扣件式钢管脚手架扫地杆与设计

扣件式钢管脚手架与高支模架设计与构造,卓新,姚光恒（浙江大学土木工程学系）（浙江省建筑业管理局）,我国因脚手架问题造成的人身伤亡事故在所有工程施工伤亡事故中所占的比例非常高(50以上)，是群死群伤工程事故的高发地。规范中对脚手架设计有系统的计算方法及计算公式，采用这些计算方法及其公式的前提是结构构造及所有脚手架材料质量应符合规范规定的要求。而现实情况是工程施工实际情况往往与规定的要求有出入，所以，应根据工程实际情况进行设计，而不能盲目套用公式和规范所提供的参数。针对施工实际工况的正确的脚手架设计是防患于未然的重要保障措施之一，施工设计不当会引起计算结果的很大误差，导致对脚手架结构安全性的错误估计，最终带来施工安全隐患。,工程事故,2002年7月25日5时10分，浙江大学新校区“学生活动中心”工地支模架倒塌，死亡4人，伤20人。2003年2月18日19时45分，UT斯达康公司“杭州研发生产中心”工地支模架倒塌，死亡13人，伤16人。2003年3月12日12时20分，宁波雅戈尔针织服装有限公司“成衣车间”工地支模架倒塌，死亡2人，伤7人。,2002年5月6日17时湖南永州某加油站结构雨棚支模架整体倒塌分别造成死亡7人重伤10人。2002年9月13日广州新机场高速公路广花路段的高架桥工地19m高的支撑架突然倒塌，导致正在施工的工人2死2伤。2002年12月14日下午，福建省南安市英都镇一座在建拱桥的施工脚手架突然倒塌，造成7人死亡、13人受伤。2004年5月12日上午9点，河南安阳彩色显像管玻壳有限公司工地75m高烟囱施工井架倒塌，死亡21人，伤9人。2004年9月1日江苏商业管理干部学院现代化教育中心工地屋面支模架突然坍塌，死5人伤17人。,这些支模架倒塌重大事故令人触目惊心，不仅给国家和人民生命财产造成重大损失，也给企业造成巨大的信誉和经济损失。造成这些事故的原因是多方面的，脚手架材料质量不合格、施工安装不规范等都可能引发事故，但一些施工单位在脚手架搭设前没有进行设计或未能正确地设计，仅凭自己以往的经验来制定脚手架施工方案也是重要原因之一。现代建筑的高度、跨度在不断增加，结构形态和结构形式也越来越多样化，这给施工技术带来越来越大的挑战，对传统的扣件式脚手架的安全可靠性也提出了新的课题与挑战。这些问题是不能回避的，否则，悲剧还会重演。,第一部分脚手架构造问题讨论,由材料力学的欧拉理论可推导出压杆稳定公式：（1）其中压杆有效长度l0=L，值取决于压杆的端部条件。令在压杆的长度与材料截面确定的情况下，A为常数，则（1）式可写成：（2）,P,P,P,P,P,表1值的大小与压杆端部条件的关系,图1无扫地杆脚手架及简化计算过程图,无扫地杆支模架,图2带扫地杆脚手架及简化计算过程图,有扫地杆脚手架,从严格意义上讲，扣件式钢管脚手架节点的实际工况是一种半刚半铰节点，为了计算方便和便于对比分析，假定：除扫地杆连接节点以外的节点具有良好抗弯性能；扫地杆的连接节点为铰节点。则：有扫地杆脚手架的力学计算模型与表1（2）类型最为接近，针对其实际工况的计算简图如图2（c）所示；无扫地杆脚手架的底层立杆接地处只有垂直方向的一个自由度受到约束，而在水平面内只有钢管与地面的摩擦约束，故针对其实际工况的力学模型计算简图见图1（c），故值的大小是表1（2）和表1（5）类型的之间的一个数值，当地面与钢管的摩擦力足够大使钢管在地面不能移动时，0.7；而当地面足够光滑时，2.0。实际工程中的值应在0.7和2.0之间。,假设某工程中脚手架的值取0.7与2.0的中间值，即1.35，令Pe(1)为无扫地杆的底层立杆有效极限承载力，Pe(2)为有扫地杆的底层立杆有效极限承载力，由公式（2）可得即Pe(1)0.27Pe(2),计算结果讨论,（1）底层立杆的稳定性将在很大程度上决定了整个脚手架的稳定性。（2）无扫地杆的立杆有效极限承载力大大小于有扫地杆的立杆。无扫地杆的立杆有效极限承载力并不精确地等于有扫地杆的立杆有效极限承载力的0.27倍，的取值应根据工程实际情况而定。可以明确的是，无扫地杆脚手架相比较有扫地杆脚手架来说，其承载能力将大幅度下降。,（3）对脚手架立柱的设计计算应采用规范提供的公式进行计算，但其前提条件是脚手架中全面布置有纵、横向扫地杆。无扫地杆的脚手架不能采用规范中的计算公式进行计算，否则，其计算结果是错误的和不安全的。(4)国家规范建筑施工安全检查标准JGJ5999对扫地杆的作用强调不够，亦没有把该内容列入落地式外脚手架检查评分标准中。建议在新规范修订时把脚手架、支模架扫地杆的内容列入到检查评分标准中。,注意适用范围1.483.5钢管2.敞开式脚手架,第三部分高层建筑脚手架与高支撑架的设计（JGJ130-2001）,一、脚手架组成材料,1.扣件（直角、对接、旋转）2.杆件（483.5、513.0；483.4、483.3、483.2、483.1、483.0）脚手架、支模架结构（临时）,二、荷载的传递,1.脚手架（落地式、悬挑式）：(a)竖向荷载脚手板纵向水平杆(大横杆)横向水平杆(小横杆)扣件立杆地基(型钢、钢丝绳、吊环、接地螺栓、焊缝)(b)水平荷载连墙杆扣件(钢筋、焊缝)2.高支撑架：梁和楼板分别设计(a)竖向荷载底模木楞横向水平杆扣件立杆楼板(地基)(b)水平荷载侧模木楞钢管对拉螺栓与扣件,3.现浇剪力墙和大梁水平荷载侧模木楞钢管对拉螺栓与扣件,4.现浇柱水平荷载侧模木楞柱箍,三跨连续梁：静荷载,弯矩图,剪力图,变形图,q1,1.1(36.7%),0.4(13.3%),0.4(13.3%),1.1(36.7%),三跨连续梁：动荷载工况1,q2,q2,弯矩图,剪力图,变形图,0.5