姚明博 馬 駿 錢(qián) 毅 周岳林

上海送變電工程有限公司 上海 200235

腳手架是建筑施工中被廣泛運(yùn)用的多層多跨空間結(jié)構(gòu)體系，承受施工過(guò)程中產(chǎn)生的各種荷載。對(duì)于腳手架的承載性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量試驗(yàn)與理論分析。易桂香等[1]在鉸接單桿理論的基礎(chǔ)上，針對(duì)連墻件豎向間距較大，立桿層數(shù)較多，且未設(shè)廊道斜桿的情況，綜合考慮了連墻件間立桿、多層水平桿和碗扣的整體效應(yīng)，推導(dǎo)出架體穩(wěn)定承載力的解析解?？紤]整體效應(yīng)后，架體的計(jì)算承載力與鉸接理論相比有較大提高，更符合真實(shí)承載力。張鵬程等[2]為了研究負(fù)公差和初彎曲對(duì)腳手架構(gòu)件穩(wěn)定承載力的影響，采用我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》中的計(jì)算方法，計(jì)算得到負(fù)公差會(huì)造成構(gòu)件軸壓承載力下降10.24%～12.59%，負(fù)公差和初彎曲共同作用時(shí)構(gòu)件承載力下降12.17%～15.28%。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)施工技術(shù)的提升以及對(duì)于建筑物結(jié)構(gòu)的特殊需求，腳手架搭設(shè)的要求越來(lái)越高。當(dāng)遇到特殊造型變化的建筑時(shí)，由于GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)其并沒(méi)有具體規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)工程師只能憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或增加支撐，甚至由于腳手架為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)物，其重要性易被忽略，致使腳手架埋下安全隱患。

本文針對(duì)建筑立面凹進(jìn)不是很深，外腳手架不能正常搭設(shè)的情況，在保證腳手架安全穩(wěn)定的前提下，通過(guò)小橫桿懸挑承受一定的施工荷載，以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)要求。然而，由于腳手架承受了不同于常規(guī)形式的施工荷載，有必要對(duì)腳手架進(jìn)行整體承載性能分析，計(jì)算確定安全懸挑范圍，并進(jìn)行有針對(duì)性的加固，防止腳手架失穩(wěn)破壞，確保人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。

1 受荷下穩(wěn)定性分析方法

腳手架的荷載傳遞路徑為腳手板—大橫桿—小橫桿—立桿扣件—立桿—基礎(chǔ)。由于小橫桿懸挑并承受施工荷載，除計(jì)算大橫桿強(qiáng)度撓度之外，小橫桿本身強(qiáng)度需要滿足要求，同時(shí)受荷后的撓度不能超限，根據(jù)荷載傳遞路徑，還需要額外考慮懸挑小橫桿的荷載對(duì)內(nèi)立桿穩(wěn)定性和內(nèi)力桿扣件抗滑性能的不利影響。

1.1 懸挑小橫桿抗彎強(qiáng)度計(jì)算

大橫桿自重標(biāo)準(zhǔn)值p1按式（1）計(jì)算。

最大彎矩考慮為小橫桿自重均布荷載與荷載的計(jì)算值最不利分配的彎矩和，考慮懸挑，安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性因數(shù)γ0=1.1。最大彎矩M按式（5）計(jì)算。

則小橫桿的抗彎強(qiáng)度σ根據(jù)材料力學(xué)原理應(yīng)當(dāng)滿足式（6）要求。

式中：f——鋼管強(qiáng)度；

W——鋼管的截面抗彎矩，由式（7）定義。

式中：D——鋼管外徑；

d——鋼管內(nèi)徑。

1.2 懸挑小橫桿撓度

懸挑小橫桿最大撓度考慮為小橫桿自重均布荷載與最不利分配荷載計(jì)算值產(chǎn)生的撓度之和。

均布荷載最大撓度Vq,max由式（8）計(jì)算得出。

根據(jù)JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，最大撓度應(yīng)不大于lx/400。

1.3 扣件抗滑承載力

小橫桿扣件節(jié)點(diǎn)兩側(cè)受力計(jì)算原理與1.1節(jié)荷載計(jì)算相似，這里只介紹左側(cè)節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算方法。

自重標(biāo)準(zhǔn)值F1按式（11）計(jì)算。

式中：lb——立桿橫距。

腳手板荷載標(biāo)準(zhǔn)值F2按式（12）計(jì)算。

活荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q2按式（13）計(jì)算。

1.4 內(nèi)立桿穩(wěn)定性

通過(guò)受力分析可知，內(nèi)立桿的軸向力大于外立桿的軸向力，且內(nèi)立桿不需要考慮風(fēng)荷載、安全網(wǎng)、欄桿和擋腳板荷載的作用。鋼管立桿受壓強(qiáng)度σ'按式（17）計(jì)算。

2 受荷下懸挑長(zhǎng)度的安全敏感性分析

以某220 kV變電站腳手架工程為例，鋼管強(qiáng)度為205.0 N/mm2，鋼管強(qiáng)度折減系數(shù)取1.00。雙排腳手架，搭設(shè)高度23.0 m，立桿采用單立管。立桿的縱距1.50 m，立桿的橫距0.80 m。鋼管類型為φ48 mm×2.7 mm，連墻件采用2步3跨，豎向間距3.60 m，水平間距4.50 m。施工活荷載為2.0 kN/m2。腳手板采用竹笆片，荷載為0.10 kN/m2，按照鋪設(shè)12層計(jì)算。

懸挑小橫桿上的大橫桿計(jì)算、外立桿扣件抗滑力及外立桿穩(wěn)定性計(jì)算，與雙排扣件鋼管腳手架計(jì)算方法相同，均滿足規(guī)范要求，不再贅述。經(jīng)計(jì)算，受荷懸挑小橫桿懸挑長(zhǎng)度為500 mm時(shí)，小橫桿抗彎強(qiáng)度、扣件豎向作用力、立桿受荷強(qiáng)度值均在規(guī)定的安全限值范圍內(nèi)，撓度值為1.21 mm，接近安全限值1.25 mm。當(dāng)懸挑長(zhǎng)度為450 mm時(shí)，各項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)均滿足要求。當(dāng)懸挑長(zhǎng)度為550 mm時(shí)，撓度值為1.89 mm，大于規(guī)定的限值1.38 mm，不滿足規(guī)范要求。因此，在此計(jì)算條件下，安全懸挑長(zhǎng)度在500 mm范圍內(nèi)。

此外，懸挑長(zhǎng)度增加時(shí)，小橫桿撓度和抗彎強(qiáng)度值等均呈現(xiàn)不同程度的增長(zhǎng)。圖1顯示了小橫桿抗彎強(qiáng)度與內(nèi)力桿受壓強(qiáng)度隨小橫桿懸挑長(zhǎng)度增加的變化規(guī)律，從圖中可以看出，小橫桿抗彎強(qiáng)度增加幅度較大，增長(zhǎng)更加顯著。

圖2顯示了扣件豎向作用力隨懸挑長(zhǎng)度增加的增長(zhǎng)規(guī)律，結(jié)合圖1與圖2可以看出，扣件豎向作用力增長(zhǎng)幅度與內(nèi)立桿受壓強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度相當(dāng)，為5.5%左右，但扣件豎向作用力未達(dá)規(guī)范容許值的富余度更多。

圖1 小橫桿抗彎強(qiáng)度與內(nèi)力桿受壓強(qiáng)度

圖3顯示了小橫桿撓度隨懸挑長(zhǎng)度增加的增長(zhǎng)規(guī)律，小橫桿撓度隨小橫桿懸挑長(zhǎng)度的增加變化顯著，且幅度最大，當(dāng)懸挑長(zhǎng)度為500 mm時(shí)，就已經(jīng)接近規(guī)范容許值。

圖3 懸挑小橫桿撓度

綜上所述，小橫桿的撓度受小橫桿懸挑長(zhǎng)度的影響最大，為最敏感因素。在后續(xù)的設(shè)計(jì)與施工時(shí)，根據(jù)此次研究成果采取針對(duì)性的措施對(duì)薄弱位置進(jìn)行加固處理，以滿足規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工的要求。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

住建部質(zhì)安司統(tǒng)計(jì)資料中2002—2012年備案的建筑施工事故7 065起，死亡人數(shù)8 434人，造成直接經(jīng)濟(jì)損失逾百億元[3]，平均每起事故直接經(jīng)濟(jì)損失逾百萬(wàn)元，本文通過(guò)嚴(yán)格的理論計(jì)算以及后續(xù)的加固等措施，避免了因腳手架失穩(wěn)破壞造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，給企業(yè)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)腳手架的荷載傳遞與結(jié)構(gòu)受力原理，分析了懸挑小橫桿受荷下的腳手架穩(wěn)定性，通過(guò)某220 kV變電站工程實(shí)例，確定了在一定的搭設(shè)高度、立桿縱橫距等參數(shù)約束下，小橫桿的最大安全懸挑長(zhǎng)度為500 mm。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)，小橫桿懸挑長(zhǎng)度增加，小橫桿撓度增幅最大，最早出現(xiàn)超過(guò)限值，小橫桿抗彎強(qiáng)度值的增幅次之。因此，在工程實(shí)踐中，可以根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，對(duì)小橫桿懸挑端等薄弱部位進(jìn)行加固，確保腳手架在施工荷載作用下的安全穩(wěn)固，避免盲目施工給企業(yè)和人民造成的經(jīng)濟(jì)損失。