建筑施工脚手架计算的风荷载取值及对扣件式钢管架连墙件影响分析

1、1引言自2001年6月1日起施行的建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2001和自2000年12月1日起施行的建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范(JGJ128-2000,关于风荷载的取值均是以建筑结构荷载规范(GBJ9-87作为依据。但在不久,建筑结构荷载规范(GB50009-2001即颁布,并从2002年3月1日施行,明令建筑结构荷载规范(GBJ9-87于2002年12月31日废止。几年过去了,行业内对脚手架计算的风压取值仍未有新的统一规定。一些关于脚手架安全技术的专著及计算软件,工程施工中关于脚手架专项施工方案的编制、审批,施工安全的监督、管理等多个方面和环节中,仍有部分行

2、内人仕对满挂密目网后风荷载影响下脚手架安全使用问题认识不甚清楚。自2009年7月1日起施行的建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范(JGJ166-2008与2010年9建筑施工脚手架计算的风荷载取值及对扣件式钢管架连墙件影响分析和措施建议姬德兴(深圳市施工安全监督站,深圳519041摘要:建筑结构荷载规范(GB50009-2001从2002年3月1日起施行,此前已施行的扣件式和门式钢管脚手架安全技术规范风荷载取值依据已废止的建筑结构荷载规程(GBJ9-87,且未考虑脚手架外侧满封密目式安全立网的情况;近期实施的碗扣式和工具式脚手架安全技术规范虽依据建筑结构荷载规范(GB50009-2001,但对风荷

3、载的取值规定也不一致。脚手架满封密目网,极大改善了现场文明施工及安全防护环境,也大大提高了风荷载对脚手架安全使用的不利作用,尤其是对架体连墙件安全可靠性提出了更高要求,但行内部分人仕对此至今似未有清楚意识,致长期存在普遍安全隐患。作者以扣件式钢管脚手架及其在深圳市的应用情况为例进行分析,提出风压统一取值建议和风荷载体型系数修改建议,以及扣件钢管连墙件存在的普遍问题与改进措施意见。关键词:施工;建筑结构;风荷载;架体连墙件中图分类号:TU731文献标识码:B文章编号:1674-2133(201101-14-06The value of wind load and its influences t

4、o the Buckle-type steel tubular scaffolding of the constructionJI De-xing(Shenzhen Construction Safety Inspection Station,Shenzhen 519041,ChinaAbstract:TheLoad Code for the design of building structures(GB50009-2001becomes effective from M arch 1,2002,before this ,the technical specification of wind

5、 load value of Buckle-type and Steel Pipe scaffolding executed the repealedLoad Code for the design of building structures(GBJ9-87,and had not considered that the security set net;although the safety procedures bowl-buckle and tool scaffold according to the Load Code for the design of building struc

6、tures(GB50009-2001,The value of wind load are also inconsistent.The close net of scaffold,improved scene civilization and safety protection environment,also greatly increased the safety of the wind load to the scaffolding,Especially set a higher safety request to the Neighbor,Howeve,some parties hav

7、e no clear sense of this,There is general security risks caused by long-term.The author take Buckle-type tubular scaffolding and its application in Shenzhen as the examplem,Proposed a unified suggestion of the air pressure and the wind load shape coefficient,As well as the common problems and improv

8、ement measures of the Buckle-type tubular pieces.Keywords:construction ;building structure ;wind loading ;frame diaphram wall建筑监督检测与造价Supervision Test and Cost of Construction 第4卷第1期2011年1月14月1日起施行的建筑施工工具式脚手架安全技术规范(JGJ202-2010虽以规范(GB50009-2001为依据,但取值规定却不相同。使有关脚手架风荷载计算在工程项目管理的各层面存在混乱现象。在此依扣件式钢管脚手架为例,

9、结合深圳情况提出笔者的见解。2关于风荷载取值规范(JGJ130-2001第4.2.3条规定:作用于脚手架上水平风荷载标准值,计算公式为:k=0.72s0式中:k-风荷载标准值(kN/m2;2-风压高度变化系数,按已废止的国家标准建筑结构荷载规范(GBJ9-87规定采用;s-风荷载体型系数,按该规范表4.2.4的规定采用;0-基本风压(kN/m2,按已废止的国家标准建筑结构荷载规范(GBJ9-87规定采用。规范(JGJ128-2000、(JGJ162-2008中相应计算公式与之相同,规范(JGJ202-2010有所不同。按现行荷载规范并结合深圳实际,切实执行该条规定,本人以为有以下4个方面的问题

10、需予以阐述。2.1基本风压0的取值规范(GB50009-2001规定,基本风压按50年重现期确定。依照其规定,深圳市基本风压值应为=0.75kN/m2。规范(JGJ130-2001和规范(JGJ128-2000中要求遵守的规范(GBJ9-87,按重现期为30年确定的深圳市基本风压值=0. 70kN/m2,已从2003年元月1日起不再适用。规范(JGJ130-2001条文说明中对风压取值解释为,对基本风压值乘以0.7修正系数的根据是,规范(GBJ9-87的基本风压是按重现期为30年确定的,而脚手架使用期较短,一般为25年,遇到强劲风的概率相对要少得多,0.7是参考英国脚手架标准(BS5973-1

11、981计算确定。由于我国风荷载研究成果的积累,规范(GB50009-2001中已经给出了全国各城市重现期为10年、50年、100年的风压值(深圳市分别为0.45、0.75、0.90kN/m2,并明确其它重现期R的相应值可按下式确定:R=10+(100-10(l n Rl n10-1(1本人以为:脚手架属工程施工重要临时结构设施,在高层、超高层建筑施工中对施工安全的作用十分显著,且所应用的材料、搭设、使用中规范化程度相对较低。再加以近年海啸、飓风频繁,建议各类脚手架计算标准值均应取规范(GB50009-2001重现期为10年的风压值为宜。故作用于各类脚手架上的水平风荷载标准值计算公式可统一为:k

12、=2s010(2规范(JGJ166-2008沿用了规范(JGJ130-2001中相应计算公式,但基本风压依50年重现期取值,乘以0.7修正系数后在深圳市为0.525kN/m2,本人以为,取值偏大;因为按公式(1计算深圳市5年重现期风压值为0.32kN/m2,其风力已经相当于12级(台风,此时所有工地已进入应急、停工状态,脚手架上不再有施工活动。采用规范(GB5009-2001中重现期为10年的风压值,不仅从脚手架的安全使用及经济技术指标全面考量已属偏于安全的适当取值,而且与规范(JGJ130-2001中依据(GBJ9-87采用的0.70值相比也差别不大,使用却更为方便直接,免去了其它重现期R

13、的再次换算。举深圳市为例两者误差如下:(10-0.700.70100%=-8.2%,其它城市除香港、澳门等少数城市差别较大外,较多城市差别均在5%以内。该观点也与规范(JGJ202-2010中的最新规定相吻合。姬德兴:建筑施工脚手架计算的风荷载取值及对扣件式钢管架连墙件影响分析和措施建议2011 No.1152.2风压高度变化系数z 的取值应按规范(GB50009-2001的规定,在脚手架专项方案编制时,针对架体搭设高度和地面粗糙度类别选取相应计算高度处的z 值。例如,整体稳定性核算一般应取该段架体的底步架处,连墙件核算一般应取该段架体的最高处。2.3风荷载体型系数s 的取值。(1规范(JGJ

14、130-2001第4.2.4条规定:脚手架风荷载体型系数s ,应按(表1的规定采用。依规范(JGJ130-2001条文说明:1.2为节点面积增大系数。本人以为:依实际情况,节点扣件等面积增大甚微,且规范在挡风面积计算中也未扣减架体杆件节点的交叉重叠面积。因此,1.2倍的节点面积增大系数可忽略不计。依条文说明并对附录A-3核算,其挡风面积未计架体外侧防护栏杆与挡脚板面积。以目前架体外侧密目网满封后通常每步架仅设一道防护栏杆,普遍不再设挡脚板(此作法虽与建筑施工高处作业安全技术规范(JGJ80-91中临边防护的规定不完全相符,但为行内认可,则架体一步一跨时挡风面积计算公式应为:A n =(2l a

15、 +h+0.325l a hd (3式中:h 为脚手架步距,l a 为立杆纵距,d 为所用钢管外径。(2挡风系数值的计算深圳市外脚手架的基本状况为:依规范(JGJ130-2001的要求采用覬483.5钢管与配套扣件搭设成双排脚手架,每步架高h=1.8m ,外侧用密目网全封闭。架体钢管、扣件的挡风系数架:考虑一步架设一道防护栏杆及忽略不计节点面积增大系数1.2,按公式(3计算后对规范附录A-3进行修改得表2。结果比附录A-3取值略大。密目网的挡风系数网:依据建筑施工安全检查标准(JGJ59-99 实施指南的规定,用在外脚手架上的密目式安全网其网目密度应不小于每100cm 22000目。规范(JG

16、J202-2010最新规定其荷载取值为0.005kN/m 2,挡风系数为0.8。则脚手架架体在密目网全封闭时的挡风系数计算公式应为:=架+网-架网(4(3s 的取值:按公式(4计算步距、密目网全封闭时,双排扣件式钢管架的风荷载体型系数s 值见表3。以上分析计算,可供脚手架专项方案编制时和规范(JGJ130-2001修订时参考。2.4规范(JGJ130-2001执行中发现的个别需研讨之处及深圳市现状概述由于(GB50009-2001的实行和要求脚手架外侧满挂密目网,(JGJ130-2001中的部分内容已不合时宜,需要加强研究分析,做出新的规定。这对近几年来高层、超高层建筑越来越多且施工中较多应用

17、扣件式钢管架的情况,逾显重要和迫切。在长期施工安全监督检查中发现,较多工程项目,在所选用的脚手架施工方案计算书中,对架体外侧满封密目网时的风荷载影响考虑不足,使得架建筑监督检测与造价第4卷第1期16 体搭设高度的核算与连墙件的设计存在严重偏差,形成安全隐患,近几年因台风影响已发生多起事故。深圳市地处我国南海边,有约230km 的海岸线,年年遭遇台风袭击,基本风压值为0.75kN/m 2,是全国基本风压较大的地区之一,在架体外侧用密目网全封闭后受力不利影响显著。在进行架体计算时,必须高度重视风荷载的不利影响,切实进行相关设计计算,施工现场落实相应安全措施。3关于连墙件的计算设计3.1连墙件的受力

18、计算3.1.1迎风面积A 的取值:深圳市对脚手架架体的连墙件设置要求按规范(JGJ130-2001中最小间距两步三跨。即:A =3l a 2h 其值见表4。3.1.2风荷载产生的连墙杆轴向力N lw 取值:以规范(JGJ130-2001第5.2.4条规定,按本文前述观点,针对背靠建筑物为敞开、框架的情况。当l a =1.5m :N l =1.4k A =1.4z s 10A =1.4z 1.06630.4516.2=10.8827z 当l a =1.2m :N l =1.4z 1.06830.4512.96=8.7225z 当l a =1.8m :N l =1.4z 1.06480.4519.

19、44=13.0408z 当l a =2.0m :N l =1.4z 1.06420.4521.6=14.4816z 风荷载作用下连墙件轴向力值见表5-8。3.2连墙件的设计姬德兴:建筑施工脚手架计算的风荷载取值及对扣件式钢管架连墙件影响分析和措施建议2011 No.11718建筑监督检测与造价第4卷第1期 2011 No.1 姬德兴： 建筑施工脚手架计算的风荷载取值及对扣件式钢管架连墙件影响分析和措施建议 19 3.2.1 连墙件的受力分析 从以上计算统计列表可看出，依两步三跨基础 理。 （） 沿高度方向，仅在钢筋混凝土结构楼板处 2 设置，未按架体两步高的位置设置，大量连墙件与架 体主节点中

20、心距离30cm，使连墙作用大打折扣。 （） 不依两步三跨设置，间距过大；高层、超 3 高层建筑或遇风荷载较大的其它情况，未加密设置。 （） H24m 时，有柔性连接现象。 4 （） 不从第一步架开始设置，造成底步架 5 （架体 立杆受力最大部位 立杆作为压杆的计算长度过大。 ） 3.2.4 推荐的连墙件构造型式： （） 采用在建筑结构楼层预埋 覬48 短钢管连墙 1 时，将连墙的 覬48 水平钢管延长连接内外立杆或水 平杆，受力核算应依据施工方案计算结果选用双扣 件或多扣件一起卡牢顶紧，共同承载。必要时应验 算由连墙杆带来的预埋钢管同时抵抗弯矩剪力的共 同作用及建筑结构混凝土的局部抗压强度。

21、这种作法的优点是可使用目前脚手架的常用扣 件以满足承载力要求，但缺点是一个连墙节点在荷 载较大时需设较多扣件才能满足要求。例如一个节点 需双扣件同时作用才能满足受拉要求时，那么满足受 压要求所需扣件数量也相同，即该节点的连墙杆处需 有三个扣件；同理需三扣件同时作用时，该节点需五 个扣件；需四扣件同时作用时，该节点需七个扣件。 这对一栋摩天大楼施工以及众多的施工现场来说，就 产生了一个普遍问题。为解决该问题，在此建议相关 的扣件生产厂家，应即时研发、生产具有较大承载能 力的专用扣件，以满足施工现场大量脚手架连墙件的 需求。当施工现场架体内侧与建筑物间距离较大时， 建议采用以下的连墙构造型式。 （） 本人设想在钢管一端焊专用扣件 （ 2 希望厂 家专门制造 ），建筑结构上预设连墙用钢管相配合 的工具式连墙拉结型式。如图 1。 （） 符合规范要求的其它型式。 3 上计算，在未考虑约束脚手架平面外变形所产生的 轴力 （ o：单排架 3kN，双排架 5kN 情况下，连 N ） 墙杆受力普遍大于 （ JGJ130- 2001 规定的 1 个扣 ） 件抗滑承载力设计值 8kN。但目前在建筑施工脚手 架连墙中，一个连墙点仅靠一个扣件受力的问题， 普遍存在，安全隐患严重，必须引起应有的重视。 在此强调，脚手架连墙件应在按两步三跨设置 的基础上，高层、超高层