脚手架、支架工程安全的设计计算和施工管理要点(6)

作者:杜荣军
单位:北京中建建筑科学技术研究院
摘要:<正>9其他设计计算9.1连墙件和抗倾覆验算9.1.1外脚手架、防护架的连墙件验算1)连墙杆件的轴力设计值Nt应按下式计算:Nl=Ntw+N0(43)Ntw=1.4wKAw(44)式中:Ntw为风荷载产生的连墙件轴力设计值(k N);wK为风荷载标准值(k N/m2),应按相应情况的公式计算;Aw为单个连墙件控制的架体最大迎风面积;
作者简介:杜荣军,高级工程师;

 

9 其他设计计算

9.1 连墙件和抗倾覆验算

9.1.1 外脚手架、防护架的连墙件验算

1)连墙杆件的轴力设计值Nt应按下式计算:

 

式中:Ntw为风荷载产生的连墙件轴力设计值(k N);wK为风荷载标准值(k N/m2),应按相应情况的公式计算;Aw为单个连墙件控制的架体最大迎风面积;N0为连墙件约束架体(立杆)失稳变形产生的轴力。双排架取3k N,单排架取2k N。

2)连墙杆件的稳定性应按下式验算:

 

式中:A为连墙杆的截面积(m2);φ为连墙杆的稳定系数,应按 查表得到,μl为连墙杆的计算长度系数,当为扣件钢管且验算段长l≤1.0m时取1.4,验算段长l>1.0m时取1.6,i为连墙杆的截面回转半径(mm)。

3)连墙杆扣件的抗滑承载力应按下式验算:

 

式中:Rc为直角扣件的抗滑力设计值,单扣件取8k N,双扣件取12k N。

9.1.2 确保脚手架、支架设置与工作状态稳定的抗倾覆验算

1)抗倾覆验算应按工程设置期间存在可能发生倾覆的危险性确定验算式,并符合以下要求:①应按可能出现倾覆危险性的安装、升降、使用、移动、调整改装和拆除工况的时段及其参数和环境条件,确定验算的部位与参数取值;②应仔细研究可能出现的倾覆状态及其平衡(侧转、翻转)轴或平衡(倾覆)支点;③应按平衡轴或倾覆支点计算倾覆力矩的设计值Mov(k N·m)和防倾力矩的设计值Mrv

2)抗倾覆要求应按下式验算:

 

式中:kov为抗倾覆保障系数,可取用表38所示建议值。

表3 8 kov的建议值Table 38 Recommended value of kov   

表3 8 kov的建议值Table 38 Recommended value of kov

表38中倾覆危险性级别:A表示有出现倾覆的一定危险性,或者Mrv与Mov间会有较为不利的变化(实际值较设计值,以下同);B表示出现倾覆的显著危险性,或者Mrv与Mov间会有显著的不利变化;C表示出现倾覆的较大危险性,或者Mrv与Mov间会有难以预控的不利变化。

3)当按风情预报进行抗倾覆验算和加固时,应按不低于预报最大风级进行验算,并相应采取减少风荷载作用、加强构架刚度、增设分传措施和增设压重等适合措施。

4)当有以下情况时,可不进行架体的抗倾覆验算:①架体与既有建筑工程结构可靠连接或附着,不会出现倾覆状态;②架体与承传载构造在其荷载作用下并无显著的倾覆作用存在;③在架体施工和设置期间不会出现危险风情及其他突发的倾覆作用。

9.2 悬挑和悬(跨)空架体计算

9.2.1 悬挑(挑扩)和悬(跨)空脚手架、支架的构架设计和验算

方案设计应符合使用架种的构架能力与悬挑悬空段荷载的承传要求,应按以下要求确定承传构造,绘制计算简图和验算。

1)符合悬挑和悬空段荷载向两侧落地架或墙体结构传递的实际情况并为其中可能出现的最不利承传模式。

2)水平力(含斜向力)的传递路线明确、连续,终端的支撑体(结构、墙体、楼地面)承载可靠。

3)采用桁梁架-落地架的悬挑(空)构架模式(见图17)时,其荷载承传构造和验算应符合以下要求:①桁架梁的结构应较为正规,其两端应全部覆盖住其下落地架。采用插销架组装时,无节点杆位的应设斜杆或剪刀撑可采用扣件钢管设置,其连接点和主节点的距离应符合标准规定或设计要求;②落地架的构架刚度和承载能力应满足要求。当无连墙拉结时,其高宽比应≤6、架宽应≥2跨;③落地架的立杆轴力N,应取以下两式中的大值用于验算:

 

式中:N0为落地架立杆由其自重及其上荷载引起的轴力(k N);Ntmax,Nsmax分别为悬挑段、悬空段架体自重及其上荷载传给落地架立杆的最大附加轴力设计值;ηts分别为悬挑段、悬空段荷载对落地架验算立杆的分配系数,可按表39采用;pt,ps分别为悬挑段、悬空段荷载(含架体自重)的设计值(k N/m2);la为悬挑、悬空架体的立杆纵距;Bt,Bs分别为悬挑、悬空架体跨度。

图1 7 桁梁架-落地架构造模式简图Fig.17 Tectonic model of bridge and landing frame

图1 7 桁梁架-落地架构造模式简图Fig.17 Tectonic model of bridge and landing frame

 

表3 9 分配系数nt,nsTable 39 Partition coefficient nt,ns   

表3 9 分配系数nt,nsTable 39 Partition coefficient nt,ns

注:n为落地架横向(B)的立杆排数

4)当桁架梁的节点荷载和斜杆内力较大时,应相应进行节点和斜杆验算。不满足时,应采取加固措施。

5)落地架立杆的稳定性应按8.1节的要求验算。

9.2.2 附壁悬挑和悬空架体(见图10)的荷载承传构造设计和验算

1)应按承传悬挑、悬空架段荷载(含所生水平力)的安全工作要求,相应采取斜支-斜拉或斜支-平拉的荷载承传方式。

2)悬挑、悬空架段和靠墙架均应形成稳定构架。

3)扣件钢管斜杆与其相交的架体杆件均应以旋转扣件连接且拧紧力矩确保达到≥40N·m(使用扭力扳手)。

4)斜撑杆的配置数n(一侧)可按下式计算,但不得少于每排构架(计算受力平面)1根,且斜杆稳定性应验算合格:

 

式中:Ba为悬挑(空)架段的纵向(la向,即出平面)宽度(m);2和6分别为安全系数和旋转扣件的抗滑力设计值(k N)。

5)扣件钢管斜杆的稳定性验算可采用相应扣件架体的μ值。

9.2.3 型钢荷载承传构造或构件的设计和验算

1)其设计要求应执行现行普钢标准GB50017—2014或薄钢标准GB50018—2002的规定。

2)对于危险性较大的脚手架、支架工程的型钢构件,宜采用以下设计通式:

 

式中:S,R分别为按现行普钢、薄钢标准确定的作用效应和结构抗力的设计值;γ'R为脚手架、支架工程的材料抗力调整系数;r'm按表4采用。

9.3 设置地基及其他所需的计(验)算

9.3.1 脚手架、支架的设置地基验算

9.3.1. 1 当在原有和已达混凝土强度设计值的楼屋盖上设置(含结构施工的多层连支)时,应按以下要求确定其下是否设置支撑

1)当脚手架、支架立杆的轴力设计值Ni≤1.35Sifsk(Si为立杆承载面积,fsk为楼盖设计使用荷载的标准值)时,可不设其下支撑。

2)当Ni>1.35 Sifsk且≤1.65 Sifsk时,应按结构施工图设计人员的意见确定是否设置。

3)当Ni>1.65 Sifsk时,应在其下设置。

9.3.1. 2 在土质地面(含原状土、回填土和加固处理地基)时,应按下式验算其地基承载力,并应注意以下事项

 

式中:p为立杆作用于地基上的平均应力设计值(N/mm2);N为立杆的轴力设计值(N);Ag为立杆地基的计算面积(mm2),可按本条1)计算或取值;fg为地基承载力设计值(N/mm2),应按下式计算:

 

式中:fak为土质地基承载力特征值,应按《建筑地基基础设计规范》GB50007—2011的规定确定或采用地质勘察报告提供值;kc为地基承载力调整系数,按表40采用。

表4 0 地基承载力调整系数kcTable 40 Foundation bearing capacity adjustment coefficient kc   

表4 0 地基承载力调整系数kcTable 40 Foundation bearing capacity adjustment coefficient kc

1)立杆地基承载面积Ag的取值应符合以下要求:①当立杆设于厚度≥40mm的木垫板上时,Ag可按以下公式计算。

立杆设固定或可调底座:

 

立杆不设固定或可调底座:

 

式中:a为木垫板宽度(m);b为垫板计算长度,当同一垫板上相邻立杆间距l≤1.0m时取b=l,当l>1.0m时取b=1.0m。②当立杆设于厚度≥80mm的混凝土垫块(板)上时,取Ag=1.5 Ac,Ac为垫块的底面积(m2)。

2)当难以确定Ag取值而立杆荷载较大且有沉降要求时,应请勘察单位专家确定。

9.3.2 应按以下要求确定和进行其他所需项目的计(验)算工作

9.3.2. 1 其他计(验)算项目确定

1)确保杆件、连接件和节点处于弹性工作阶段(按其额定或正常使用荷载验算)的需要。

2)确保其不会先于其他部位或验算要求出现危险和破坏的需要。

3)确保不会出现变形超限或工作状态改变的需要。

4)编制安全限控规定的指标和要求的需要。

5)专项试验、工程实测和专题研究分析工作的需要。

6)事故分析和鉴定工作的需要。

9.3.2. 2 其他计(验)算工作的要求与涉及项目

1)确保承载或工作安全的涉及项目①节点和立杆对接接头;②固定和可调支座、附着支座和吊、挂支座;③锚固件、插销和螺栓;④支座处及其他部位的混凝土局部承压;⑤吊拉钢丝绳、缆绳和地锚;⑥安装卸载点、校正点和临时支撑(承)点;⑦专设水平荷载、风荷载承传构造(件);⑧其他。

2)变形控制的涉及项目①节点连接件;②起拱和挠度控制要求;③地基和架体沉降变形控制;④倾斜结构受压斜杆底支点的沉降控制;⑤超高和多层组合架体的沉降控制;⑥其他。

3)对比分析的涉及项目①设计和计算值与试验和工程实测值的对比;②方案选择相应数据的对比;③考核和研究项目的数据对比;④其他。

9.3.2. 3 承载安全验算满足以下通式要求:

 

 

式中:S为验算项目的计算值(设计值或标准值);[R]为验算项目的额定值或限定值;Rsy为验算项目的实测值(极限/临界状态);ks为安全系数。其值当按承载安全要求时,可取1.25~1.35;当按弹性工作要求时,可取1.4~1.5。


 

 

参考文献[1]杜荣军.脚手架结构的稳定承载能力[J].施工技术,2001,30(4):1-5.

[2]杜荣军.扣件架的设计安全度和施工安全管理[J].施工技术,2003,32(2):9-12.

[3]杜荣军.科学规范脚手架结构施工支架的设计和计算规定[J].施工技术,2010,39(1):120-124.

Key Points of Design Calculation and Construction Management of Scaffolding and Supports(6)
Du Rongjun
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