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建筑钢管扣件悬挑脚手架三个难题讨论

    脚手架是为解决在建筑物高处施工而专门搭设的操作平台,是建筑施工中不可缺少的基础临时设施。它主要用于施工作业和运输通道、并能临时堆放施工用材料和机具。因此,脚手架在砌筑工程、混凝土工程、装修工程中有着广泛的应用。随着我国建筑工程的发展,特别是高层建筑的大量建造,目前已经进人了多种脚手架并存的新阶段,其中钢管扣件式脚手架是最主要的形式。脚手架作为临时设施,有使用人员多、安全风险大的特点,是重、特大事故的多发设施,是住建部指定的重大风险源。本文结合质量监管工作实际,对影响悬挑钢管扣件式脚手架安全的几个关键环节进行了分析探讨。

1、悬挑钢梁
    落地钢管扣件式脚手架的使用高度一般不超过30m,高层建筑的高度大大超过此数,即使是普通33层住宅已达100m,超高层建筑也越来越多。解决问题的办法是利用已有建筑结构分段搭设悬挑脚手架,每个悬挑段的脚手架高度不超过20m,如图1所示。悬挑钢梁通过预埋的卡环固定在楼板上,图1(a)。按图1(b)设保险钢丝绳作为安全防范措施。悬挑钢梁承担脚手架的全部荷载。由图1不难看出,悬挑脚手架的安全取决于悬挑钢梁的安全可靠性。
    目前,悬挑钢梁多采用16"槽钢或16"工字钢。实际工程中16"槽钢的占大多数。采用钢梁可以按悬臂梁计算。悬臂梁是静定结构,N是脚手架立杆传来的压力(荷载),悬挑钢梁的计算简图如图2所示。按结构力学和材料力学的理论公式,可以方便地算出悬挑钢梁的弯矩M,剪力Q、扭矩Mr,以及相应的正应力。和剪应力,。
    在计算悬挑钢梁时,工字钢和槽钢的受力特点是不同的,这一点非常关键。因为槽钢是单轴对称截面,截面在垂直方向不对称。槽钢截面的弯曲中心(也叫剪切中心)C点在槽钢梁截面的腹板外侧,如图3。理论上,只有在构造上使钢管荷载N所在纵向平面通过弯曲中心C点,槽钢梁才可能只发生平面弯曲,不发生扭转。但是,在悬挑脚手架的工程实际中,这是做不到的。此时槽钢梁在弯曲时将同时产生弯矩M,剪力Q、扭矩Mra由于开口型槽钢截面梁的抗扭刚度小,这将引起钢梁严重扭转,对钢梁安全使用很不利。
    某实际悬挑脚手架,横距800mm,纵距1500mm,步距1800mm,高度20m。分别以16‘工字钢和16"槽钢计算,计算结果列在表1中。
    表1中的折算应力是考虑钢梁同时受到正应力、剪应力、扭剪应力的共同作用的综合结果,折算应力计算方法采用能量强度理论(第四强度理论)。

    16"槽钢悬挑梁折算应力221.701 N/mmz,远大于工字钢梁的折算应力90.476N/mmZ,接近Q235钢的强度上限,对钢梁安全使用很不利。所以悬挑钢梁应优先选用工字钢梁,槽钢应尽快淘汰,这一点已经在《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》的修订中得到证实。2001年版本JGJ130-2001对悬挑钢梁没有规定,但在新版JGJ130-2011中,不仅要求钢梁不小于16",还要求“型钢悬挑梁宜采用双轴对称截面的型钢”,与上述分析是一致的。

2、连墙件
    连墙件是将脚手架与建筑结构连在一起的构件(如图i所示),通常采用短钢管,用扣件固定。连墙件的作用不仅仅是协助脚手架抵抗风荷载,更重要的是维持脚手架的整体稳定。国内外的脚手架倒塌事故,几乎都是连墙件不足或拆除不当引起的脚手架整体失稳。脚手架整体失稳破坏时,脚手架框架呈现出大波鼓曲现象,如图4。鼓曲波长一般大于脚手架步距,与连墙件间距有关。
    脚手架还有局部失稳破坏的可能,立杆在步距之间发生小波鼓曲,鼓曲波长接近步距,内外立杆的鼓曲方向可以一致,也可以不一致。

般立杆局部失稳破坏荷载大于整体失稳破坏荷载,因此,脚手架仅发生整体失稳破坏。只有在布置、荷载不均匀的情况下,整体、局部失稳破坏的情况均可能发生。
    通常脚手架都是均匀布置的,因此《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》只对脚手架整体失稳进行计算。具体反映在轴心受压构件整体稳定系数小中,也就是JGJ130-20115.2.6条中,可以参阅相关规范,本文对此不再赘述。
    可见,脚手架的均匀布置、连墙件的合理设置是十分重要的,这不仅是构造要求,还是准确计算脚手架的前提条件。实际工程中,施工单位一般只将连墙件视为抗风力构件,对其稳固脚手架的作用认识不足,有时仅按风力计算,设置偏少。实际上,脚手架的连墙件有维持脚手架稳定和抵抗风力的双重作用,且用料少,布置上可采取宁多勿少的原则。通常根据建筑高度,采用逐层双跨或逐层单跨的布置方法。

3、剪刀撑和横向斜撑
    剪刀撑和横向斜撑的作用是增加脚手架的抗侧刚度,提高脚手架的整体性(见图s>o
    设置剪刀撑和横向斜撑后,脚手架框架就由平行四边形变成了稳定的三角形。剪刀撑和横向斜撑对加强脚手架的整体稳定性、防止重大安全事故的发生有重要作用。
    脚手架的纵向长度一般比较大,横距很小,一般仅0.8m,因此脚手架的横向刚度远远小于纵向刚度。高层建筑一般均要设置人货电梯,人货电梯的接料平台必须与脚手架断开,脚手架就变成了开口架,更加不利。因此,开口处必须设置连续横向斜撑,开口处连墙件也必须逐层设置,提高脚手架的横向整体性和横向刚度。
    剪刀撑和横向斜撑是辅助构件,不参与脚手架计算,容易被施工单位忽略、漏设,但剪刀撑和横向斜撑的作用重大,必须设置。


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