大型廠房鋼管腳手架搭設工藝研究及受力分析

白艷平 BAI Yan-ping

（中鐵二十五局集團第五工程有限公司，青島 266109）

0 引言

在房建項目施工中，外墻腳手架是極為重要的臨時結構。外墻腳手架不但為施工作業人員提供了必備的施工平臺，防止施工中的零散部件掉落至施工區域外，保護施工人員及周邊人員的人身安全，而且腳手架也對在建項目起到遮護的作用，維護城市的市容市貌。外墻腳手架一般分為兩種，一種是附著式腳手架，該腳手架適用于高度超過50m建筑物，如寫字樓或高層住宅樓等，該腳手架優點是安全性高，機械化程度更高，使得腳手架的升降簡便且安全，建筑物越高其優點越明顯，缺點是成本較高，腳手架安拆較為復雜。另一種是落地式鋼管腳手架，該類型腳手架適用于高度在50m以下的建筑物施工，優點是腳手架搭設安拆靈活簡便，成本較低，當建筑物面積較大時其優點較為明顯，缺點是腳手架搭設要求較為嚴格，腳手架與連墻件有時會影響主體結構施工。項目部通過鋼管腳手架結構布置形式進行認真分析和計算，使得鋼管腳手架不但滿足了現場施工要求，而且腳手架在受到施工荷載和外界環境影響時依然具有足夠的安全性和穩定性，保證了施工人員的安全。同時由于架體連墻件位置布置合理，使得腳手架拆除也避免了對主體結構的影響。該鋼管腳手架在大型廠房主體結構施工中取得很好的效果。

1 工程概況

淮安德科半導體碼項目生產車間位于淮安市淮陰區長江路北側、S237省道西側，車間占地面積63631.8m2，建筑高度29.3m，車站基礎采用樁基礎。本工程為4層框架結構，1~2層為混凝土框架，3~4層為鋼管混凝土柱——鋼梁框架，局部出屋面兩層。建筑結構設計為一級安全等級，設計為50年使用年限，設計抗震等級為7級。

2 鋼管腳手架結構設計

腳手架搭設方式為雙排腳手架，架體鋼管采用Ф48mm、壁厚3.5mm的熱扎鋼管，腳手架總體高度為31.36m。立桿縱向行距為1.5m，橫向行距為0.8m，水平桿步距為1.8m。腳手板每隔兩步設置一層，橫向斜撐每隔五跨設置一處，連墻件布置間隔為兩步兩跨，架體與連墻件之間采用扣件連接。

腳手架外立桿外側50cm處設置截面不小于深20cm，寬40cm的排水溝，落地立桿垂直穩放在20cm×20cm厚5cm的木枋或砼預制塊上，設縱橫相連的掃地桿。外立桿內側腳手板上30cm設踢腳桿，踢腳桿下部采用黃黑相間的踢腳板。1.2m高處設防護欄桿，防護欄桿內側采用密目式安全網封閉。剪刀撐從轉角處開始由下而上水平6m以內設一組，左右連續設置，桿件設在外立桿與小橫桿交叉點上，與地面成45°～60°角，剪刀撐從第一組開始，每組左側第一根落地桿件用6m長鋼管，右側第一根落地桿用4m長鋼管，每組相同設置，搭接點用回轉扣，搭接長度不少于1m。裝飾分隔線用厚10mm～15mm、寬200mm的竹或木膠合板，刷黃黑油漆，相間150mm，斜45。腳手架欄桿刷紅白油漆，相間300mm，其余所有桿件刷黃色油漆。詳見圖1。

圖1 鋼管腳手架結構示意圖

3 腳手架及模板受力計算

3.1 荷載取值（表1）

表1 腳手架荷載取值表

3.2 立桿穩定性驗算

3.2.1 立桿長細比驗算

立桿計算長度l0=Kμh=1×1.5×1.8=2.7m

長細比λ=l0/i=2.7×103/16=168.75≤210

滿足要求！

軸心受壓構件的穩定系數計算：

立桿計算長度l0=Kμh=1.155×1.5×1.8=3.119m

長細比λ=l0/i=3.119×103/16=194.906

查《規范》表A得，φ=0.191

3.2.2 考慮到風荷載時單根立桿軸向應力

單外立桿：N=1.2×（NG1k+NG2k）+0.9×1.4×NQ1k=1.2×（2.928+2.712）+0.9×1.4×3=10.547kN

內立桿：N=1.2×（NG1k+NG2k）+0.9×1.4×NQ1k=1.2×（2.928+1.213）+0.9×1.4×3=8.749kN

雙外立桿：Ns=1.2×（NGS1k+NGS2k）+0.9×1.4×NQ1k=1.2×（2.21+1.58）+0.9×1.4×3=8.328kN

雙內立桿：Ns=1.2×（NGS1k+NGS2k）+0.9×1.4×NQ1k=1.2×（2.21+0.7）+0.9×1.4×3=7.272kN

3.2.3 立桿穩定性驗算

組合風荷載作用[3]

單立桿的軸心壓力設計值N=（1.2×（NG1k+NG2k）+0.9×1.4×NQ1k）=（1.2×（2.928+2.712）+0.9×1.4×3）=10.547kN

雙立桿的軸心壓力設計值NS=1.2×（NGS1k+NGS2k）+N=1.2×（2.21+1.58）+10.547=15.095kN

Mw=0.9×1.4×Mwk=0.9×1.4×ωklah2/10=0.9×1.4×0.25×1.5×1.82/10=0.153kN·m

σ=N/（φA）+Mw/W=10547.1/（0.191×384）+153090/4120=180.961N/mm2≤[f]=205N/mm2

滿足要求！

Mws=0.9×1.4×Mwk=0.9×1.4×ωklah2/10=0.9×1.4×0.204×1.5×1.82/10=0.125kN·m

σ=KS（NS/（φA）+Mw/W）=0.6×（15095.34/（0.191×384）+124921.44/4120）=141.682N/mm2≤[f]=205N/mm2

滿足要求！

3.3 橫向水平桿驗算

承載能力極限狀態

由上節可知F1=Rmax=2.092kN

q=1.2×0.03=0.036kN/m

正常使用極限狀態

由上節可知F1'=Rmax'=1.524kN

q'=0.03kN/m

3.3.1 抗彎驗算

計算簡圖如圖2。

圖2 橫桿彎矩圖（kN·m）

σ=Mmax/W=0.56×106/4120=135.968N/mm2≤[f]=205N/mm2

滿足要求！

3.3.2 撓度驗算

計算簡圖如圖3。

圖3 橫桿變形圖（mm）

νmax=1.366mm≤[ν]=min[lb/150，10]=min[800/150，10]=5.333mm

滿足要求！

3.3.3 支座反力計算

承載能力極限狀態Rmax=2.106kN

3.4 扣件抗滑承載力驗算

扣件抗滑移折減系數取0.85，扣件抗滑承載力驗算：

縱向水平桿：Rmax=2.092/2=1.046kN≤Rc=0.85×8=6.8kN

橫向水平桿：Rmax=2.106kN≤Rc=0.85×8=6.8kN

滿足要求！

4 腳手架搭設作業主要工序及注意事項

4.1 腳手架搭設流程

場地平整、夯實→混凝土墊層→施工材料進場→腳手架位置放樣→首層立桿安裝→掃地桿安裝→首層水平桿安裝→設置卸荷鋼絲繩→接長立桿安裝→后續水平桿安裝→縱橫向剪刀撐安裝→架體連墻件安裝→作業平臺腳手板鋪設→平臺外側防護欄桿安裝→放墜網安裝。

4.2 腳手架基礎處理

腳手架基礎必須采用集配碎石土進行回填壓實，然后采用C15混凝土進行硬化從而形成搭設平臺，混凝土厚度為100mm。應具備排水措施，見圖4。腳手架基礎如需進行其他管槽開挖時，需對腳手架進行加強處理，且必須待腳手架使用后方可進行[4]。

4.3 立桿安裝

緊鄰立桿接頭不得在同一水平面上需錯開布置，錯開長度不得小于2倍管徑。同一水平面上立桿接頭數量不得超過總立桿數量的25%。由于腳手架為鋼管扣件式，因此立桿之間扣件螺栓必須擰緊，不得有彎折或扣件變形等問題。立桿安裝時必須實時測量其垂直度，不得出現傾斜或者彎曲等現象。

4.4 水平桿安裝

每層立桿安裝后需及時安裝水平桿，水平桿對接扣件應該交錯布置，當架體間距調整復核確認無誤后用將扣件螺栓擰緊。水平桿上下間距需按圖紙所示進行安裝，不得超過要求步距。當水平桿搭設接長時，其接長范圍內最少安裝3個扣件，且搭接范圍長度≥1.0m。

4.5 剪刀撐安裝

架體外側均需設置縱向和橫向連續剪刀撐，單組剪刀撐至少連接4個步距且≥6m，斜向支撐鋼管與地面水平夾角位于45°~60°之間。斜向支撐鋼管接長需采用搭接形式，搭接長度≥1m，應采用不少于2個扣件連接固定，桿端距連接扣件的距離≥10cm。

4.6 腳手板安裝

腳手板底部橫桿至少有3根對其進行支撐，但當腳手板較短無法達到2個行距時，可將腳手板設置在2根水平桿上，但必須將腳手板兩端固定在橫桿上。若采用竹笆腳手板，則腳手板必須縱向鋪設與縱向水平桿平行。其搭接方式采用對接時需設置兩根橫向水平桿壓住接頭位置，腳手板單端懸臂長度＜15cm。若腳手板采用搭接時，接頭下方必須設置橫向水平桿，且腳手板單端懸臂長度＜10cm，腳手板搭接范圍＞20cm。

4.7 連墻件設置

連墻件需與架體十字節點處連接，當連墻件位置與主體結構由沖突時可適當調節，但調節距離小于30cm。連墻件的安裝需在支架開始搭設時同步進行，腳手架兩端位置必須設置連墻件，相鄰兩組連墻件上下間距需小于建筑物單層高度且不得超過腳手架2個步距。

5 結束語

通過對鋼管腳手架結構布置形式進行認真分析和計算，使得搭設成型后的鋼管腳手架不但滿足了現場施工要求，而且腳手架在受到施工荷載和外界環境影響時依然具有足夠的安全性和穩定性，保證了施工人員的安全。同時由于架體連墻件位置布置合理，使得腳手架拆除也避免了對主體結構的影響。該鋼管腳手架在大型廠房主體結構施工中取得很好的效果，也為后續類似施工提供了借鑒和參考。