脚手架围护金属防护板网应用和抗台风措施研究

杨 侃

（深圳市建筑工务署教育工程管理中心，广东 深圳 518040）

0 引言

金属防护板网是在钢板、铝板等金属板材质上，用机械冲压出各种孔型，然后与镀锌方管焊接组装，制作而成的定型金属板网。早期广泛应用于工具式脚手架的围护，随着建筑业的不断发展，金属防护板网的应用范围逐步扩展，在北京、雄安新区等部分地区，已大量取代密目式安全网，广泛应用于落地式、悬挑式钢管脚手架或承插盘扣脚手架。

金属防护板网因其外观平整美观、抗冲击性强、防火性能优异、安拆便捷等优点，加之均摊使用成本不高，很多地区的项目都开始使用，推广应用逐步呈现爆发态势。甚至在有些地区的招标文件中会明确要求：“围护用安全网应使用金属防护板网”，在局部地区，有取代密目式安全网的趋势。

在工程管理上，为安全、高效、高质量地完成承担的建设任务，应当有“大胆创新，勇于实践”的理念，但在涉及质量和安全的工作上做到“安全第一，预防为主”，因此有必要对金属防护板网应用进行深入的研究和探讨。

1 应用中存在的问题

1.1 应用上既无国家规范也无行业规范

虽然在推广说明上，是参考工具式脚手架围护来应用的，但实际应用时，在落地式、悬挑式钢管脚手架或承插盘扣脚手架上，其连接件、固定件与工具式脚手架上完全不同，连接可靠度不能相提并论。

如图 1、图 2 所示，工具式脚手架金属板网的连接通常采用螺栓连接，而围护金属防护金属板网通常采用自行加工的卡件连接；从构造就可以看出，工具式脚手架金属网的紧固可靠性远高于目前的围护金属网。

图1 围护金属防护金属板网连接件示意图

图2 工具式脚手架围护金属板网固定示意图

1.2 荷载受力计算取值不准确

笔者研究收集了数个金属防护板网施工方案，发现在计算书中，由于计算软件无金属板网的设定值，所以计算书中自重标准值、挡风系数均按密目式安全网计算取值（自重标准值取 0.01 kN/m2，挡风系数最大取 0.8）。

以现在比较常见的 0.5 mm 厚镀锌钢板冲孔网片，孔径 0.6 mm，孔距 4 mm 分析，开孔率约 20 %～24 %，挡风系数约 0.96～0.91，每平方米重量约 0.06～0.08 kN（见表 1）。

表1 开孔率与挡风系数对应值

1.3 节点构造不规范

因为无统一标准，在调研中发现，几乎每个厂家的节点构造均不相同，出厂说明书及安装说明书差异明显，特别是在一些关键部位，如第一步和最后一步、阴阳角、异形截面等处，其固定件、构造做法均没有较规范的标准。

有些厂家要求金属板网之间用扎带或铁丝紧固，有些厂家金属板网之间要求用专用紧固件进行连接。暂且不论这些紧固方法是否可靠，但由于这些紧固方式不便于施工，在施工现场施工单位并未按厂家说明进行金属板网之间紧固（见图 3）。

图3 部分厂家金属板网间紧固要求示意图

固定的可靠性无验收标准，固定件的承载力要求不明确，特殊部位的防脱落构造措施要求无验收标准，也导致很难做到规范管理。

1.4 未制定防坠落安全专项措施

经分析，一片 500 m2的外架，与使用密目式安全网相比，增加了约 1 500～2 000 个可能坠落的金属件。笔者分析了多个项目的施工方案，发现对这一风险的防范，均未给予足够的重视，甚至有些施工方案连在金属防护板网安拆过程应设置安全警戒的简单文字说明都没有。

1.5 作业面安全围护滞后

由于金属防护板网必须在剪刀撑施工完毕并验收合格后才能进行挂网作业，所以导致在施工作业面无安全围护的情况出现；一些地区的项目，为了满足施工作业规范的要求，不得不在作业层临时挂设密目式安全网进行围护，操作极其不便。经测算，需为此增加围护面积约 50 % 以上的密目安全网的工作量。

2 防台风计算的问题及不足

2.1 涉及风荷载计算的探讨

2.1.1 受台风侵袭地区应重视强风对金属板网的影响

现有使用金属防护板网代替密目式安全网的项目，基本均按 JGJ 130－2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》［1］（以下简称“JGJ 130－2011”）等相关规范进行计算并进行脚手架设计。经笔者测算，在内陆地区，修正前述取值错误的问题后，对计算结果的影响或许不大，但在沿海可能受台风侵袭地区，这样计算存在较大的安全风险，在台风极端条件下，有可能对生命财产造成重大损失，必须予以足够重视。

2.1.2 应用金属板网时风荷载计算初探

以作用于脚手架上的水平风荷载标准值为例，如式（1）所示。式中：μs按 JGJ 130－2011 表 4.2.6 中取 1.3φ计算；φ按前述表 1 选最为常见的开孔率 24 % 插值计算挡风系数约为 0.91，则μs=1；μz参照 GB 50009－2012《建筑结构荷载规范》（以下简称“GB 50009－2012”）［2］表 8.2.1，分别取 30、50、100 m，地面粗糙度选城市较为的常见 C，D 类为例来计算比较，如表 2 所示。w0按 GB 50009－2012，城市选取深圳，则wk值计算如表 3 所示。

表2 风压高度变化系数 μz

表3 风荷载标准值（按 JGJ 130-2011 中 4.2.5 参照密目式安全网计算）

表4 风速与风压对照表

其风压值经与表3对照分析可知，当风压值在0.375 2 ～0.504 1 kN/m2时，对应风级为 10 级，当风压值在0.664 2～0.851 kN/m2时，对应风级为 12 级，当风压值在 0.851 kN/m2以上时，对应风级为 12 级以上。

单片或局部密目式安全网受风荷载影响破坏时，不影响整个围护系统的安全；而金属防护板网是刚性的紧固在脚手架上的，受风荷载作用时，力会全面传递至脚手架，类似于围护结构的受力，笔者建议，可参照围护结构考虑阵风系数βgz来计算风荷载标准值，阵风系数如表 5 所示，计算结果如表 6 所示。

表5 阵风系数（按 GB 50009-2012 表8.6.1 选取）

表6 wk（βgz）风荷载标准值（按 GB 50009－2012 中 7.1.1-2 考虑阵风系数计算）

对于沿海受台风侵袭地区来说，10 级以上大风，甚至 12 级飓风并不罕见，以 2018 年 9 月 16 日在广东登陆的“山竹”为例，其登陆时的中心附近最大风力达 14 级以上，其风压最大理论值已达 1.32 kN/m2。金属防护板网与密目式安全网相比，面临强风破坏时，最大的安全问题是：金属防护板网一旦局部破坏，就有可能形成系统解体，加上金属板网单张重约 12～17 kg，受风力影响的飘坠，可能会造成大面积的财产及人员损伤。

近些年极端天气对人民生命财产造成的重大损失屡有发生，因此，在安全措施上采取审慎的态度十分必要。

根据《中国沿海大风阵风西湖特征分析》［3］一文，以山东成山头、江苏南京、福建厦门、广东汕尾、海南海口 5 个沿海城市气象站的数据为例，8、9 级大风的阵风系数在 1.041～3.520；10 级以上大风的阵风系数在 1.056～3.789。而根据《深圳沿海地区阵风系数的特征》［4］一文，深圳在季风型和热带气旋性影响下的阵风系数分别为 0.90～3.10 和 0.83～2.79。也从另一侧面证明了表 5 中阵风系数取值的合理性，以及在沿海受台风侵袭地区金属防护板网验算中纳入阵风系数的必要性。

由上述风荷载的基本计算也可知，考虑阵风系数，会导致风荷载标准值计算的差异极大，这也将直接影响以值计算的“立杆稳定”和“连墙件承载力与稳定”的计算结果。

2.2 计算举例

以 C 类区域较为常见的立杆间距 1.5 m，步距2.0 m，连墙件二步三跨的外墙双排架为例验算。

2.2.1 连墙件强度验算

连墙件轴向力设计值N1w=1.4×Wk×Aw=25.2×Wk，则计算结果如表 7 所示。

表7 连墙件轴向力表（阵风系数）（按 JGJ 130-2011 公式 5.2.13 计算）

连墙件承载力验算如下。

可知，在前述限定条件下，连墙杆即使在极端不利情况下亦无问题。所以按规范和标准设置的连墙件，其强度及稳定性均能满足金属防护板网的安全。

2.2.2 立杆弯矩设计值计算

按 JGJ 130－2011 中公式Mw=0.9×1.4Wklah2÷10=0.756×Wk计算，则计算结果如表 8 所示。

表8 立杆弯矩设计值与重现期、距地高度对应值（按JGJ 130－2011公式 5.2.9 计算）

按 GB 51210－2016《建筑施工脚手架安全技术统一标准》（以下简称“GB 51210－2016”）［5］中公式Mwd=0.6×1.4×0.05×0.6WklaH12=0.61×Wk计算，则计算结果如表 9 所示。

表9 立杆弯矩设计值（按GB 51210-2016公式6.2.6计算）

立杆稳定性验算：轴向力设计值N取 8 kN，组合风荷载。

可知，在深圳，地面粗糙度 C 类地区，在金属防护板网挡风系数≥0.83 的前提下，立杆轴向力值 8 kN 时，按照立杆间距 1.5 m，步距 2 m 搭设的双排钢管脚手架，背靠建筑物为“敞开、框架和开洞墙”状况，按 JGJ 130－2011 计算，搭设高度 30 m 时，遇 12 级及以上大风，立杆稳定性不满足要求，如果考虑阵风系数，则遇 10 级大风时，立杆稳定性验算即不符合要求。

假定在大风时，脚手架处于没有施工荷载的理想状态，仅考虑脚手架自重及构配件荷载，将立杆轴向力值取 4.5 kN，在前述条件下，经计算Mw≈0.74 时，立杆稳定性计算值会≥f，查“表 7”可知：在不考虑阵风系数的情况下，搭设高度约 50 m 的金属板网围护脚手架遇 12 级以上大风可能会变形失稳。如果考虑阵风系数，则搭设高度约 60 m 时，遇 10 级大风就可能会变形失稳。如果按 GB 51210－2016 中公式计算，搭设高度会有提高，但亦非全部安全，详见表 8 数值。

当然，更精确地计算会受到金属板网挡风系数、离地面高度、步距、立杆间距、地区风压值等数据的影响，但上述计算已经可以证明，脚手架围护金属板网的使用，是具有一定风险的，是并非可以随意使用的一种材料。

2.3 风荷载验算存在的问题

2.3.1 基础数据取值不准确

经笔者分析收集的数份脚手架计算书，发现安全网自重标准值、安全网挡风系数、风压高度变化系数等取值均存在各种错误；特别是安全网自重标准值按密目网的 0.01 取值与按金属网的 0.058 相比，按 18 m 挑架计算，考虑金属网增加的构配件后，差值约 1 kN。

2.3.2 均未考虑阵风系数

现在的脚手架计算书，按 J G J 1 3 0－2 0 11和 GB 51210－2016 的规定计算，均未考虑阵风系数。但笔者认为，在易受台风侵袭地区，由于金属防护板网一旦局部破坏，就有可能形成系统解体；加上金属板网单张重约 12～17 kg，受风力影响的飘坠，可能会造成大面积的财产损毁或人员伤害事故，所以当使用金属板网时，在计算中按 GB 50009－2012 中围护结构风荷载公式，纳入阵风系数进行验算是十分必要。而且，GB 51210－2016 中第 5.1.8 条也规定：“高耸塔式结构、悬臂结构等特殊脚手架结构在水平风荷载标准值计算时，应计入风振系数。”

在此，期待高校和科研机构的专业研究人员能够通过风洞试验，抗台风实验等各种技术手段确定金属板网的合理阵风系数取值，为这项应用提供有力支撑。

3 措施及建议

3.1 应按危大工程进行管理

金属防护板网的应用，除应遵守现行法律、法规、规范、规定等各项要求外，应明确按照《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》（以下简称《危大工程管理规定》）对金属防护板网使用进行管理。

1）脚手架工程不属于危大工程范围的，使用金属防护板网应按《危大工程管理规定》附件 1 第七项第六条“采用新技术、新工艺、新材料、新设备可能影响工程施工安全，尚无国家、行业及地方技术标准的分部分项工程”进行管理，编制专项施工方案。

2）脚手架工程本身属于“危险性较大”或“超过一定规模的危险性较大”工程范围的，金属防护板网与其一同进行管理。

3）建设单位在招标文件中明确要求使用金属防护板网的，应在危大工程清单中应予以注明。

4）申请办理安全监督手续提交危大工程清单及其安全管理措施等资料时，如果项目招标文件明确使用金属防护板网的，提交的资料中应有相关专篇或专项资料。

3.2 专项施工方案关键内容

3.2.1 材料要求

金属防护板网的材质、规格型号、板材厚度，边框壁厚等关键数值应清晰明确，笔者试算的理论重量如表 10 所示。

表10 冲孔金属板网每平方米理论重量参考值 kg·m-2

3.2.2 关键指标

自重标准值应按实际计算，为保证金属防护板网挡风系数不大于密目式安全立网的 0.8 取值，则金属防护板网开孔率不得＜33 %（按φ=1.2An/Aw反推并考虑 20 % 安全系数）。

3.2.3 关键构造

金属防护板网厂家必须提供详细的安装说明书，施工单位的专项安装方案不得低于厂家要求。且应符合以下关键项的要求。

1）应限定每个安装单元的最大面积，在每个安装单元的最底和最高处，均应使用加长连接件，固定在两道纵向水平杆上，以具备可靠的承托力。

2）无论采用何种连接件，均应保证金属防护板网能固定在架体上，并能承受 1.0 kN 的偶然水平荷载。

3.2.4 安全措施

使用金属防护板网的项目，必须制定详细安全专项措施，保证金属板网在装、拆过程中的安全，主要要求如下。

1）严禁交叉作业。在金属板防护网装、拆过程中，不得进行任何形式的交叉作业。

2）必须设置安全警戒。金属防护板网安装及拆除过程中，应设置警戒区域，并有专人值守，防范金属件坠落伤人的风险。

3）安装及拆除作业必须在白天进行。遇 5 级及以上大风和大雨、浓雾和雷雨等恶劣天气时，严禁进行装、拆作业。

4）专项验收。金属防护板网安装完成后，应经专项验收合格后方可使用，专项验收合格后，安全警戒区域方可撤除。

5）过程检查。应制定定期检查制度，遇 6 级及以上大风后复工时，应进行检查，确认合格后方可使用。

3.3 制定行业规范

金属板网厂家应与科研及有关协会合作，结合专家评审，尽快制定行业规范。

3.4 材料优化

金属板网的网眼设计及构配件应结合施工要求进行优化，实现快装快拆，安全高效。

3.5 严把计算关

在受台风侵袭地区，在目前脚手架金属板网设计及计算均存在各种问题的情况下，有关管理部门和单位也不应以一纸文件的形式，将安全管理风险转移至施工单位，而施工单位项目技术负责人也应牢记主体责任的职责，在围护脚手架设计计算中严禁不负责任的“凑数字、做样子”的行为。

4 结论

1）目前围护金属板网的应用及计算均存在不规范的行为，因其一旦破坏后的危害性较大，在使用管理上应予以足够重视。

2）建议明确将金属防护板网的应用纳入危大工程进行管理。

3）在受台风侵袭地区，在目前脚手架金属防护板网设计及计算均存在各种问题的情况下，搭设高度超过 50 m 的脚手架时，慎用金属板网替代密目式安全网。

4）使用金属防护板网在安全验算时，建议参考围护结构纳入阵风系数，确保使用安全。Q