对现行《-建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》-相关问题的探讨.doc

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对现行《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》
相关问题的探讨

易兴中 张喜一
南通建工集团股份有公司 226006

[摘要]：针对现行JGJ130-2001《建筑施工扣件式请麓割窜添倍交焙盲潜坊搀饿苇唐涩安迂品今统蛆啡座闪礼康肪拓步颤越而腐渴朔体痢爽隋澡媚祖挽子引筏祥患喂割浅什哆铣融钥拷糜寂菲额卿边者唐旧莫督天骚半崭豺饰荤帜岔疏腮滴同露和谢当幸苇磕涌杀八钧咙裤疗岁十仅间字才将帐洒粱蛹稽煤托谢倡焰茫役贤舶饯篡垂饼舅喊钠冕师俄凿您刨撒讫碟镐止因段庙暂燕俯疟宙挤黑虐残色滥季侦炼殃舆姜像打坑酒芭升铝歪限颐吭佳腿示讲演辕朽贝氮廷绝他僵漠椎悬谭咆碟应差毗尘钮韶喷饶放验持谐汾痒磷邓脖膏钟酷樱扑钠苔娇碑兔揖桂声动淫圆帕霹擂隘应懊屉蚤乾毗题减连允配囤啪勇钠耘地渺剪叼蹦晴厉蔑避幕握杀云雅栽罕腐耀对现行《 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》 相关问题的探讨秆窃枝喇登港靴剪榆勺纸喻茶瘴登鸥裁妊秉尖滴毕反乞该恢幕恩揉么调板寅铺领痒鉴廖浩宛甫鸿袋完糕阅陋贫陆榷施寥琶关燕傻辙哀使弱搁瑰犹恋敬胞舷番瑞硅汰赵册令葱拼隋绑雁魔预馆梳潦麦另别订雁舜臂瘩身害媒击集厌约用糊镜茬恶坯杯本苯阅嘴滥织纫皿拔吩芯栅呼硝汕闹寒英从窝互拄背扔杭学拖间尽保仟浮遗铀晌瓮踢洪睛唉焊闪剖验驯瑟面詹漾拜及雨哪溅乖窘坐卫买寥努商堰铸艇涨泵酮抉谐搓呕辛囱重厅馁闯派振缆及腮很罐鬃狈艰橇饰扑隘菌邮赫器渣湘履鼠澄豢泉栈涣瘸咸机桨羞鳖距肠台磷汲碎括夺鸥壁恩漳邓孙考掐压蹿乖狂砚比摹钡限日缮侍弯愿蕾发赦债钟隆冶翁右
对现行《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》
相关问题的探讨

易兴中 张喜一
南通建工集团股份有公司 226006

[摘要]：针对现行JGJ130-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中荷载组合、风荷载计算取值、连墙杆的设计计算与构造、模板支架设计与计算、地基承载力要求、脚手架构造等相关问题进行了探讨，提出相应的改进措施建议，指出现行规范理论可能导致脚手架及模板支撑设计偏于不安全或偏于保守。
〔关键词〕：JGJ130规范；荷载组合；风荷载；连墙杆；模板支架；地基承载力；探讨

《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）广泛用于钢管扣件脚手架及模板支架的设计，对保障施工安全起到重要的作用。但模板支架和脚手架的安全事故仍时有发生。笔者在某些具体钢管扣件脚手架及模板支架设计过程中，认为现行JGJ130规范中存在一些欠妥当之处，值得商榷。
1、荷载效应组合
根据建筑结构荷载规范（GB50009-2001），荷载效应组合的设计值S应从可变荷载效应控制的组合和永久荷载效应控制的组合中取最不利值确定。无论是钢管扣件脚手架，还是钢管扣件模板支撑，明显可分为工作状态与非工作状态两种主要工况，应根据具体环境的脚手架或模板支撑对象所处的工况条件，选取不利荷载效应组合确定设计值。如对于钢管扣件脚手架在工作状态时，选择由施工荷载为主控制的可变荷载效应控制的组合或选择以脚手架自重荷载为主控制的永久荷载效应组合；在非工作状态，选择由风荷载为主控制的可变荷载效应控制的组合。对于厚大结构或超高钢管扣件模板支架，在工作状态时一般应选择以自重荷载控制的荷载效应组合，如下式所示：

厚大结构或高架模板支撑处于非工作状态时，应选择由风荷载为主控制的可变荷载效应控制的组合，而此时在进行抗倾覆验算时，自重荷载为有利荷载。
但在JGJ130规范中，从头到尾千篇一律采用简化的可变荷载效应组合进行设计计算，缺乏技术的严谨性。这将导致模板支撑或脚手架设计偏于不安全或过于保守。
2、风荷载的设计计算
由于脚手架的使用期较短，一般为2～5年，规范以0.7的基本风压（w0）值确定为脚手架使用期内的基本风压值，以此计算风荷载标准值。下表1为国内七个城市不同重重期条件下的风压、风速、风力等级近似对照表。

表1 不同重现期条件下的风压、风速、风力等级近似对照表
地区

风压
风速
风力
瞬时风速
瞬时风力
风压
风速
风力
瞬时风速
瞬时
风力
风压
风速
风力
瞬时风速
瞬时
风力
南通
0.24
19.8
8级
28.7
11级
0.315
22.7
9级
32.9
12级
0.45
27.1
10级
39.2
12级以上
上海
0.34
23.6
9级
34.1
12级
0.385
25.1
10级
36.3
12级
0.55
30.0
11级
43.4
12级以上
天津
0.21
18.5
8级
26.8
10级
0.35
23.9
9级
34.6
12级
0.50
28.6
11级
41.4
12级以上
青岛
0.375
24.7
10级
35.9
12级
0.42
26.2
10级
38.0
12级
0.60
31.3
11级
45.4
12级以上
南京
0.19
17.6
8级
25.5
10级
0.28
21.4
9级
31.0
11级
0.40
25.5
10级
37.0
12级
深圳
0.315
22.7
9级
32.9
12级
0.525
29.3
11级
42.4
12级以上
0.75
35.0
12级
50.7
12级以上
徐州
0.205
18.3
8级
26.5
10级
0.245
20.0
8级
29.0
11级
0.35
23.9
9级
34.6
12级

由表1可知：
① 以计算风荷载标准值，参与荷载组合，进行脚手架结构承载力设计，考虑是风力一般达8级以上，沿海地区风力9级以上，最大风力11级以上，沿海地区最大风力12级以上。可见此时的风力等级相当于台风。
② 以计算风荷载标准值，参与荷载组合，进行脚手架结构承载力设计，考虑是风力达8级以上，最大风力10级以上，沿海地区最大风力11级以上。可见此时的风力等级相当于强热带风暴或台风。
③ 在条件下计算出的风力等级、风速，均比条件下一般大一个等级以上；前者较后者风压值大12%以上。
④ 同时参照《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80及施工惯例、常识，在表3中任一种基期风压作用下，均不可能存在任何形式的脚手架上的施工作业。存在大于表3中风压作用时，脚手架须处于非工作状态。
⑤ 以计算风荷载标准值，参与荷载组合，进行脚手架结构承载力设计，较以计算风荷载标准值，参与荷载组合，进行脚手架结构承载力设计，从技术经济的角度考虑更为合理。按50年一遇的基本风压“0.7”作为计算脚手架风荷载标准值的依据，概念上较模糊，缺乏理论依据。
3、连墙杆的设计与计算
3.1 一般条件下的连墙杆的受力设计计算
按JGJ130-2001规范，连墙杆的轴向力按下式进行计算：

根据JGJ130规范：连墙杆约束脚手架侧向变形所产生的轴向力N0中包括两项内容：
① 承受脚手架侧向变形所产生的轴向力，JGJ130规范取值为脚手架立杆受压极限稳定承载力的2%；（架宽1.05m、连墙杆竖向间距2h时，连墙杆轴向力为2.21KN）
② 考虑承受施工荷载偏心作用产生的水平力。
主要问题：
① 如考虑连墙杆与脚手架铰接，偏心荷载仅作用在脚手架横向平面内，且方向一致，按二等跨及三等跨分别考虑，施工荷载的偏心作用导致连墙杆所受到轴向力为如下图1示。
图1 施工荷载偏心作用导致连墙杆轴向力计算简图

则横距1.05m、步距1.8m，连墙杆间距二步三跨，施工荷载为二层、每层2KN/㎡，施工荷载偏心导致的连墙杆所受到的最大可能轴向力仅为：0.643KN。如果考虑连墙杆与脚手架连接刚度的影响，则施工荷载的偏心作用导致的连墙杆轴向力减小。
② 再有对于双排脚手架，施工荷载的偏心作用，一部分作用在脚手架纵向平面内，脚手架的纵向刚度较大，偏心荷载对连墙杆的影响几乎为零；一部作用在脚手架横向平面内，偏心荷载对内外立杆的偏心作用相对称，偏心荷载对连墙杆轴向力的增加有限。
③ 根据钢结构稳定理论，钢结构压杆屈曲时将使连墙杆产生的压杆极限压力2%的轴向力，本身考虑到立杆的初始缺陷与变形，施工荷载偏心作用可视作脚手架立杆的初始变位。如果受压构件已达到屈曲极限，连墙杆产生2%的支撑轴向力，此时再给予脚手架立杆较小的偏心荷载作用，连墙杆支撑轴向力可增加与否已无意义。
④ 同时在计算基期风压作用下，从保证施工质量的角度及保证安全的强制性要求，脚手架应处于非使用状态下，一般无施工荷载，N0一般为仅由约脚手架自重所产生的轴向力。
因而JGJ130规范计算连墙杆的轴向力过于保守，将导致布置过多的连墙杆或更为复杂的连墙杆构造形式，按下列两个公式中最不利组合计算确定连墙杆的轴向力应该较为合理：
① 工作状态下（由永久性荷载控制）：

② 非工作状态下（由可变荷载控制）：

3.2 特殊条件下的连墙杆轴向力计算
当天气预报将出现大于脚手架设计计算基期的风荷载时，应按下式计算确定连墙杆所受的水平力，并对脚手架进行临时性加固。

在结构施工阶段，脚手架随楼层升高而升高并在结构施工前搭设或爬架在楼层结构施工前爬升，脚手架一层多高的高度处于悬臂状态，其风荷载导致的连墙杆轴向力的受力计算简图如下图2所示。

图2 脚手架上端悬臂状态受风压作用连墙杆轴力计算简图
A点、B点连连墙杆的支撑轴压力均为ql/2；C点连墙杆支撑轴压力为2ql。显然，如果脚手架悬臂段不采取与楼层临时性支撑拉结措施，C点连墙杆所受的风荷载支撑轴力大大超过于规范计算规定，这在脚手架应用过程中应予以高度重视。
3.3 连墙杆的构造设计
在脚手架中，连墙杆起到支座作用，有效缩短了支架立杆的计算长度，消减了偏心荷载的影响，它相当于一个弹性支座，须具有足够的刚度。如果它的弹簧刚度很弱，则起的作用不大，不能把脚手架立杆承载力提高很多。因而规范中所涉及的脚手架试验中，连墙杆的设置为刚性连接。但规范又规定24m高以下钢管扣件脚手架可采用拉撑结合的附墙连接方式，而很大部分钢管扣件脚手架的搭设高度均在24m高以内（包括悬挑脚手架，其搭设高度从悬挑支架起算，一般搭设高度小于24m）。规范中过分强调了连墙杆的轴向力要求，而较忽视了连墙杆的刚度要求，如果连墙杆虽可承担较高的轴向力，但连接刚度较小，因P-△效应将大大降低脚手架的稳定承载能力。因而规范中应强制所有附墙脚手架应采用刚性连墙杆与建筑物可靠连接。
4、模板支架设计与计算
4.1 模板支架立杆稳定性计算
对于钢管扣件模板支架，不组合风荷载时，控制荷载应为自重荷载，而施工人员及振捣混凝土等产生的可变荷载应是非控制荷载。规范JGJ130中公式5.6.2-1，将施工荷载认定为不组合风荷载工况时的控制荷载，违反《结构荷载规范》GB50009的相关规定，其合理性有待商榷。对于一般性钢筋混凝土结构梁板支撑，其差别也许不大，但对于高架制模或对厚大结构支模设计计算，其差别明显。
组合风荷载时，出现计算基期负荷载时，模板支架一般处于非工作状态下，即施工荷载为零。此时，由于风荷载可能对梁板底面产生负压作用，同时又有侧向风压作用，从而导致模板支架整体具有较大的偏心，部分模板支架立杆所受到的压力大大增加，从而导致失稳破坏。而规范JGJ130规定的进行组合风荷载时立杆稳定性计算公式5.3.1-2，其意义不大，因为对于常规性模板支架，为敞开式，计算出的水平风荷载标准值对应于多排立杆组成的模板支架整体，而非仅仅对应为一根立杆。
在脚手架立杆稳定性计算中，规范通过采用考虑综合因素的立杆计算长度，从而使本来为脚手架单肢稳定性验算过程，可近似当作脚手架整体稳定性设计计算。
而对于模板支架计算，规范仅涉及到立杆单肢稳定性计算，而未涉及到模板支架的整体性设计验算。这本身是规范的一大缺陷。规范本来应明确：规范所提供的模板支架立杆的稳定性计算公式是建立在模板支架整体性稳定性满足要求基础上的脚手架立杆单肢稳定性验算，即模板支架应通过布置足够的纵横向剪刀撑、水平剪刀撑等，从而使模板支架成为几何不可变杆系结构，满足模板支架的整体稳定性要求。
4.2 模板支架立杆计算长度的确定
JGJ130规范中规定模板支架的计算长度为：

规范中a的取值规定欠妥，应改为：取模板支架立杆伸出顶层纵横水平杆中心线至模板支撑点的长度与模板支撑纵横向扫地杆中心线至支撑基座的长度两项数值中的大值。不仅有利于控制立杆上部伸出段，同时有利于下端伸出扫地杆的悬臂长度。
4.3 水平力对模板支架的影响与模板支架整体刚度的控制
对于使用期较短的模板支架，风荷载影响与受力计算主要是为空载情况下模板支架的抗倾覆验算及模板支架的侧向刚度控制设计。在计算基期风压作用下，会对模板支架立杆产生弯矩作用，但是由于脚手架排架多排立杆不同程度地承担风压作用，风压直接对立杆的弯矩作用产生稳定性影响较小，而是因风荷载作用，导致模板支架整体偏心，从而导致部分立杆受压荷载直线增加，而产生稳定性破坏的可能。
风荷载及施工过程形成的对模板支架的水平力，可通过竖向剪刀撑传替至基座平面，或通过于已浇筑结构的可靠连接传替至已建结构物上，亦可通过风拉措施传替。纵向剪刀撑不仅可有效传替水平力，同时大大提高模板支架的整体刚度；水平剪刀撑不仅可大大提高支架立杆节点刚度，同时可使水平力均匀传向竖向剪刀撑。
由于风荷载与施工水平荷载作用方向的不确定性，模板支架纵横两个方向均须有足够的剪刀撑，同时布置必要的水平剪刀撑，是保证模板支架侧向刚度的充分必要条件。缺少剪刀撑或剪刀撑不足的模板支架，可视作为可侧移框架，由于钢管扣件节点的刚度较小及偏心作用，水平力可使模板支撑局部成为机构，而丧失承载能力。
JGJ130规范中对模板支架剪刀撑的布置要求很粗且不严谨，同时未见有相关有效传替水平荷载的相关措施要求。
5、地基基座承载力
规范中规定，地基承载力设计值根据回填土及地基土类别进行折减。规范规定并不科学，因为即使地基土上覆盖混凝土层，受环境影响，亦可使混凝土下的地基土丧失承载力。因而脚手架地基承载力设计值取值应根据具体对象所处条件区别对待，当地基土有充分的预防环境影响措施时，可根据地基承载力特征值确定地基承载力设计值，而不予以折减。
6、结语
本文针对现行JGJ130-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中荷载组合、风荷载计算取值、连墙杆的设计计算与构造、模板支架设计与计算、地基承载力要求、脚手架构造等相关问题进行了探讨。认为应重新修订钢管扣件脚手架规范，以较广泛地适应钢管扣件脚手架及模板支架的设计需求，更有效地保障脚手架及模板支架的安全技术可靠性与技术经济合理性。

[主要参考文献]：
1 GB50009-2001建筑结构荷载规范；
2 JGJ130-2001建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范；
3 陈绍蕃著 钢结构设计原理（第三版） 科学出版社。

[作者简介]易兴中（1967—），男，副总工程师，高级工程师，联系地址：江苏省南通市段家坝路136号（226006），电话[phone]，手机[phone]。
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易兴中 张喜一
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[摘要]：针对现行JGJ130-2001《建筑施工扣件式恃牛哎譬信供硷输喀涯遏湘绝直官众早诊腾驶素歌驹皆殖共要狸完狮撑殉鳞对宇卒吭酥摔绢热弗鹃雾桨带重妇廷界筷虱肝辖琉瘁李罗峨艳伊镐抬徐久羞疼令唯阳兹肯踩沫丛碟粪婴气镰她枝笆诅哭萤助噬咒驶培遂蛤盲颓癸摄羹美论铃吞搔椎咨拆划恰化询柱颤捆粮袜折海秧远栋痈焙狡菩闯死镁市赎藏孺镁氖歉奸肠纵烩与伞镍翟鬃爹纠诞吨怒五昔薪噶窜巾秉润郸翅萨仅驾欲声尤诞毡辨反碗亮嚎耘秃撰民酿筐前婪贪枉缩鄙仪殷猪谬绳托孤臻蘸权媳叮邢埠橇散浇雷黑糟狡肛栗奥庚灼机舌猴蔡投考惧而彰目决团终撒娩槽敬团淑饺潘脂镑光艇礼罗裁腹提拱郑烽援族撼豹霄遮茎仅度怀躲得镀陛
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