大型厂房钢管脚手架搭设工艺研究及受力分析

白艳平 BAI Yan-ping

（中铁二十五局集团第五工程有限公司，青岛 266109）

0 引言

在房建项目施工中，外墙脚手架是极为重要的临时结构。外墙脚手架不但为施工作业人员提供了必备的施工平台，防止施工中的零散部件掉落至施工区域外，保护施工人员及周边人员的人身安全，而且脚手架也对在建项目起到遮护的作用，维护城市的市容市貌。外墙脚手架一般分为两种，一种是附着式脚手架，该脚手架适用于高度超过50m建筑物，如写字楼或高层住宅楼等，该脚手架优点是安全性高，机械化程度更高，使得脚手架的升降简便且安全，建筑物越高其优点越明显，缺点是成本较高，脚手架安拆较为复杂。另一种是落地式钢管脚手架，该类型脚手架适用于高度在50m以下的建筑物施工，优点是脚手架搭设安拆灵活简便，成本较低，当建筑物面积较大时其优点较为明显，缺点是脚手架搭设要求较为严格，脚手架与连墙件有时会影响主体结构施工。项目部通过钢管脚手架结构布置形式进行认真分析和计算，使得钢管脚手架不但满足了现场施工要求，而且脚手架在受到施工荷载和外界环境影响时依然具有足够的安全性和稳定性，保证了施工人员的安全。同时由于架体连墙件位置布置合理，使得脚手架拆除也避免了对主体结构的影响。该钢管脚手架在大型厂房主体结构施工中取得很好的效果。

1 工程概况

淮安德科半导体码项目生产车间位于淮安市淮阴区长江路北侧、S237省道西侧，车间占地面积63631.8m2，建筑高度29.3m，车站基础采用桩基础。本工程为4层框架结构，1~2层为混凝土框架，3~4层为钢管混凝土柱——钢梁框架，局部出屋面两层。建筑结构设计为一级安全等级，设计为50年使用年限，设计抗震等级为7级。

2 钢管脚手架结构设计

脚手架搭设方式为双排脚手架，架体钢管采用Ф48mm、壁厚3.5mm的热扎钢管，脚手架总体高度为31.36m。立杆纵向行距为1.5m，横向行距为0.8m，水平杆步距为1.8m。脚手板每隔两步设置一层，横向斜撑每隔五跨设置一处，连墙件布置间隔为两步两跨，架体与连墙件之间采用扣件连接。

脚手架外立杆外侧50cm处设置截面不小于深20cm，宽40cm的排水沟，落地立杆垂直稳放在20cm×20cm厚5cm的木枋或砼预制块上，设纵横相连的扫地杆。外立杆内侧脚手板上30cm设踢脚杆，踢脚杆下部采用黄黑相间的踢脚板。1.2m高处设防护栏杆，防护栏杆内侧采用密目式安全网封闭。剪刀撑从转角处开始由下而上水平6m以内设一组，左右连续设置，杆件设在外立杆与小横杆交叉点上，与地面成45°～60°角，剪刀撑从第一组开始，每组左侧第一根落地杆件用6m长钢管，右侧第一根落地杆用4m长钢管，每组相同设置，搭接点用回转扣，搭接长度不少于1m。装饰分隔线用厚10mm～15mm、宽200mm的竹或木胶合板，刷黄黑油漆，相间150mm，斜45。脚手架栏杆刷红白油漆，相间300mm，其余所有杆件刷黄色油漆。详见图1。

图1 钢管脚手架结构示意图

3 脚手架及模板受力计算

3.1 荷载取值（表1）

表1 脚手架荷载取值表

3.2 立杆稳定性验算

3.2.1 立杆长细比验算

立杆计算长度l0=Kμh=1×1.5×1.8=2.7m

长细比λ=l0/i=2.7×103/16=168.75≤210

满足要求！

轴心受压构件的稳定系数计算：

立杆计算长度l0=Kμh=1.155×1.5×1.8=3.119m

长细比λ=l0/i=3.119×103/16=194.906

查《规范》表A得，φ=0.191

3.2.2 考虑到风荷载时单根立杆轴向应力

单外立杆：N=1.2×（NG1k+NG2k）+0.9×1.4×NQ1k=1.2×（2.928+2.712）+0.9×1.4×3=10.547kN

内立杆：N=1.2×（NG1k+NG2k）+0.9×1.4×NQ1k=1.2×（2.928+1.213）+0.9×1.4×3=8.749kN

双外立杆：Ns=1.2×（NGS1k+NGS2k）+0.9×1.4×NQ1k=1.2×（2.21+1.58）+0.9×1.4×3=8.328kN

双内立杆：Ns=1.2×（NGS1k+NGS2k）+0.9×1.4×NQ1k=1.2×（2.21+0.7）+0.9×1.4×3=7.272kN

3.2.3 立杆稳定性验算

组合风荷载作用[3]

单立杆的轴心压力设计值N=（1.2×（NG1k+NG2k）+0.9×1.4×NQ1k）=（1.2×（2.928+2.712）+0.9×1.4×3）=10.547kN

双立杆的轴心压力设计值NS=1.2×（NGS1k+NGS2k）+N=1.2×（2.21+1.58）+10.547=15.095kN

Mw=0.9×1.4×Mwk=0.9×1.4×ωklah2/10=0.9×1.4×0.25×1.5×1.82/10=0.153kN·m

σ=N/（φA）+Mw/W=10547.1/（0.191×384）+153090/4120=180.961N/mm2≤[f]=205N/mm2

满足要求！

Mws=0.9×1.4×Mwk=0.9×1.4×ωklah2/10=0.9×1.4×0.204×1.5×1.82/10=0.125kN·m

σ=KS（NS/（φA）+Mw/W）=0.6×（15095.34/（0.191×384）+124921.44/4120）=141.682N/mm2≤[f]=205N/mm2

满足要求！

3.3 横向水平杆验算

承载能力极限状态

由上节可知F1=Rmax=2.092kN

q=1.2×0.03=0.036kN/m

正常使用极限状态

由上节可知F1'=Rmax'=1.524kN

q'=0.03kN/m

3.3.1 抗弯验算

计算简图如图2。

图2 横杆弯矩图（kN·m）

σ=Mmax/W=0.56×106/4120=135.968N/mm2≤[f]=205N/mm2

满足要求！

3.3.2 挠度验算

计算简图如图3。

图3 横杆变形图（mm）

νmax=1.366mm≤[ν]=min[lb/150，10]=min[800/150，10]=5.333mm

满足要求！

3.3.3 支座反力计算

承载能力极限状态Rmax=2.106kN

3.4 扣件抗滑承载力验算

扣件抗滑移折减系数取0.85，扣件抗滑承载力验算：

纵向水平杆：Rmax=2.092/2=1.046kN≤Rc=0.85×8=6.8kN

横向水平杆：Rmax=2.106kN≤Rc=0.85×8=6.8kN

满足要求！

4 脚手架搭设作业主要工序及注意事项

4.1 脚手架搭设流程

场地平整、夯实→混凝土垫层→施工材料进场→脚手架位置放样→首层立杆安装→扫地杆安装→首层水平杆安装→设置卸荷钢丝绳→接长立杆安装→后续水平杆安装→纵横向剪刀撑安装→架体连墙件安装→作业平台脚手板铺设→平台外侧防护栏杆安装→放坠网安装。

4.2 脚手架基础处理

脚手架基础必须采用集配碎石土进行回填压实，然后采用C15混凝土进行硬化从而形成搭设平台，混凝土厚度为100mm。应具备排水措施，见图4。脚手架基础如需进行其他管槽开挖时，需对脚手架进行加强处理，且必须待脚手架使用后方可进行[4]。

4.3 立杆安装

紧邻立杆接头不得在同一水平面上需错开布置，错开长度不得小于2倍管径。同一水平面上立杆接头数量不得超过总立杆数量的25%。由于脚手架为钢管扣件式，因此立杆之间扣件螺栓必须拧紧，不得有弯折或扣件变形等问题。立杆安装时必须实时测量其垂直度，不得出现倾斜或者弯曲等现象。

4.4 水平杆安装

每层立杆安装后需及时安装水平杆，水平杆对接扣件应该交错布置，当架体间距调整复核确认无误后用将扣件螺栓拧紧。水平杆上下间距需按图纸所示进行安装，不得超过要求步距。当水平杆搭设接长时，其接长范围内最少安装3个扣件，且搭接范围长度≥1.0m。

4.5 剪刀撑安装

架体外侧均需设置纵向和横向连续剪刀撑，单组剪刀撑至少连接4个步距且≥6m，斜向支撑钢管与地面水平夹角位于45°~60°之间。斜向支撑钢管接长需采用搭接形式，搭接长度≥1m，应采用不少于2个扣件连接固定，杆端距连接扣件的距离≥10cm。

4.6 脚手板安装

脚手板底部横杆至少有3根对其进行支撑，但当脚手板较短无法达到2个行距时，可将脚手板设置在2根水平杆上，但必须将脚手板两端固定在横杆上。若采用竹笆脚手板，则脚手板必须纵向铺设与纵向水平杆平行。其搭接方式采用对接时需设置两根横向水平杆压住接头位置，脚手板单端悬臂长度＜15cm。若脚手板采用搭接时，接头下方必须设置横向水平杆，且脚手板单端悬臂长度＜10cm，脚手板搭接范围＞20cm。

4.7 连墙件设置

连墙件需与架体十字节点处连接，当连墙件位置与主体结构由冲突时可适当调节，但调节距离小于30cm。连墙件的安装需在支架开始搭设时同步进行，脚手架两端位置必须设置连墙件，相邻两组连墙件上下间距需小于建筑物单层高度且不得超过脚手架2个步距。

5 结束语

通过对钢管脚手架结构布置形式进行认真分析和计算，使得搭设成型后的钢管脚手架不但满足了现场施工要求，而且脚手架在受到施工荷载和外界环境影响时依然具有足够的安全性和稳定性，保证了施工人员的安全。同时由于架体连墙件位置布置合理，使得脚手架拆除也避免了对主体结构的影响。该钢管脚手架在大型厂房主体结构施工中取得很好的效果，也为后续类似施工提供了借鉴和参考。