对《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》及理解与应用.doc

对《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》的理解与应用《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001（以下简称《扣件架规范》）自2001年颁布以来，对施工扣件式钢管脚手架的设计计算、构造要求和搭拆等方面起了良好的规范作用，有效地减少了安全事故的发生，在实际应用中，施工技术人员对规范中一些规定的由来不清楚，对一些条文误解误用；另外，规范中有些条文确有值得争议、探讨、甚至修改之处，本文就《扣件架规范》外脚手架和模板支架的几个问题谈谈笔者的理解和看法一、水平风荷载标准值的计算《扣件架规范》第规定：作用于脚手架的水平风荷载标准值Wk＝0.7μz·μs·Wo，式中基本风压Wo是根据《建筑结构荷载规范》（GBJ9-87）重现期为30年（即30年一遇）确定的，系数0.7是按脚手架使用期限为5年确定的对基本风压Wo（重现期为30年）的折减系数，现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D-4给出的是重现期为10年、50年和100年的基本风压重现期30年的基本风压需换算确定《工程结构荷载与可靠度设计原理》（第二版）给出了我国不同重现期风压与50年重现期风压的比值，见下表1 不同重现期风压与50年重现期风压的比值 表1重现期To（年）100503020105310.5μ1.1141.000.9160.8490.7340.6190.5350.3530.239从表1可得重现期5年与30年的风压比值为0.619/0.916＝0.675≈0.7，故规范采用了折减系数0.7。

GB50009-2001规定基本风压按50年一遇的风压采用，从表1知脚手架使用期限为5年的风压折减系数为0.619，偏安全地取0.65，于是对于重现期为50年的基本风压值Wo，作用于脚手架上的水平风荷载标准值Wk＝0.65μz·μs·Wo，如果仍采用Wk＝0.7μz·μs·Wo，将使Wk值偏大二、连墙件计算1、连墙件轴向力设计值的计算《扣件架规范》第5.4.1规定：连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+No，其中Nlw是由风荷载产生的连墙件轴向力设计值，No是连墙件约束脚手架横向平面内变形所产生的轴向力，双排架取5KN对于No＝5KN，该条文说明解释如下：连墙件除受风荷载作用外，还受到以下两方面水平力的作用：①连墙件为保证脚手架横向整体稳定承受的屈曲剪力，连墙件为起到防止脚手架发生横向整体失稳的约束，必然会因阻止脚手架横向变形产生一个轴向力，即立杆的屈曲剪力②施工荷载偏心作用产生的水平力，脚手架的荷载作用实际上是偏离脚手架形心轴作用的，在偏心力作用下，脚手架承受倾覆力矩作用，此倾覆力矩由连墙件的水平反力即轴向力抵抗，该力与施工荷载偏心大小、连墙件竖向间距有关，由于对施工荷载偏心情况缺少调查统计资料，难以给出水平力数值。

将上面屈曲剪力和施工荷载偏心作用产生的水平力合在一起暂取为No＝5KN根据钢结构稳定理论，屈曲剪力可取压杆稳定承载力的2％，步距h＝1.8m的常用脚手架的层曲剪力见下表2 连墙件承受的屈曲剪力 表2架宽lb（m）连墙件竖向间距连墙件承受的屈曲剪力（KN）1.052h3h2.211.741.302h3h1.951.641.552h3h1.851.52以上是《扣件架规范》条文说明，表2仅给出连墙件承受的屈曲剪力数据，而没有数据的推导过程现仅就lb＝1.05m，连墙件竖向间距2h、3h的连墙件承受的屈曲剪力进行计算：连墙件竖向间距2h时，μ＝1.5，lo＝1.155×1.5×1800＝3118.5，λ＝lo/i=3118.5/15.8＝197.37，φ＝0.184，一根立杆稳定承载力N＝φAf＝0.184×489×205＝18445.08N，一根连墙件承受的屈曲剪力Nc按6根立杆（二步三跨，三跨共6根立杆）计算，Nc＝18445.08×2％×6＝2213.4N＝2.21KN连墙件竖向间距3h时，μ＝1.7，lo＝1.155×1.7×1800＝3534.3，λ＝lo/i＝3531.3/15.8＝223.689，φ＝0.145，N＝φAf＝0.145×489×205＝14535.53N，Nc＝14535.53×2％×6＝1744.3N＝1.74KN。

表2中数据过大，现行《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第5.1.7重新规定了受压构件自由长度的支撑力，不再借用受压构件的偶然剪力，对于脚手架，“受压构件”是内、外立杆，“支撑力”是连墙件的轴向力（不再借用屈曲剪力取立杆稳定承载力的2％）GB50017-2003第5.1.7第3款：“被撑构件为多根柱组成的柱列，在柱高度中央附近设置一道支撑时，支撑力应按下式计算：Fbn＝”式中n为柱列中被撑柱的根数，ΣNi为被撑柱同时存在的轴心压力设计值之和对于双排脚手架，n＝2，ΣNi＝2N1（N1为一根立杆轴心压力设计值，支撑力Fbn＝1，连墙件水平间距为3跨，一根连墙件的轴向力Nc＝3Fbn＝3×0.0267N1＝0.08N1脚手架lb＝1.05，连墙件竖向间距2h时，Nc＝0.08×18445.08＝1476N＝1.476KN；连墙件竖向间距3h时，Nc＝0.08×14535.53＝1163N＝1.163KN表2中数值均大50％（）《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ128-2000）（以下简称《门架规范》）规定No＝3KN，建议《扣件架规范》下次修改时，对于双排脚手架取No＝3KN（对于单排脚手架可取No＝2KN）,避免连墙件构造过于复杂。

2、连墙件的强度和稳定性计算《扣件架规范》未给出具体计算公式，对于施工习惯采用的与预埋在梁板砼中的短钢管扣件连接的连墙件（连墙钢管），可借用《门架规范》：连墙件强度 δ＝ （1）连墙件稳定 δ＝ （2）Nt（Nc）＝Nw+3.0（KN）式中：An、A——连墙件的净截面积、毛截面积； Nt、Nc——风荷载及其他作用对连墙件的拉、压力设计值； Nw——风荷载作用于连墙件的拉（压）力设计值； φ——连墙件的稳定系数式（1）、（2）是将连墙件简化为轴心受力构件进行计算的表达式，由于扣件连接存在的偏心受力（偏心距e=53mm），所以在公式右端对强度设计值乘以0.85的折减系数，以考虑这一不利因素三、立杆长度附加系数k《扣件架规范》k取1.155，此值是将钢管抗力调整系数0.9r＇m（r＇m＝1.59，SQK、SGK分别为可变荷载与永久荷载的标准值的轴力和）近似取1.333后，将此系数的作用转化为对立杆计算长度的调整值，k取为1.155有些偏小，较合适的k值见下表3 立杆长度附加系数k 表3步距h（m）h≤0.90.9＜h≤1.21.2＜h≤1.51.5＜h≤2.0k1.2431.1851.1671.163表3中k值推算见《建筑施工手册》第四版。

现行《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（以下简称《荷载规范》）对《建筑结构荷载规范》（GBJ9-87）修订增加了由永久荷载效应控制的组合：S＝rGSGK +∑rQi.ψci.SQik按照《荷载规范》，脚手架效应（轴向力）如果由永久荷载效应控制，不组合风荷载时，N＝1.35NGK+1.4×0.7NGK，0.7为活荷载组合值系数，此时k值不能取1.155或表3数值，正确的方法是：不组合风荷载时，不论由永久荷载效应控制还是由可变荷载效应控制，效应均取N＝1.2NGK+1.4NGK，k取1.155（或表3数值），原因如下：脚手架结构采用的不是真正意义上的“概率极限状态设计法”概率极限状态设计法所涉及的作用效应和抗力值是以大量的统计数据为基础并经过概率分析后确定的，脚手架系暂设结构，在荷载和结构方面均缺乏系统积累的资料，不具备永久性结构那样的概率分析条件，脚手架结构可靠度采用了校核法：把有长期使用经验的容许应力法通过调整抗力值转换为现行结构规范采用的“概率极限状态设计法”这样便于利用它的计算方法和有关适合的数据《扣件架规范》脚手架强度和稳定计算分别相当于容许应力法中安全系数K≥1.5（强度）和K≥2.0（稳定）的要求，只是外表上穿的是“概率极限状态设计法”这件外套，其计算结果与容许应力法是等同的。

经校核，N＝1.2NGK+1.4NQK时，k取1.155（或表3数值）与容许应力法稳定安全系数K≥2是相当的；如果效应取N＝1.35NGK+1.4×0.7NQK，则k值需根据K≥2（稳定）校核确定，校核如下（为了便于比较，将两种不同效应校核数据有些一同列出）：1、关于0.9r＇m的取值（1）N＝1.35N GK+1.4×0.7NQK（以下称效应1）轴心压杆稳定的承载能力极限表达式：0.9（1.35N GK+1.4×0.7NQK）≤φ·A· （1）rm——钢管抗力分项系数，取1.165；r＇m——为使K≥2增设的结构抗力附加分项系数容许应力法的轴心压杆稳定承载能力极限表达式：NGK+NQK≤φ·A （2）k——安全系数，采用经验系数2联合式（1）（2）得 r＇m＝1.41（2）N＝1.2NGK+1.4NQK（以下称效应2）方法同样，可得r＇m＝1.590.9r＇m的理论值列表如下： 0.9r＇m的理论值 表4η0.20.40.60.81.01.21.41.61.8效应1：0.9r＇m1.3331.3801.4171.4481.4741.4951.5141.5301.544效应2：0.9r＇m1.3921.3651.3451.3301.3191.3101.3021.2951.2902、取0.9r＇m＝1.500，1.333时的安全系数K值表4是K＝2时对应于η的0.9 r＇m值，现求效应1、效应2的0.9 r＇m分别为1.500、1.333对应于η的K值效应1：比较式（1）、（2）可得0.9 r＇m＝ （3）设0.9 r＇m＝1.500时稳定安全系数为K，则1.500＝ （4）由式（3）、（4）得K＝×2同样，效应2：K＝，安全系数K值列于下表5。

安全系数K 表5η0.20.40.60.81.01.21.41.61.8效应1：K＝2.2512.1742.1172.0722.0352.0071.9821.9611.943效应2：K＝1.9151.9531.9822.0052.0212.0352.0482.0592.067效应1：0.9r＇m＝1.500时K在1.943～2.51之间，K＜2的点占33％，最大者低2.85％，即×100％＝2.85％；效应2：0.9r＇m＝1.333时K在1.915～2.067之间，K＜2的点占33％，最大者低4.25％，即×100％＝4.25％取0.9r＇m分别为1.500和1.333大体上满足K。