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悬挑式脚手架常见安全隐患的检查与处理
安徽天翰工程咨询有限责任公司 许如珑 杨顺志

发布于:2013-08-19 
      随着高层民用建筑的产生和发展,悬挑式脚手架被普遍采用,但设计、施工规范没有相应跟上,因此存在安全隐患较多。落地式脚手架有《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001(发布于2001年2月),作为设计施工的安全依据。而悬挑式脚手架至今尚未发布行业的设计与施工安全技术规范或规程。仅有一本上海地区规范《悬挑式脚手架安全技术规范》DG/T08-2002-2006(2006年12月1日施行),可供设计与施工参考。因此,目前建筑工地的悬挑式脚手架,大多数还是参照落地式脚手架的安全技术规范和自己的施工经验进行设计与施工,存在问题较多,尤其结构验算方面,缺乏详细的验算资料。其客观原因,多数施工企业缺乏计算人才和计算资料,规范、规程也没有提供详细全部计算公式。本文将针对这些问题,予以讨论补充。
     要检查悬挑式脚手架的安全隐患,先要有个标准、依据,(它应是建筑工地衡量安全的一杆称),依据有:《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001(以下简称“规范”),上海市规范《悬挑式脚手架安全技术规程》DJ/T08-2002-2006(以下简称“规程”)、强制性标准《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99(以下简称“安全检查标准”)。凡不符合上述“规范”、“规程”、“安全检查标准”规定的,就视为存在安全隐患,应予以整改。
一、悬挑式脚手架常见的安全隐患1、缺乏完整的设计计算资料
(1)缺少支承架相关的验算资料
   抗弯构件(型钢梁)抗弯、抗剪强度、挠度、稳定性验算;
   抗拉构件(斜拉杆)的强度验算;
   抗压构件(型钢斜支撑)的抗压强度、局部承压强度和稳定性验算;
   预埋件的抗拉、抗压、抗剪强度验算;
   连接强度验算;
   支承架下建筑主体结构的承载能力验算。
(2)缺少纵向钢梁(当立杆纵距与型钢支承架纵距不相等时设置)强度和挠度的验算。
2、立柱和支承架实际布置与设计计算书不符
(1)由于建筑装饰线板的影响,实际悬挑长度和立柱作用点外移,与计算书不符,应重新验算强度和挠度。
(2)由于柱子、剪力墙等的影响,实际支承架纵向间距部分与计算书不符,应按扩大的纵距荷载重新验算支承架。
3、缺少必要的支撑和拉结措施
(1)支承架悬挑部分间缺水平支撑。对杆件体系而言,平行四边形是可变的,只有三角形才是不变体,故支承架型钢间必须设置水平斜撑(型钢、拉压构件)或圆钢剪力撑(如同柱间支撑,二根交替受拉,不抗压)
(2)立柱下端(靠支承架处)缺纵向、横向扫地杆。必须设置确保立柱不产生位移,正确位置垂直传力。
4、缺少必要的连接详图
(1)缺立柱与支承架型钢梁间的连结详图。“规程”中用100mm高的阳起杆焊于型钢架上。立柱钢管套在其上,防止大风引起架体振动跳脱或挠度影响滑脱。
(2)缺支承型钢梁压点处埋件详图和斜拉杆埋件详图。
(3)缺支承架斜拉杆的上下连结详图(上部与主体结构埋件连结,下部与支承架型钢梁端部的连结)
(4)缺纵向钢梁与支承架和立柱的连结详图。
5、架体高度过高
“规程”规定其高度不宜超过24m,这是比较安全的、经济合理的。架体过高,荷载加大,立柱下支承架型钢梁断面就要很大不经济,且主体结构梁不一定能承受得了,要引起主体结构设计修改等一系列问题。
6、连墙杆布置覆盖面积过大
有些工地参照“规范”要求布置的,按三个步距三个纵距设置一根,而“规程”规定竖向为不大于2个步距,水平不大于3个立柱距,覆盖面积不大于27㎡,这是符合悬挑式脚手架特点要求的(高空风大,悬挑架体稳定要求更高)
7、其他一些不满足《建筑施工安全检查标准》要求的问题,如钢管、卡具材质,架体的安全防护,脚手架牢靠等问题。
二、悬挑式脚手架支承架的设计计算问题
“规程”中对悬挑式脚手架的设计、计算问题,都作了较详细的要求、规定,计算公式、采用系数都是正确、合理的,符合实际情况。虽是地方规范可以推荐为行业规范(尚需经过修改补充)。本文要讨论的是与“规程”推荐的支承架结构形式不同的支承架的结构计算问题。
1、支承架结构形式的选择
“规程”中推荐了二种形式:悬臂型钢梁和附着式三角架。这两种都是静定结构,计算简单。其不足之处是:某一构件或节点出了问题,就会发生安全事故。另外,附着式三角架受条件限制较多,除柱子处外,当墙梁断面高度较小时,斜撑杆下支点发难了。支到下层楼面去,斜杆长度太长,不经济。因此,大多数工地选择第三种型式:悬臂型钢梁外挑端增加斜拉杆。上拉到上层楼面梁上。这是个超静定结构,更加安全。如果悬挑型钢梁压点结点出了问题,由斜拉杆来共同承担荷载,保持三角结构的稳定;如果斜拉杆出了问题,由悬臂型钢梁单独来承担荷载。实际上是个双保险,更安全,且施工方便。这种结构形式,实际上是“规程”推荐的二种形式的组合,将附着式三角架的斜撑杆,上翻为斜拉杆,水平杆由悬挑型钢梁替代。
2、支承架结构内力计算
上述超静定结构的内力计算,可按二种最不利状态来分解进行计算:
(1)拉杆不起作用(可能未拉紧,变形很大或连接出了问题,或材质问题断了等)按悬臂梁计算。计算梁内力弯矩、剪力。来选择型钢梁断面;计算压点拉力来验算埋件及连接强度,验算楼板承载能力;计算支座的反力(墙梁顶),验算主体结构的承载能力。
(2)型钢梁压点不起作用(压点埋件、连接及楼板出了问题,型钢可绕中支座转动)按三角架计算。计算拉杆内力拉力,来选择拉杆断面和上下埋件连接;计算水平分力,验算悬梁支座的水平剪切能力。
原一个超静定结构,拆成了二个静定结构,计算也就简单多了。
3、计算实例:某工地架体设计尺寸:立杆横距Lb为0.9m,纵距Ln为1.8m, 步距h为1.8m,内立杆距建筑主体为 0.3m。
(1)计算简图:a,斜杆失效状态       
                                  N     N
 


              ο             
              A               B
                    2.2m       0.4m  0.9m
 
 
 
b,压点失效状态
                                 N   φ N
 
                           
                              B
                    2.2m       0.4m  0.9m
 
(2)荷载计算
  立杆的轴向压力N=1.35(NG1k+ NG2k)+1.4∑NQk(“规程”公式)
=15.27KN(计算过程从略)
(3)内力分析
a ,状态
B 支座处弯矩 MB=15.27×(0.4+1.3)=25.97KN.m
A 支座处反力 RA=MB/2.2=11.80KN
B 支座处反力 RB=2N+RA=42.34KN
b,状态
按实际位置计算斜拉杆倾斜角为24°(垂直高度、上下吊点水平距都为已知数)求斜拉杆的垂直分力Fy(亦是吊点(虚拟支座)的垂直反力)
Fy=N+N×0.4/(0.4+0.9)=1.31N=1.31×15.27=20KN
求斜拉力F= Fy/cosφ=1.31N/cos24°=1.31N/0.9135=1.434N=21.90KN
求斜拉杆的水平分力(计算上吊点埋件及连接用,验算钢型支座剪切用)
Fx=Fsinφ=21.9×0.41=8.90KN
(4)断面选择
由内力选择构件断面,具体计算从简、从略。型钢梁选用I16,
抗弯强度验算
σ=Mmax/W=259700/141=184.1N/m㎡< 215 N/m㎡
抗剪强度验算
τ=3054×81/1127×1=21.95 N/m㎡< 125 N/m㎡
拉杆选用Ф20   Fn=3.14c㎡
强度验算σ=2190/3.14=69.74 N/m㎡< 215 N/m㎡
长细比验算:
Υ=d/4=3.14/4=0.785cm,杆长L=295.5cm
长细比 295.5/0.785=376 < 400
压点锚环选用Ф20
σ= RA/Fn=11800/3.14=37.6 N/m㎡< 130 N/m㎡
其它验算本文从略.
三、支承架的连结问题研讨
1、在“规程”中,支承架都采用焊接连接。型钢梁压点和抗弯点支座全采用预埋钢板焊接连接,当然安全可靠。但施工不便,安装、拆除都较麻烦。施工单位大都采用马蹄型埋件(俗称锚环)或预留孔穿螺栓联结。我们认为经过周密验算。选择构件断面安全可靠、连结可靠,也是可以的。但锚环应采用I级钢。不得用螺纹钢,因弯拆加工后很脆,易断。
2、在“规程”中规定,斜拉杆不得采用柔性的钢丝绳作为拉杆用。采用焊接连接,当然采用型钢杆件,变形小、连接可靠。但施工单位大都采用钢丝绳作为拉杆,施工方便。其原因不同于连墙杆,没有受压可能,施工单位也不作计算的拉杆,仅作为对架体进行加强和卸载的技术措施,同时减少悬臂端的挠度。我们认为,经过计算选择,连接可靠,安装中预先起拱的情况下,是可以采用的。而且实际受力情况是由悬臂梁和斜拉杆共同承受的,不像计算那样,各自单独承受,所以要安全得多。
3、悬挑梁的非悬挑部分长度宜为悬挑长度的1.5~2倍,因太长了不经济,太短了压点反力过大,锚环要求高且楼板结构不一定能承受得了。因此,压点检查也是我们现场检查的重点之一。08年9月,我们在检查某工地时,发现型钢梁长长短短不统一,现场监理讲,脚手架施工方案是经过南京专家论证过的。同时发现,支承架斜拉杆拉向垂直平面外,(为避开障碍物),也有将钢丝绳弯折由墙梁侧拉向楼板,这些都是不允许的,存在对梁和钢丝绳损坏的可能。因此,虽经专家论证,也不能放弃安全检查,审查其计算书。
四、纵梁的设计问题设计应尽量使立柱直接支承于支承架上。因传力路线越短越好。迫不得已时,才采用不同间距,设置纵梁。纵梁必须有强度、挠度验算,及其连接详图。2004年,我们审查某高层悬挑式脚手架时,发现纵梁用一根[12槽钢,而且朝天放置,没有验算资料。经我们验算,发现其强度不够,找到工地主管技术员,指出其问题,他却说:“有什么问题啊?我们一向这样搞的,没有发生过问题。”在旁的架子工师傅帮忙说:“这方案就是按我们架设的脚手架画的方案图。”完全凭靠不住的“经验”施工,真是感到惊讶!直到我们领他到现场见到几处不正常的变形时,才采取了加固措施。
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