淺談扣件式鋼管腳手架的設(shè)計(jì)計(jì)算

胡漢青

（中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103）

1 設(shè)計(jì)計(jì)算

腳手架設(shè)計(jì)計(jì)算的實(shí)質(zhì)是驗(yàn)證計(jì)算，即對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行現(xiàn)實(shí)分析以驗(yàn)證其是否滿足要求的過程，具體內(nèi)容如下：

1）模型設(shè)計(jì)：結(jié)合實(shí)際需要，據(jù)規(guī)范、經(jīng)驗(yàn)，對(duì)搭設(shè)數(shù)值估設(shè)；

2）受力分析：進(jìn)行受力分析，計(jì)算各構(gòu)件的強(qiáng)度、撓度、抗滑移性等；

3）比較判斷：計(jì)算結(jié)果與材料性能參數(shù)、規(guī)范要求比較，檢驗(yàn)是否滿足。

2 受力分析

在進(jìn)行腳手架受力分析之前，應(yīng)清楚腳手架各構(gòu)件的連接關(guān)系。

JGJ 130—2011《扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）中關(guān)于腳手架各部件的搭設(shè)連接規(guī)定：縱向水平桿應(yīng)作為橫向水平桿的支座，用直角扣件固定在立桿上；橫向水平桿兩端均應(yīng)采用直角扣件固定在縱向水平桿上；腳手板應(yīng)設(shè)置在3 根橫向水平桿上；立桿底部宜設(shè)置底座或墊板[1]。綜上，基本連接關(guān)系：施工荷載→腳手板→橫向水平桿→縱向水平桿→扣件→立桿→底座→墊板→地面，這是對(duì)其設(shè)計(jì)驗(yàn)算的基礎(chǔ)。

3 驗(yàn)證計(jì)算

由架體受力知，豎直方向需對(duì)橫向水平桿、縱向水平桿、扣件、立桿、地基進(jìn)行分析計(jì)算。另外，考慮水平方向受風(fēng)荷載、連墻件連接力影響和搭設(shè)高度限定，故需進(jìn)行8 方面計(jì)算。為規(guī)范表述，對(duì)部分字符進(jìn)行統(tǒng)一說明，見表1。

表1 公式字符對(duì)照表

3.1 橫向水平桿計(jì)算

橫向水平桿承受施工荷載、腳手板重量、橫向水平桿自重，在其作用下彎曲變形。按簡支梁進(jìn)行抗彎強(qiáng)度和撓度計(jì)算。橫向水平桿荷載分析簡圖如圖1 所示。

圖1 橫向水平桿荷載分析簡圖

1）橫向水平桿自重標(biāo)準(zhǔn)值：P1=g0。

2）腳手板荷載標(biāo)準(zhǔn)值：P2=gbla/n。

3）活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Q1=ghla/n。

4）最大彎矩MqMax：

式中，為荷載計(jì)算值，按《規(guī)范》第5.1.2，q=1.2P1+1.2P2+1.4Q1。

5）抗彎強(qiáng)度σ：M為最大彎矩，即MqMax，按《規(guī)范》公式5.2.1：

6）最大撓度VqMax：

按《規(guī)范》第5.1.3 條，q=P1+P2+Q1。

3.2 縱向水平桿計(jì)算

在自身重力和通過橫向水平桿傳遞到縱向水平桿上荷載作用下，桿彎曲變形，需計(jì)算抗彎強(qiáng)度和撓度。縱向水平桿分析簡圖如圖2 所示。

圖2 縱向水平桿荷載分析簡圖

1）橫向水平桿自重值：P3=g0lb。

2）腳手板荷載值：P4=gblalb/n。

3）活荷載值：Q2=ghlalb/n。

4）均布荷載（自重標(biāo)準(zhǔn)值）：q1=g0。

5）荷載計(jì)算值：P=（系數(shù)×P3+系數(shù)×P4+系數(shù)×Q2）÷2。因橫向水平桿兩端固定在兩根縱向水平桿上，故需要除以2。

6）抗彎強(qiáng)度σ：σ=M/W≤f，M為最大彎矩。

式中，Mmax為荷載計(jì)算值集中荷載下的彎矩；Mpmax為縱向水平桿自重均勻荷載下的彎矩。按《規(guī)范》第5.1.2 條，均布荷載q2=1.2g0，則P=（1.2P3+1.2P4+1.4Q2）÷2。

7）撓度V：

式中，V為最大撓度；VMax為縱向水平桿自重產(chǎn)生的撓度；VpMax為橫向水平桿傳遞的集中荷載產(chǎn)生的撓度。按《規(guī)范》第5.1.3條，均布荷載q3=g0，P=（P3+P4+Q2）÷2。

3.3 扣件抗滑計(jì)算

計(jì)算縱向水平桿與立桿處扣件抗滑力，是否滿足R≤Rc。

1）橫桿自重值：P7=g0la+lalb/n/2。因橫桿兩端固定在立桿上，故除以2。

2）腳手板荷載值：P8=gblalb/2。

3）施工荷載值：Q3=ghlalb/2。

4）荷載計(jì)算值：R=1.2P7+1.2P8+1.4Q3≤Rc。

3.4 荷載計(jì)算

腳手架荷載包括恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載，計(jì)算如下：

1）立桿自重值：NG1=gkH。NG1包括立桿、縱橫向水平桿、扣件的重量。

2）腳手板自重值：NG2=gbla（lb+b）NS/2。

3）欄桿、擋腳板自重值：NG3=gllaNS。

4）安全網(wǎng)等自重值：NG4=gwlaH。

5）恒荷載計(jì)算值：NG=NG1+NG2+NG3+NG4。

6）活荷載：NQK=ghlalbN′/2。

7）立桿軸向壓力設(shè)計(jì)值，依據(jù)《規(guī)范》公式5.4.4：

式中，N1為考慮風(fēng)荷載影響時(shí)的立桿軸向壓力設(shè)計(jì)值；N2為忽略風(fēng)荷載影響時(shí)的立桿軸向壓力設(shè)計(jì)值；ΣNGK為永久荷載對(duì)立桿產(chǎn)生的軸向力標(biāo)準(zhǔn)值總和；ΣNQK為可變荷載對(duì)立桿產(chǎn)生的軸向力標(biāo)準(zhǔn)值總和。

8）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值WK，依據(jù)《規(guī)范》公式4.2.5：

式中，μS為腳手架風(fēng)荷載體型系數(shù)，按《規(guī)范》表4.2.6 取值；μZ為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，W0為基本風(fēng)壓值，按GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表8.2.1、表D.4（取重現(xiàn)期=10）[2]。

9）風(fēng)荷載產(chǎn)生彎矩：立桿徑向還受風(fēng)荷載影響，需計(jì)算立桿的彎矩值MW，按《規(guī)范》第5.2.9 條，知MW=0.9×1.4×MWK=（0.9×1.4×MK×la×h2）÷10，MWK為風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值。

3.5 立桿穩(wěn)定性計(jì)算

對(duì)腳手架立桿受力最大（立桿底部）荷載值和彎矩，在是否考慮風(fēng)荷載影響的兩種情況下進(jìn)行驗(yàn)算。

1）立桿底部軸向荷載計(jì)算值。按《規(guī)范》式5.2.7-1 和式5.2.7-2：

式中，N3為考慮風(fēng)荷載影響時(shí)的立桿底部軸向壓力設(shè)計(jì)值；N4為忽略風(fēng)荷載影響時(shí)的立桿底部軸向壓力設(shè)計(jì)值。

2）立桿計(jì)算長度l0。k取值1.155，μ 按《規(guī)范》表5.2.8 取值，按《規(guī)范》第5.2.8 條：

3）長細(xì)比λ，按《規(guī)范》第5.2.6 條：

4）立桿段風(fēng)荷產(chǎn)生彎矩MW，按《規(guī)范》式5.2.9：

5）立桿穩(wěn)定性，按《規(guī)范》式5.2.6-1 和式5.2.6-2 進(jìn)行驗(yàn)算：

3.6 高度計(jì)算

據(jù)設(shè)定的參數(shù)，計(jì)算腳手架允許搭設(shè)高度[H]，與實(shí)際高度比較，檢驗(yàn)?zāi)芊駶M足。按《規(guī)范》式5.2.11-1 和式5.2.11-2：

1）忽略風(fēng)荷載：

式中，NG2k為構(gòu)配件自重產(chǎn)生的軸向力標(biāo)準(zhǔn)；NQK為施工荷載對(duì)立桿產(chǎn)生的軸向力標(biāo)準(zhǔn)值總和。

2）考慮風(fēng)荷載：

式中，MWk為風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值，由《規(guī)范》式5.2.9 得MWk=Wklah2/10。

3.7 連墻件計(jì)算

需進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性、扣件抗滑移承載力計(jì)算，如下：

1）風(fēng)荷載產(chǎn)生的連墻件軸向力設(shè)計(jì)值：Nlw=1.4WkAW。其中，AW為單個(gè)連墻件所覆蓋的腳手架外側(cè)面迎風(fēng)面積，若設(shè)置為“n步m跨”，則AW=nhmla。

2）軸向力設(shè)計(jì)值：Nl=Nlw+N0。N0為連墻件約束腳手架平面外變形所產(chǎn)生的軸向力，雙排架取3 kN。

4）穩(wěn)定性。其中，連墻件毛截面積：A=πD2/4。

3.8 地基承載計(jì)算

計(jì)算立桿底部壓強(qiáng)，與地基強(qiáng)度進(jìn)行比較，如下：

1）上部結(jié)構(gòu)傳遞至立桿基礎(chǔ)頂面的軸向力Nk，按前述N計(jì)取。

2）基礎(chǔ)底面面積：A=LW/3，此處L、W為墊板的長、寬。

3）地基承載力設(shè)計(jì)值：fg=kcfgk。kc為腳手架地基承載力調(diào)整系數(shù)，回填土要乘以系數(shù)0.4[3]；fgk為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，一般取200。

4）立桿地基承載力。其中，pk為立桿底部壓強(qiáng)。

4 結(jié)語

腳手架的設(shè)計(jì)計(jì)算，雖然原理較易理解，但計(jì)算過程復(fù)雜，加之涉及因素眾多，且很多參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際情況來判斷、取值，所以，在日常工作中，其計(jì)算的可操作性不強(qiáng)，也不能保證工作效率。通常，可以通過專業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算、驗(yàn)證。當(dāng)然，對(duì)于建筑從業(yè)人員而言，能夠清楚并熟練運(yùn)用腳手架的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)于工作的開展會(huì)有很大幫助。