承插型轮扣式脚手架调查与应用分析

窦国举 康 勇 訾建涛 许鹏飞 周 洋 何飞龙

1.中国建筑第七工程局有限公司 河南 郑州 450004；2.郑州航空港区航程置业有限公司 河南 郑州 450000

1 概述

2 承插型轮扣式脚手架架体构造

2.1 立杆

立杆采用φ48 mm×3.5 mm、Q235的钢管，模数为600 mm，常用的长度规格有3 000、2 400、1 800、1 200 mm等。立杆下端部为φ57 mm×3.2 mm的连接套筒，上下立杆之间通过该套筒连接。立杆每隔600 mm焊接一个轮扣，轮扣的四边各开设一个孔洞，与承插型盘扣式脚手架的区别在于无斜杆用孔洞（图1、图2）。

图1 承插型盘扣式脚手架节点

图2 轮扣式脚手架连接

2.2 横杆

横杆由钢管和两端的插头组成，常用的规格有1 500、1 200、900、600 mm等。横杆插头通过插入到轮盘孔洞内进行连接。

2.3 斜杆

斜杆采用钢管，通过扣件与架体连接。

对于层高5 m以下的住宅标准层等工程，轮扣式架体在不采用斜杆的情况下满足使用要求，架体仅需要横杆、立杆和梁支撑钢管，较扣件式脚手架搭设方便、构件少，较承插式盘扣式脚手架成本低。

3 研究现状

目前国内已开展了轮扣式脚手架的相关研究，但是目前尚无国家或行业标准，大部分生产厂家、施工企业对架体的设计、生产和使用参考JGJ 231—2010《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》、JGJ 130—2011《扣件式钢管脚手架安全技术规范》标准执行。由于轮扣式脚手架与承插型盘扣式钢管支架存在不同，上述2部标准未能完全指导轮扣式脚手架的生产与施工。

刘静[1]通过有限元分析软件SAP 2000，假定节点为半刚性节点，采用线性模型建立了双排轮扣式脚手架的模型，计算分析后取节点的连接刚度为30 kN·m/rad，分析了钢管脚手架极限承载力的影响因素，其中脚手架搭设的步距、扫地杆的设置、连墙撑的竖向间距以及荷载的分布对极限承载力的影响非常大。

杨曙[2]采用线性模型建立了半刚性特性数值模型来模拟节点的半刚性，通过试验确定了轮扣节点转动刚度在30～40 kN·m/rad范围内波动，平均值35.8 kN·m/rad。

式中:分别对应的是温度为T0、T时的k阶Stokes波中心频率。可以看出,k阶Stokes波相对于BP的中心频移量是1阶Stokes波的k倍,即前者的温度灵敏度系数是后者温度灵敏度系数CT的k倍。这也意味着,利用Brillouin多波长输出可以实现更高的温度灵敏度系数,如果Stokes波达到10阶或以上,则理论上可以使温度灵敏度系数提高一个数量级。

杨永达[3]通过有限元分析软件SAP 2000分析了支模架的构造因素对轮扣式钢管支模架稳定承载力的影响，通过试验得到了轮扣式钢管支模架试验模型的极限承载力和荷载位移曲线，提出假定轮扣式脚手架节点为刚性，通过施加等效水平荷载来模拟支架全等效初始缺陷方法，当假定等效水平荷载取为1.3%～1.7%的极限承载力时，有限元计算结果与试验结果符合较好。

王洲春[4]对单个轮扣式脚手架节点分别建立了试验模型和有限元分析模型，并进行了抗弯和抗剪试验，确定轮扣式钢管脚手架为转动刚度25 kN·m/rad，当剪切荷载为60 kN时，轮盘的表面应力已经达到了钢材的屈服应力值，将60 kN作为轮盘式钢管脚手架轮盘的抗剪试验检测标准的一个参考值。对一个单元体（包括4根立杆和连接的横杆）建立有限元分析模型分析稳定性，当水平杆步距为1.0 m时，支架立杆计算长度修正系数η=1.8；当水平杆步距为1.5 m时，η=1.35。

山东省地方标准[5]确定了轮扣节点转动刚度为15 kN·m/rad，抗剪承载力为60 kN。广东省地标[6]确定了轮扣节点转动刚度为20kN·m/rad，轮盘抗剪承载力为60 kN。

4 承插型轮扣式脚手架与承插型盘扣式钢管架关键参数对比

根据文献[5]、[6]、[7]，2种型式的架体在材料、构造、关键参数等方面均具有一定的区别。

4.1 材料、构造区别

2种架体的连接盘孔洞数、立杆连接盘间距、连接盘厚度、横杆接头连接要求均存在差异（表1）。

表1 承插型盘扣式钢管架与轮扣式脚手架材料、构造对比

4.2 关键参数对比

4.2.1 节点连接计算模型

盘扣式脚手架、轮扣式脚手架均属于框架式支撑结构体系，计算模型简化为半刚性节点连接[1-3]。

4.2.2 节点转动刚度值

文献[8]中规定，承插式支撑结构节点转动刚度取20 kN·m/rad，文献[3]中通过试验确定盘扣式节点转动刚度为24 kN·m/rad，考虑安全计算参数1.6，节点转动刚度15 kN·m/rad。

文献[2]中通过试验确定，连接刚度基本保持在 30～40 kN·m/rad之间，取平均值35.8 kN·m/rad；根据文献[9]，轮扣式钢管脚手架节点连接刚度相当于扣件式钢管脚手架在扣件拧紧力矩40 N·m时的连接刚度。

4.2.3 节点抗剪承载力

文献[7]中，根据东南大学对盘扣式钢管架八角盘进行的单侧弯剪、双侧弯剪及内侧焊缝受剪极限承载力计算结果，并考虑材料抗力系数1.087，取整得到连接盘抗剪承载力设计值为40 kN；文献[5]、[6]中，依据相关试验数据确定为60 kN。

4.2.4 计算长度

文献[5]中，无剪刀撑轮扣式脚手架计算长度取l0=μh和l0=h′＋2k0h2中的较大值。其中，μ为立杆计算长度系数，h为支架立杆中间层水平杆最大竖向纵距，h′为支架顶层水平杆步距，h2为悬臂长度，k0为悬臂端计算长度折减系数，取0.7。

μ取值参考文献[8]中水平杆不连续情形下表格取值，是通过理论推导和大量算例计算确定的。

有剪刀撑轮扣式脚手架计算长度取l0=βHβaμh和l0=h′＋2k0h2值中的较大值。其中，βa为扫地杆高度与悬臂长度修正系数，βH为高度修正系数。

文献[8]中，计算长度取l0=ηh和l0=h′＋2ka中的较大值。其中，k为悬臂端计算长度修正系数，a为支架可调托座支撑点至顶层水平杆中心线的距离。水平杆步距为0.5 m或1 m时，计算长度修正系数取1.6；水平杆步距为1.5 m时，取1.2。该值通过试验取得。

5 结语

1）虽然承插型轮扣式脚手架是承插型盘扣式脚手架经简化后衍生出的一种支撑体系，但这2种架体的连接盘孔洞数、立杆连接盘间距、连接盘厚度、横杆接头连接要求方面均存在差异，较后者构件更少、型式更简便。

2）盘扣式脚手架、轮扣式脚手架均属于框架式支撑结构体系，计算模型简化为半刚性节点连接。

3）对于节点转动刚度，各规范、文献取值差异较大。关于轮扣式脚手架节点转动刚度，山东省地标通过试验确定为15 kN·m/rad，广东省地标取值参考《建筑施工临时支撑结构技术规范》中20 kN·m/rad，文献[8]中取20 kN·m/rad，文献[3]中通过试验确定为15 kN·m/rad；文献[2]中通过试验确定取35.8 kN·m/rad，文献[9]中轮扣式钢管脚手架节点连接刚度相当于扣件式钢管脚手架在扣件拧紧力矩40 N·m时的连接刚度。规范[7]中未对盘扣式脚手架节点转动刚度进行说明。

4）规范、文献对于节点抗剪承载力取值不同。文献[4]、[5]、[6]确定承插型轮扣式支撑架节点抗剪承载力为60 kN；关于抗剪承载力，文献[7]中通过试验确定承插型盘扣式支撑架节点抗剪承载力为40 kN。

5）关于杆件计算长度，不同的文献、规范取值不同。文献[5]中无剪刀撑轮扣式脚手架计算长度取l0=μh和l0=h′＋2k0h2中的较大值，有剪刀撑轮扣式脚手架计算长度取l0=βHβaμh和l0=h′＋2k0h2值中的较大值；文献[7]中，承插型轮扣式脚手架计算长度取l0=ηh＋l0=h′＋2ka中的较大值。水平杆步距为0.5 m或1 m时，取1.6；水平杆步距为1.5 m时，取1.2。轮扣式脚手架计算参数根据剪刀撑是否设置计算公式不同。

6）由于承插型轮扣式脚手架与盘扣式脚手架在构造、计算参数等方面取值不同，轮扣式脚手架设计、生产、施工等过程应参考各自对应的规范和规程。部分省市无轮扣式脚手架规程，应参照山东省、广东省等省市轮扣式脚手架地标。