重大的經濟損失與人員傷亡，對此，高支架的穩定性分析與安全驗算顯得尤為重要。以某度假區項目為背景對高支外爬架特點進行了研究，對扣件式腳手架搭建技術做了闡述，對支架的整體受力、整體穩定性及單個桿件受力進行了受力分析，為以后類似的扣件式高支外爬架施工提供了借鑒作用，用于指導現場施工，確保現場施工安全可靠，起到減少坍塌安全事故發生的概率[2]。

1 工程概況

項目工程建設面積56 948.81m2（其中地上面積44 261.21 m2，地下面積12 687.6 m2），建筑最大高度為1#樓公區12米,2#-8#樓均為客房樓。地下車庫1層。地下室落地式腳手架搭設及主樓地下室至頂層（1#樓2層、2#樓3層、3#樓-1層，4#/5#/6#樓2層，7#/8#樓3層，主樓及地下車庫地下室1層）落地式腳手架搭設設計：地下室落地式腳手架全部采用雙排鋼管腳手架（地下室底板至首層最大高度為8.5m），地下室頂板以上結構采用從地下室頂板搭設的雙排落地式鋼管腳手架，最大高度為15.5m。

2 工藝技術

根據現場實際情況，最大地下室層結構外圍落地式腳手架從底板至首層，架體高度約8.5m，采用落地式雙排腳手架搭設；地下室底板至頂層落地式腳手架，架體最大高度為16m高度，采用落地式雙排腳手架搭設。本方案以地上最大搭設高度16m的架體進行設計，其他架體按此進行搭設；搭設流程如圖1：

圖1 搭設流程圖

3 腳手架參數

腳手架參數如表1所示。

表1 腳手架參數表

4 軟件計算的特點

軟件計算主要提供輸入的支架體系參數及荷載體系參數，在計算過程中將不同工況荷載進行組合，選出最不利工況的荷載組合進行驗算，驗算結果可進行總體查看，也可以進行細部單獨查看。可靈活輸入支架參數的長度、厚度、鋼材型號及荷載組合，結合現場實際其他施工經驗，將計算結果控制在一定的安全系數內，同時兼顧施工支架成本進行靈活調整計算，快速、準備、高效[3]。

5 典型外爬落地架計算

5.1 結構概述

本支架計算書適用于建筑工程外爬落地架施工，選取最高工況，腳手架最高高度為16m，落地支架的布置圖如下所示，在中間層適當高度選取兩層做竹膠板鋪設，其余的層用鋼笆網鋪設，竹膠板主要用于防止高空零碎的物體下落砸傷作業人員。作業人員最高作業高度在14m高度位置，其余2.1m作為防護高度。如圖3，4所示，立桿步距1.8m中間設置一根欄桿，然后外側用密目網覆蓋，綁扎牢固即可保證安全。跨距4.5m設置一道剪刀撐，所有鋼材均采用Q235鋼材。

5.2 荷載種類及大小

（1）支架荷載主包括：①腳手架、竹膠板及鋼笆網自重按Midas civil軟件計算；②人群機具荷載；③風荷載。

（2）支架體系自重荷載：腳手架、對拉桿及頂托絲桿容重為76.9825kN/m3，方木、竹膠板容重為5kN/m2，在邁達斯軟件中能計入鋼材桿件與木材料的自重。

（3）人群機具荷載：結構施工時同時取2個作業層，每層活荷載標準值3.0kN/m2，每個作業層長度為45m，每層取12個局部面受力，每個局部面受力4kN，相當于每個點1.35（1.3.5=1.5*0.9）平方站4個100kg作業人員。

（4）風荷載：因工地地點常年風力較大，取風荷載標準值ωk=0.37kN/m2，作用在密目網與腳手架系統上，因為有兩步三跨有連墻件桿，故可以換算成作用在外側豎桿與大橫桿和欄桿上的線荷載為0.15kN/m。

5.3 支架驗算

參考類似計算案例建立模型，根據支架荷載計算[4]，把所有荷載加至支架上，然后分析計算（見圖2）。

圖2 支架整體組合應力模型圖

由圖2右邊的數據可看出整體支架系統中桿件受力中最大的組合應力數據為5.73422e+001N/mm2即57.3MPa，從總體看桿件應力，依據《鋼結構設計規范》（GB50017-2017),可知Q235鋼材抗拉設計強度設計值為215MPa，除以1.3的安全系數后為165.3MPa＞57.3MPa，滿足施工要求（以下類似）。

立桿強度驗算（見圖3）：

圖3 支架立柱應力圖（單位：MPa）

由圖3可知鋼管支架最大組合應力76.4MPa＜215/1.3MPa，滿足施工要求。

水平桿強度驗算（見圖4）：

圖4 水平桿應力圖（單位：MPa）

由圖4的計算結果可知，水平桿最大組合應力σ=30.2MPa＜[σ］=215/1.3MPa，故水平桿應力滿足規范要求。

橫向斜桿強度驗算（見圖5）：

圖5 橫向斜桿組合應力圖（單位：MPa）

由圖5的計算結果可知，橫向斜桿最大組合應力σ=8.57MPa＜[σ］=215/1.3MPa，故橫向斜桿應力滿足要求。

支架剛度驗算（見圖6）：

圖6 支架最大位移圖（單位：mm）

從圖6可知，支架最大相對位移fmax=0.5mm＜(1 500/150)=10mm,即支架剛度滿足規范要求。

支架穩定性驗算（見圖7）：

圖7 支架臨界系數

由圖7的計算結果可知，支架臨界荷載系數=30＞4.2，故支架穩定性滿足要求。（《空間網格結構技術規程》JGJ7-2010彈性屈曲系數不小于4.2）。

6 結語

以扣件式鋼管腳手架為研究對象，以實際工程為背景對高支外爬架進行了計算，通過midas軟件進行了模擬分析，得出支架整體受力、整體位移、支架臨界系數（整體穩定性）及支架單個桿件受力數據，通過調整參數得出既能保證安全又能節約成本的搭設方案，是一種較為快速和準確的驗算方式，可以避免因計算失誤導致的坍塌安全事故發生[5]，可為以后類似的扣件式高支架的設計和施工提供借鑒作用。