对现行《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》相关问题的探讨

维普资讯 http://www.cqvip.com ｃＯｎＳＴＲＵＣＴＩＯｎ　ＳＡＦＥＴＹ　建筑鸯金２００７年第５期　模架安全　【摘要】针对现行《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（Ｊｑ１３０—２００１）中荷载组合、风　荷栽计算取值、连墙杆的设计计算与构造、模板支架设计与计算、地基承载力要求、脚手架构造等　相关问题进行了探讨，提出相应的改进措施建议，指出现行规范理论可能导致脚手架及模板支撑　设计偏于不安全或偏于保守。　【关键词】规范荷载组合连墙杆模板支架　地基承栽力　探讨　况，应根据具体环境的脚手架或模板支撑对象所处　的工况条件，选取不利荷载效应组合确定设计值。　如对于钢管扣件脚手架在工作状态时，选择由施工　《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》　（ＪＧＪ１３０－２００１）广泛用于钢管扣件脚手架及模板支　架的设计，对保障施工起到重要的作用。但模板支　架和脚手架的安全事故仍时有发生。笔者在某些具　体钢管扣件脚手架及模板支架设计过程中，认为现　荷载为主控制的可变荷载效应控制的组合或选择　以脚手架自重荷载为主控制的永久荷载效应组合；　在非工作状态，选择由风荷载为主控制的可变荷载　效应控制的组合。对于厚大结构或超高钢管扣件模　行ＪＧＪ１３０规范中存在一些欠妥当之处，值得商榷。　１．荷载效应组合　根据《建筑结构荷载规范》（ＧＢ５￣９—２００１），　荷载效应组合的设计值Ｓ应从可变荷载效应控制的　板支架，在工作状态时一般应选择以自重荷载控制　的荷载效应组合，如下式所示：　Ｎ＝Ｉ．３５∑％　１．２∑　：组合和永久荷载效应控制的组合中取最不利值确　定。无论是钢管扣件脚手架，还是钢管扣件模板支　自重荷载产生的轴向力之和　撑，明显可分为工作状态与非工作状态两种主要工　Ｎｏｒ：施工荷载产生的轴向力之和　表１　∞Ｒ＝‘Ｉ）０　不同重现期条件下的风压、风速、风力等级近似对照表　∞Ｒ＝Ｏ）５　ｔＯＲ＝０．７‘ｏ　地区　风压　风速　风力　瞬时　风速　２８．７　３４．１　２６．８　瞬时　风力　风压　１１级　０＿３１５　１２级　０．３８５　１０级　０ｌ３５　风速　风力　瞬时　风速　３２．９　３６＿３　３４．６　瞬时　风力　１２级　１２级　１２级　风压　风速　风力　瞬时　风速　３９．２　４３．４　４１．４　瞬时　风力　１２级以上　１２级以上　１２级以上　南通　上海　天津　０．２４　０Ｉ３４　０．２１　１９．８　２３．６　１８．５　８级　９级　８级　２２．７　２５．１　２３．９　９级　１０级　９级　０．４５　０．５５　０．５０　２７．１　３０．０　２８．６　１０级　１１级　１１级　青岛　０．３７５　２４．７　１０级　３５．９　１２级　０．４２　南京　深圳　２６．２　１０级　３８．０　１２级　０．６０　２１．４　２９ｌ３　３１．３　１１级　４５．４　２５．５　３５．０　１２级以上　１２级　１２级以上　０．１９　０Ｉ３１５　１７．６　２２７　．８级　９级　２５．５　１０级　０．２８　３２．９　１２级　０．５２５　９级　１１级　３１．０　４２．４　１１级　１２级　以上　０．４０　０．７５　１０级　１２级　３７．０　５０．７　徐州　Ｏ．２ｏ５　１８．３　８级　２６．５　１０级　０．２４５　２０．Ｏ　８级　２９．Ｏ　ｌ１级　０ｌ３５　２３．９　９级　３４．６　１２级　４８　维普资讯 http://www.cqvip.com ｃｏｎｓＴＲｕｃｎｏｎ　ＳＡＦＥＴＹ　建琵宠仓２００７年第５期　模架安全　厚大结构或高架模板支撑处于非工作状态时，　应选择由风荷载为主控制的可变荷载效应控制的　组合，而此时在进行抗倾覆验算时，自重荷载为有　利荷载。　但在ＪＧＪ１３０规范中，从头到尾千篇一律采用简　化的可变荷载效应组合进行设计计算，缺乏技术的　严谨性。这将导致模板支撑或脚手架设计偏于不安　全或过于保守。　２．风荷载的设计计算　由于脚手架的使用期较短，一般为２－５年，规范　以０．７的基本风压（Ｗ。）值确定为脚手架使用期内的　基本风压值，以此计算风荷载标准值。表１为国内七　个城市不同重现期条件下的风压、风速、风力等级　近似对照表。　由表１可知：　①以　＝０．７ｏＪ。计算风荷载标准值，参与荷载组　合，进行脚手架结构承载力设计，考虑是风力一般　达８级以上，沿海地区风力９级以上，最大风力１１级　以上。可见此时的风力等级相当于台风。　②以　＝　计算风荷载标准值，参与荷载组合，　进行脚手架结构承载力设计，考虑是风力达８级以　上，最大风力１０级以上，沿海地区最大风力ｌ１级以　上。可见此时的风力等级相当于强热带风暴或台　风。　③在ＣＯｎ＝０．７　ｏ条件下计算出的风力等级、风速，　均Ｌｌ￣Ｏ，ｓ＝ＯＪ　条件下一般大一个等级以上；前者较后　者风压值大１２％以上。　④同时参照《建筑施工高处作业安全技术规　范》（ＪＧＪ８０—９１）及施工惯例、常识，在表３中任一种　基期风压作用下，均不可能存在任何形式的脚手架　上的施工作业。存在大于表３中风压作用时，脚手架　须处于非工作状态。　⑤以　＝　计算风荷载标准值，参与荷载组合，　进行脚手架结构承载力设计，较以ＣＯｎ＝０．７￣Ｏｏ］￣ｔ算风　荷载标准值，参与荷载组合，进行脚手架结构承载　力设计，从技术经济的角度考虑更为合理。按５０年　一遇的基本风压“０．７”作为计算脚手架风荷载标准　值的依据，概念上较模糊，缺乏理论依据。　３．连墙杆的设计与计算　３．１一般条件下的连墙杆的受力设计计算　按ＪＧＪ１３０—２００１规范，连墙杆的轴向力按下式　进行计算：　。　ＮＦＮ　｝Ｎｑ　Ⅳ厂一连墙杆的轴向力设计值（ｋＮ）　眠　一风荷载产生的连墙杆轴向力设计值　（ｋＮ），按下式计算：　＝１．４ｔｏ，Ａ　Ⅳ０一一约束脚手架侧向变形所产生的轴向力　（ｋＮ），单排取３，双排取５　根据ＪＧＪ１３０规范：连墙杆约束脚手架侧向变形　所产生的轴向力Ⅳ０中包括两项内容：　①承受脚手架侧向变形所产生的轴向力，　ＪＧＪ１３０规范取值为脚手架立杆受压极限稳定承载　力的２％；（架宽１．０５ｍ、连墙杆竖向间距２ｈ时，连墙　杆轴向力为２．２１ｋＮ）　②考虑承受施工荷载偏心作用产生的水平力。　主要问题：　①如考虑连墙杆与脚手架铰接，偏心荷载仅作　用在脚手架横向平面内，且方向一致，按二等跨及　三等跨分别考虑，施工荷载的偏心作用导致连墙杆　所受到轴向力为图１所示。　厂、　ｎ　Ｌ　ｉ鹾埴扛竖回鲤匪２　Ｊ．　】　．１　Ｉ　ｆ　Ｉ　（ｃ）二跨时（连墙杆间距三步）　Ｍ　Ｍ　厂、　ｎ　Ｌ．ｉｆ蓬埴拄竖囱回臣２　．Ｌ一　】　－ｊ．　】　．１　ｆＩ而　　Ｉｔ　｛　ｆＩ　丽’Ｉ　（ｄ）三跨时（连墙杆间距三步）　图１　施工荷载偏心作用导致连墙杆轴向力计算简图　则横距１．０５ｍ、步距１．８ｍ，连墙杆间距二步三　跨，施工荷载为二层、每层２ｋＮ／ｍ　，施工荷载偏心导　４９　维普资讯 http://www.cqvip.com ｃＯｎＳＴＲＵＣＴＩＯｎ　ＳＡＦＥＴＹ　建筑鸯金２００７年第５期　ｑ　模架安全　致的连墙杆所受到的最大可能轴向力仅为：　０．６４３ｋＮ。如果考虑连墙杆与脚手架连接刚度的影　致的连墙杆轴向力的受力计算简图如下图２所示。　响，则施工荷载的偏心作用导致的连墙杆轴向力减　小。　②再有对于双排脚手架，施工荷载的偏心作　用，一部分作用在脚手架纵向平面内，脚手架的纵　向刚度较大，偏心荷载对连墙杆的影响几乎为零；　一图２脚手架上端悬臂状态受风压作用连墙杆轴力计算简图　Ａ点、Ｂ点连墙杆的支撑轴压力均为ｑ／／２；Ｃ点连　墙杆支撑轴压力为２ｑｌ。显然，如果脚手架悬臂段不　部作用在脚手架横向平面内，偏心荷载对内外立　杆的偏心作用相对称，偏心荷载对连墙杆轴向力的　增加有限。　③根据钢结构稳定理论，钢结构压杆屈曲时将　使连墙杆产生压杆极限压力２％的轴向力，本身考　虑到立杆的初始缺陷与变形，施工荷载偏心作用可　视作脚手架立杆的初始变位。如果受压构件已达到　屈曲极限，连墙杆产生２％的支撑轴向力，此时再给　予脚手架立杆较小的偏心荷载作用，连墙杆支撑轴　向力可增加与否已无意义。　④同时在计算基期风压作用下，从保证施工质　量的角度及保证安全的强制性要求，脚手架应处于　非使用状态下，一般无施工荷载，Ⅳ０一般为仅由约　脚手架自重所产生的轴向力。　因而ＪＧＪ１３０规范计算连墙杆的轴向力过于保　守，将导致布置过多的连墙杆或更为复杂的连墙杆　构造形式，按下列两个公式中最不利组合计算确定　连墙杆的轴向力应该较为合理：　①工作状态下（由永久性荷载控制）：　Ｎ　Ｎ　．６Ｎ　５＝０．５ｘ１．４ｏ）ｅｔ　ｓ　一一风荷载组合值系数，取　０．６　②非工作状态下（由可变荷载控制）：　＝＾　ｏＮｏ＝Ｎ￣ｗ＋０．４ｘ５＝１．４ｏ）ｅｔ　＋２　一一水平力组合值系数，取　０．４　３－２特殊条件下的连墙杆轴向力计算　当天气预报将出现大于脚手架设计计算基期　的风荷载时，应按下式计算确定连墙杆所受的水平　力，并对脚手架进行临时性加固。　ＮＩ＝Ｎ￣＝１．４ｏＪｅｔ　：为实际风速计算得出风荷载标准值　在结构施工阶段，脚手架随楼层升高而升高并　在结构施工前搭设或爬架在楼层结构施工前爬升，　脚手架一层多高的高度处于悬臂状态，其风荷载导　采取与楼层临时性支撑拉结措施，Ｃ点连墙杆所受　的风荷载支撑轴力大大超过于规范计算规定，这在　脚手架应用过程中应予以高度重视。　３．３连墙杆的构造设计　在脚手架中，连墙杆起到支座作用，有效缩短　了支架立杆的计算长度，消减了偏心荷载的影响。　它相当于一个弹性支座，须具有足够的刚度。如果　它的弹簧刚度很弱，则起的作用不大，不能把脚手　架立杆承载力提高很多。因而规范中所涉及的脚手　架试验中，连墙杆的设置为刚性连接。但规范又规　定２４ｍ高以下钢管扣件脚手架可采用拉撑结合的　附墙连接方式，而很大部分钢管扣件脚手架的搭设　高度均在２４ｍ高以内（包括悬挑脚手架，其搭设高　度从悬挑支架起算，一般搭设高度小于２４ｍ）。规范　中过分强调了连墙杆的轴向力要求，而较忽视了连　墙杆的刚度要求，如果连墙杆虽可承担较高的轴向　力，但连接刚度较小，其Ｐ一△效应将大大降低脚手　架的稳定承载能力。因而规范中应强制所有附墙脚　手架应采用刚性连墙杆与建筑物可靠连接。　４．模板支架设计与计算　４．１模板支架立杆稳定性计算　对于钢管扣件模板支架，不组合风荷载时，控　制荷载应为自重荷载，而施工人员及振捣混凝土等　产生的可变荷载应是非控制荷载。规范ＪＧＪ１３０中公　式５．６．２—１，将施工荷载认定为不组合风荷载工况时　的控制荷载，违反《建筑结构荷载规范》　（ＧＢ５０００９—２００１）的相关规定，其合理性有待商　榷。对于一般性钢筋混凝土结构梁板支撑，其差别　也许不大，但对于高架支模或对厚大结构支模设计　计算，其差别明显。　组合风荷载时，出现计算基期负荷载时，模板　支架一般处于非工作状态下，即施工荷载为零。此　维普资讯 http://www.cqvip.com ｃＯｎＳＴＲＵＣＴＩＯｎ　ＳＡＦＥＴＹ　建筑鸯金２００７年第５期　模架安全　时，由于风荷载可能对梁板底面产生负压作用，同　用，风压直接对立杆的弯矩作用产生稳定性影响较　小，所以因风荷载作用，导致模板支架整体偏心，从　而导致部分立杆受压荷载直线增加，而产生稳定性　破坏的可能。　时又有侧向风压作用，从而导致模板支架整体具有　较大的偏心，部分模板支架立杆所受到的压力大大　增加，从而导致失稳破坏。而规范ＪＧＪ１３０规定的进　行组合风荷载时立杆稳定性计算公式５．３．１—２，其意　义不大。因为对于常规性模板支架，为敞开式，计算　出的水平风荷载标准值对应于多排立杆组成的模　风荷载及施工过程形成的对模板支架的水平　力，可通过竖向剪刀撑传递至基座平面，或通过已　浇筑结构的可靠连接传递至已建结构物上，亦可通　板支架整体，而非仅仅对应为一根立杆。　在脚手架立杆稳定性计算中，规范通过采用考　虑综合因素的立杆计算长度，从而使本来为脚手架　单肢稳定性的验算过程，可近似当作脚手架整体稳　定性的设计计算。　而对于模板支架计算，规范仅涉及到立杆单肢　稳定性计算，而未涉及到模板支架的整体性设计验　算。这本身是规范的一大缺陷。规范本来应明确：规　范所提供的模板支架立杆的稳定性计算公式，是建　立在模板支架整体性稳定性满足要求的基础上的　脚手架立杆单肢稳定性验算，即模板支架应通过布　置足够的纵横向剪刀撑、水平剪刀撑等，从而使模　板支架成为几何不可变杆系结构，满足模板支架的　整体稳定性要求。　４．２模板支架立杆计算长度的确定　ＪＣＪ１３０规范中规定模板支架的计算长度为：　ｌｏ＝ｈ＋ａ　ｈ：立杆步距　０：模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线　至模板支撑点的长度　规范中ａ的取值规定欠妥，建议改为：取模板支　架立杆伸出顶层纵横水平杆中心线，至模板支撑点　的长度与模板支撑纵横向扫地杆中心线，至支撑基　座的长度两项数值中的大值。不仅有利于控制立杆　上部伸出段，同时有利于下端伸出扫地杆的悬臂长　度。　４．３水平力对模板支架的影响与模板支架整体　刚度的控制　对于使用期较短的模板支架，风荷载影响与受　力计算主要是为空载情况下模板支架的抗倾覆验　算及模板支架的侧向刚度控制设计。在计算基期风　压作用下，会对模板支架立杆产生弯矩作用。但是　由于脚手架排架多排立杆不同程度地承担风压作　过风拉措施传递。纵向剪刀撑不仅可有效传递水平　力，同时大大提高模板支架的整体刚度；水平剪刀　撑不仅可大大提高支架立杆节点刚度，同时可使水　平力均匀传向竖向剪刀撑。　由于风荷载与施工水平荷载作用方向的不确　定性，模板支架纵横两个方向均须有足够的剪刀　撑，同时布置必要的水平剪刀撑，是保证模板支架　侧向刚度的充分必要条件。缺少剪刀撑或剪刀撑不　足的模板支架，可视作为可侧移框架。由于钢管扣　件节点的刚度较小及偏心作用，水平力可使模板支　撑局部成为机构，而丧失承载能力。　ＪＧＪ１３０规范中对模板支架剪刀撑的布置要求　很粗且不严谨，同时未见有相关有效传递水平荷载　的相关措施要求。　５．地基基座承载力　规范中规定，地基承载力设计值根据回填土及　地基土类别进行折减。规范规定并不科学，因为即　使地基土上覆盖混凝土层，受环境影响，亦可使混　凝土下的地基土丧失承载力。因而脚手架地基承载　力设计值取值应根据具体对象所处条件区别对待。　当地基土有充分的预防环境影响措施时，可根据地　基承载力特征值确定地基承载力设计值，而不予以　折减。　６．结语　本文针对现行《建筑施工扣件式钢管脚手架安　全技术规范》（ＪＧＪ１３０—２００１）中荷载组合、风荷载计　算取值、连墙杆的设计计算与构造、模板支架设计　与计算、地基承载力要求、脚手架构造等相关问题　进行了探讨。认为应重新修订钢管扣件脚手架规　范，以较广泛地适应钢管扣件脚手架及模板支架的　设计需求，更有效地保障脚手架及模板支架安全技　术的可靠性与技术经济的合理性。　（本文收稿：２００７－０３－０３）　５１