于海祥
(重慶建工集團(tuán)股份有限公司設(shè)計(jì)研究院,重慶 400080)
承插型盤扣式鋼管腳手架(簡稱盤扣架)是目前工程建設(shè)領(lǐng)域腳手架與模板支撐體系中應(yīng)用量日趨增多的新型高強(qiáng)工具式腳手架,是建筑業(yè)推廣應(yīng)用的重點(diǎn)新技術(shù)之一,其工程應(yīng)用主要指導(dǎo)依據(jù)為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》(JGJ 231—2010)[1],該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用10 年后推出了修訂后的《建筑施工承插型盤扣式鋼管腳手架安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 231—2021)[2]。在此期間,與此相關(guān)的荷載標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)可靠性標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)都有更新?lián)Q代,建設(shè)行業(yè)關(guān)于腳手架的安全管理也積累了一些新的經(jīng)驗(yàn),在高強(qiáng)工具式腳手架方面的認(rèn)識水平也有所提升,尤其是國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》( GB 51210—2016)的發(fā)布,為各類腳手架安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)新一輪的修訂提供了根本遵循。修訂后的JGJ/T 231—2021 相比于JGJ 23—2010,在安全技術(shù)管理方面存在一些值得關(guān)注的條文規(guī)定,為正確執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn),本文結(jié)合工程應(yīng)用對其中主要的修訂要點(diǎn)進(jìn)行逐一分析。
本次標(biāo)準(zhǔn)修訂過程中,針對盤扣架構(gòu)配件與材質(zhì)規(guī)定的變換主要體現(xiàn)在如下方面。
新標(biāo)準(zhǔn)將盤扣架構(gòu)配件與材質(zhì)的相關(guān)規(guī)定完全指向新發(fā)布的行業(yè)現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《承插型盤扣式鋼管支架構(gòu)件》(JG/T 503—2016),標(biāo)準(zhǔn)條文中僅作引用,應(yīng)用中應(yīng)注意如下調(diào)整之處:(1)JG/T 503 中規(guī)定的Z 型(重型架,對應(yīng)JGJ 231—2010 中型號為A 開頭的構(gòu)件,立桿為φ60 型號)、B 型(標(biāo)準(zhǔn)型架,對應(yīng)JGJ 231—2010 中型號為B 開頭的構(gòu)件,立桿為φ48 型號)產(chǎn)品的立桿、水平桿的外徑公稱尺寸發(fā)生了小數(shù)點(diǎn)的變化,由原先的60mm 和48mm 調(diào)整為60.3mm 和48.3mm;(2)所有桿件的壁厚允許偏差規(guī)定均發(fā)生了變化;(3)JG/T 503 中將水平桿、水平斜桿的型號由JGJ 231—2010 中的φ48×2.5和φ42×2.5 兩種型號調(diào)整為僅一種截面型號φ48.3×2.5,減小了產(chǎn)品選擇的余地;(4)變化最大的是豎向斜桿的型號,JGJ 231—2010中規(guī)定60 系列產(chǎn)品采用φ48×2.5 截面型號豎向斜桿,48 系列產(chǎn)品采用φ33×2.3 截面型號豎向斜桿,但JG/T 503 中統(tǒng)一給出了60 系列和48 系列產(chǎn)品所適用的豎向斜桿類型有4 種,即φ48.3×2.5、φ42.4×2.5、φ38×2.5、φ33.7×2.3,這樣就存在一個(gè)產(chǎn)品選用的問題,即Z 型架和B 型架是否均可采用上述四種截面型號斜桿?抑或分別對應(yīng)不同型號?這給工程應(yīng)用帶來了困惑,需要后續(xù)解釋或再次修訂中進(jìn)一步明確。顯然Z 型架配小截面型號斜桿不安全,B 型架配大截面型號偏保守,應(yīng)該說這是JG/T 503 未表達(dá)清楚之處。總而言之,桿件類型統(tǒng)一按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)JG/T 503 采用即可,有效避免了工程標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的沖突,但應(yīng)注意豎向斜桿與立桿類型的配對選用問題。
關(guān)于鋼管材質(zhì)的規(guī)定需注意:(1)JGJ 231—2010 中規(guī)定立桿、水平桿、豎向斜桿、水平斜桿的鋼管材質(zhì)分別為Q345A、Q235A(與其附錄對應(yīng)的Q235B 相矛盾)、Q195、Q235B,而JG/T 503 中將材質(zhì)規(guī)定簡化調(diào)整為立桿材質(zhì)不低于Q345,水平桿和水平斜桿材質(zhì)不低于Q235,豎向斜桿材質(zhì)不低于Q195;(2)JG/T 503 中僅規(guī)定鋼材的屈服強(qiáng)度,對質(zhì)量等級(材質(zhì)表達(dá)中的A、B)不作規(guī)定,這更符合施工臨時(shí)設(shè)施用材的實(shí)際情況;(3)特別應(yīng)注意,新修訂的國家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 1591—2018)中已將Q345 級鋼代號調(diào)整為Q355,這在JGJ/T 231—2021 附錄中有調(diào)整,但由于受發(fā)布年份的限制,JG/T 503(2018 年發(fā)布)中尚未做調(diào)整,而由于對應(yīng)的屈服強(qiáng)度未調(diào)整,所以不影響承載力計(jì)算,工程應(yīng)用中應(yīng)注意查驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量證明文件中的鋼材代號。
在新修訂的JGJ/T 231—2021 中,需要注意如下細(xì)微的調(diào)整:
(1)修訂后在術(shù)語中引入了“基座”這一構(gòu)配件,并在后續(xù)構(gòu)造、施工章節(jié)及條文說明中多次出現(xiàn),需強(qiáng)調(diào)的是,基座是今年來在各地使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上提出的一種盤扣架產(chǎn)品的重要輔助配件(圖1a),不是必須采用的配件,但引入后能提高架體在不同支設(shè)高度條件下的適用性?;稍诹U底部起步時(shí)設(shè)置(圖1b),并能快速提高首步立桿的搭設(shè)效率,即通過擺放基座后,后續(xù)插入接長的立桿可自穩(wěn)站立,免去了一人扶桿、一人安設(shè)水平桿的至少需要2 人操作的工況,減少了人工耗用,同時(shí)能有效控制掃地桿離地間距,小配件起到了大作用。其也可用于雙槽托梁上設(shè)置立桿或頂托時(shí)作為托底配件(圖1c)。實(shí)際工程應(yīng)用中推薦使用基座作為起步配件,但應(yīng)注意,由于本身基座尺寸不符合500mm 模數(shù),因此不可用于標(biāo)準(zhǔn)步距組架或立桿頂部自由外伸長度調(diào)節(jié)組架(圖1d);
圖1 基座用途
(2)將“挑架”更名為“三角架”,雖只是字面上的調(diào)整,但修改后更符合工程習(xí)慣。應(yīng)用中需注意兩點(diǎn):①標(biāo)準(zhǔn)并未限制三角架的形狀、尺寸與結(jié)構(gòu)構(gòu)造,實(shí)際應(yīng)用中有多種類型,但應(yīng)滿足三角架與立桿的連接為標(biāo)準(zhǔn)承插型盤扣連接(圖2a);②JGJ/T 231—2021 中規(guī)定了使用三角架的兩個(gè)重要要求:一個(gè)是在立桿承載力驗(yàn)算時(shí),應(yīng)計(jì)入由三角架產(chǎn)生的附加彎矩;另一個(gè)是三角架與立桿連接及接觸的地方,應(yīng)沿三角架長度方向增設(shè)水平桿(圖2b);
圖2 三角架應(yīng)用
(3)將“雙槽鋼托梁”更名為“雙槽托梁”,回歸托梁的本質(zhì)屬性。原標(biāo)準(zhǔn)中將托梁限于“雙槽鋼”限制了托梁截面形狀范圍,根據(jù)近幾年各地的使用經(jīng)驗(yàn),雙槽托梁可不限于雙槽鋼組合,也可采用雙鋁合金梁及雙方鋼梁等組合對稱截面形式(圖3),甚至“雙槽”的表達(dá)也略顯多余。使用中應(yīng)注意兩橫梁間應(yīng)通過螺栓連接進(jìn)行限位,根據(jù)托梁長度設(shè)置橫向連接,防止托梁平面外失穩(wěn)。
圖3 托梁構(gòu)造及安裝示意圖
腳手架(含作業(yè)腳手架、支撐腳手架)是一種承受較大荷載的臨時(shí)結(jié)構(gòu),各類腳手架標(biāo)準(zhǔn)通過一系列結(jié)構(gòu)計(jì)算指標(biāo)的引入,最終需回答結(jié)構(gòu)可靠度問題,或整體安全系數(shù)問題,雖然這個(gè)問題不在各類腳手架標(biāo)準(zhǔn)中顯性表達(dá),但是可以綜合歸納出其隱性的可靠度指標(biāo)。為分析盤扣架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度,可從如下設(shè)計(jì)表達(dá)通式尋求其隱含的結(jié)構(gòu)安全系數(shù)[3](新舊標(biāo)準(zhǔn)在公式表達(dá)上雖然將各類型系數(shù)放在不同章節(jié)表達(dá),但都是按
同于目前所有現(xiàn)行的腳手架標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)可靠度推演思路,雖然盤扣架新舊標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定“采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,采用分項(xiàng)系數(shù)的表達(dá)式”,從上述計(jì)算通用表達(dá)式來看,新舊標(biāo)準(zhǔn)均采用整體安全系數(shù)K表征,尚未達(dá)到真正采用可靠指標(biāo)度β反映結(jié)構(gòu)的失效概率,在形式上采用了完全同于永久建筑結(jié)構(gòu)的分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式,但需要注意的是永久結(jié)構(gòu)分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式與既定的可靠指標(biāo)度β 有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系,顯然腳手架結(jié)構(gòu)可靠性還未上升到荷載與材料抗力這兩個(gè)離散型變量的概率統(tǒng)計(jì)層面,只是形式上采用了分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)法的“半概率法”設(shè)計(jì)[5],目前只能從式(2)通過將所有分項(xiàng)系數(shù)移項(xiàng)得到整體安全系數(shù)K判定腳手架結(jié)構(gòu)的安全度。對比新舊標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)如下差異:
從公式表達(dá)及系數(shù)取值中可以看出修訂后的標(biāo)準(zhǔn)有如下變化:
(1)修訂后的標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 231—2021 計(jì)算立桿計(jì)算長度時(shí),引入了架體高度計(jì)算系數(shù)βH,充分考慮到了架體高度對架體整體穩(wěn)定性的影響,符合滿堂架體的實(shí)際力學(xué)特性;
(2)修訂后的公式中對于頂部步距計(jì)算長度引入了頂層步距修正系數(shù)γ,隨頂層步距的減小,該值增大,這與有限元分析得到的結(jié)果相吻合;
(3)立桿計(jì)算長度修正系數(shù)η、懸臂端計(jì)算長度折減系數(shù)k,相對于原標(biāo)準(zhǔn)有所降低。
表1 支撐架立桿計(jì)算長度計(jì)算公式對比
關(guān)于承載力計(jì)算公式,需要特別強(qiáng)調(diào):(1)新舊標(biāo)準(zhǔn)均采取了同樣的表達(dá)思路,即在公式表達(dá)盡可能簡單的條件下反映架體搭設(shè)的各種幾何、構(gòu)造因素。均采取了立桿計(jì)算長度表達(dá)式進(jìn)行簡易表達(dá),表達(dá)式僅與架體步距、立桿頂部懸臂端長度、架體搭設(shè)高度有關(guān),除此之外與其他參數(shù)無關(guān)。但從工程實(shí)際來看,不同的立桿間距、豎向斜桿與水平斜桿(或水平剪刀撐)的設(shè)置方式與覆蓋率、架體高寬比、連墻抱柱點(diǎn)設(shè)置等均與立桿承載力有較大關(guān)聯(lián),結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的通篇表達(dá)來看,可認(rèn)為這些因素都在構(gòu)造措施中進(jìn)行強(qiáng)約束,比如限制過大的高寬比、控制斜桿設(shè)置密度與立桿軸力正相關(guān)等。然而不排除在今后進(jìn)一步的修正中會在計(jì)算公式中考慮這些因素(類似于JGJ 130—2011 在立桿計(jì)算長度系數(shù)中考慮了立桿縱橫間距、剪刀撐設(shè)置方式等因素);(2)新舊標(biāo)準(zhǔn)對方塔架均給出了一般性的計(jì)算規(guī)定(按鋼結(jié)構(gòu)格構(gòu)柱理論計(jì)算),并未針對這類結(jié)構(gòu)給出具體的、能反映腳手架特點(diǎn)的計(jì)算方法;(3)修訂后的標(biāo)準(zhǔn)特別強(qiáng)調(diào)了采用三角架時(shí),應(yīng)注意懸挑架的傾覆力矩將傳遞至與之相連的立桿,該立桿設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮這部分不利荷載影響,新標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)造章節(jié)中,也規(guī)定了三角架與盤扣節(jié)點(diǎn)連接處應(yīng)設(shè)置附加水平桿;(4)從支撐架承載力計(jì)算公式來看,計(jì)算結(jié)果與斜桿設(shè)置方式無關(guān),這意味著斜桿設(shè)置疏與密對應(yīng)相同的承載力,但顯然不能這樣片面理解。關(guān)于這一點(diǎn)的考量,本次修訂中是按照滿覆蓋率設(shè)置斜桿給出的承載力計(jì)算公式,但后續(xù)構(gòu)造中規(guī)定了隨著立桿軸力的減小,斜桿設(shè)置密度可相應(yīng)降低,這符合通常的力學(xué)規(guī)律,規(guī)定斜桿設(shè)置密度與立桿軸力正相關(guān)是目前腳手架標(biāo)準(zhǔn)中的重要創(chuàng)新。
構(gòu)造要求是施工臨時(shí)設(shè)施設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié),是確保計(jì)算模型成立的重要約束條件,如最大適用高度、高寬比、步距與立桿間距上限、斜桿設(shè)置方式等。JGJ/T 231—2021 的修訂主要在如下方面對架體的構(gòu)造要求作出了調(diào)整。
JGJ 231—2010 推薦支撐架和作業(yè)架的最大適用高度限制在24m 之內(nèi),且對于高度超過24m 的支撐架規(guī)定“應(yīng)另行專門設(shè)計(jì)”。根據(jù)近十年以來全國各地盤扣架的使用經(jīng)驗(yàn),超過24m的架體應(yīng)用較為廣泛(支撐架最高超過50m),只要計(jì)算充分、構(gòu)造合理,可不局限于24m 的應(yīng)用范圍。因此在修訂后的標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 231—2021 中取消了支撐架及作業(yè)架的最大適用高度的柔性限制,相應(yīng)地在超過24m 的超高支撐腳手架的設(shè)計(jì)計(jì)算公式中引入了搭設(shè)高度調(diào)整系數(shù),并對此作出了嚴(yán)格的斜桿設(shè)置方式的規(guī)定。
在幾何參數(shù)的定量規(guī)定方面,新標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 231—2021 的修訂主要體現(xiàn)在如下方面:(1)構(gòu)配件截面尺寸的允許偏差的調(diào)整(見本文第1.1 節(jié),除此之外還包括可調(diào)底座的底板和可調(diào)托座托板厚度偏差調(diào)整、可調(diào)托座及可調(diào)底座絲桿與螺母咬合齒數(shù)下限的調(diào)整、可調(diào)絲桿插入長度及外露長度調(diào)整等);(2)在架體搭設(shè)三維幾何參數(shù)方面進(jìn)行了一些調(diào)整(表2)。架體設(shè)計(jì)中應(yīng)注意,修訂后的標(biāo)準(zhǔn)更符合腳手架結(jié)構(gòu)原理、產(chǎn)品特性及現(xiàn)場操作實(shí)際,尤其應(yīng)注意關(guān)于支撐架立桿軸力超過一定數(shù)值后的步距需調(diào)小的規(guī)定,新老標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定的是頂步距及底步距的縮減,且新標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分了B 型架與Z 型架,更為合理。
表2 架體空間幾何尺寸的規(guī)定對比
斜桿的設(shè)置方式是最重要的構(gòu)造要求之一,也是本次修訂的重要調(diào)整之處,執(zhí)行中應(yīng)著重注意如下方面:(1)JGJ/T 231—2021 針對支撐架,分為B 型架和Z 型架兩種類型,規(guī)定了按照架體高度、單立桿軸力大小分檔次設(shè)置斜桿,分為豎向斜桿滿搭(100%覆蓋率)、隔一搭一(50%覆蓋率)、隔二搭一((1/3 覆蓋率)、隔三搭一(1/4 覆蓋率)四檔設(shè)置方式,符合安全性與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)關(guān)系,與有限元的分析結(jié)果相吻合。實(shí)際搭設(shè)中,對于100%覆蓋率的豎向斜桿設(shè)置,應(yīng)注意縱橫方向的豎向斜桿盤扣節(jié)點(diǎn)孔眼占位的影響,相鄰兩榀架同跨、同層的斜桿設(shè)置方式應(yīng)相反;(2)JGJ/T 231—2021 規(guī)定盤扣架豎向斜撐不應(yīng)采用鋼管扣件,換言之只能設(shè)置豎向斜桿(考慮到節(jié)點(diǎn)盤孔眼數(shù)量限制,水平方向可設(shè)置鋼管扣件水平剪刀撐),回歸了工具式腳手架的本質(zhì);(3)JGJ/T 231—2021 針對支撐架取消了相鄰立桿錯(cuò)開一定高度的限制,這是在全國各地使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上提出的。實(shí)踐證明,盤扣式腳手架的穩(wěn)定性對立桿相鄰接頭在同一高度并不敏感。但對于雙排作業(yè)腳手架,仍推薦“宜采用不同長度的立桿交錯(cuò)布置”的方式實(shí)現(xiàn)立桿接頭錯(cuò)開;(4)針對作業(yè)腳手架的斜桿設(shè)置方式,JGJ 231—2010 規(guī)定不管架體高度如何,均按照隔5 跨設(shè)置豎向通高斜桿,且可以采用剪刀撐代替。而JGJ/T 231—2021 規(guī)定根據(jù)架體高度不同采取不同間隔跨數(shù)的豎向斜桿設(shè)置,不允許設(shè)置剪刀撐,這種方式顯然更符合腳手架的結(jié)構(gòu)特性。
任何一部標(biāo)準(zhǔn)的修訂都是從系統(tǒng)層面做出的重新審視與修改,上文羅列了與盤扣架構(gòu)配件與材質(zhì)、設(shè)計(jì)計(jì)算、構(gòu)造相關(guān)的主要修改之處,此外,還應(yīng)注意修訂后的JGJ/T 231—2021 在如下方面作出的調(diào)整:
(1)文檔結(jié)構(gòu)上,由于不再單獨(dú)規(guī)定“主要構(gòu)配件的材質(zhì)及制作質(zhì)量要求”,將其調(diào)整為“一般規(guī)定”,在總則中對架體適用范圍的規(guī)定作出了優(yōu)化;
(2)架體類型上,在GB 51210—2016 的基礎(chǔ)上,將盤扣架劃分為支撐腳手架與作業(yè)腳手架兩種類型;
(3)增加了鋼笆片、鋁合金模板自重標(biāo)準(zhǔn)值的規(guī)定??箖A覆穩(wěn)定性計(jì)算時(shí),針對荷載對抗傾覆有利和不利兩種情況分別給出了分項(xiàng)系數(shù)的取值;
(4)隨著方塔架的應(yīng)用越來越廣泛,新標(biāo)準(zhǔn)特別重視獨(dú)立方塔架的穩(wěn)定性,規(guī)定了以獨(dú)立塔架形式搭設(shè)支撐架時(shí),應(yīng)沿高度每間隔2~4 個(gè)步距與相鄰塔架水平拉結(jié)。實(shí)際采用方塔架時(shí),應(yīng)注意各塔架之間的水平連接及豎向剪刀撐連接設(shè)置;
(5)細(xì)化了高度超過8m 的支撐架與周邊既有結(jié)構(gòu)連接時(shí)的連接點(diǎn)間距要求(連接點(diǎn)間隔4~6 個(gè)步距),細(xì)化了作業(yè)架連墻件的構(gòu)造規(guī)定;
(6)針對高寬比超過3 的支撐架給出了應(yīng)采取與既有建筑物進(jìn)行剛性連接等抗傾覆措施的規(guī)定;
(7)優(yōu)化了支撐架門洞的設(shè)置方式,給出了更為合理的門洞構(gòu)造規(guī)定;
(8)為符合現(xiàn)場可操作性,取消了“插銷連接應(yīng)保證錘擊自鎖后不拔脫,抗拔力不得小于3kN”的規(guī)定,將其調(diào)整為“水平桿及斜桿插銷安裝完成后,應(yīng)采用錘擊方法抽查插銷,連續(xù)下沉量不應(yīng)大于3mm”?,F(xiàn)場搭設(shè)過程中,應(yīng)對盤扣銷緊度按此定量規(guī)定嚴(yán)加管控。
目前,承插型盤扣式鋼管腳手架在工程建設(shè)領(lǐng)域廣泛使用,是最活躍的高強(qiáng)度、工具式腳手架之一。隨著近10 年全國各地對該類腳手架使用經(jīng)驗(yàn)的不斷積累,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》(JGJ 231—2010)修訂為《建筑施工承插型盤扣式鋼管腳手架安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 231—2021),其中對盤扣式腳手架的設(shè)計(jì)、構(gòu)造、施工等方面都作出了全新的修改。相比原標(biāo)準(zhǔn),新修訂的標(biāo)準(zhǔn)操作性更強(qiáng)、結(jié)構(gòu)可靠度更明確、計(jì)算模型更準(zhǔn)確、構(gòu)造更合理。但在新標(biāo)準(zhǔn)的使用過程中尚存在對標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)會不深入、對主要變動的核心條款理解錯(cuò)誤、與現(xiàn)行其他標(biāo)準(zhǔn)的匹配程度無系統(tǒng)了解等問題,本文系統(tǒng)分析了本次標(biāo)準(zhǔn)修訂的主要內(nèi)容,以推動提高標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確執(zhí)行率,提高承插型盤扣鋼管式腳手架的科學(xué)使用水平。