脚手架安全技术

二○一○年五月安全技术讲座——脚手架、转料平台1.《关于加强脚手架施工安全管理的通知》（闽建建[2004]4号）针对晋江泉安路改造工程竹脚手架倒塌，对竹架使用限制2.《关于深化建筑安全生产专项整治淘汰限制使用竹脚手架、井字架、人工挖孔桩等落后施工设备和工艺的实施意见》（闽建建[2006]38号）在市区、县城禁止使用竹脚手架3.《建筑施工悬挑式脚手架安全技术若干规定（试行）》的通知（闽建科[2004]19号）4.《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（建质[2009]87号）高度50m以上落地式脚手架高度20m以上悬挑架需论证5.《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）6.《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ128-2000)7.《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008）8.《省直监工程建筑施工转料平台安全技术若干规定》（闽建建函[2007]52号）一、脚手架、转料平台法规、规范二、荷载及变形值的规定1、脚手架所受荷载永久荷载：（1）结构自重标准值G1k，（2）脚手板自重标准值G2k（3）栏杆与挡脚板自重标准值G3k（4）吊挂安全设施（安全网等）标准值G4k可变荷载：（5）作业层施工活荷载标准值Q1k（6）风荷载标准值Wk密目式安全网全封闭脚手架风压:高度（m）5255075100Wk(kN/m2)市区/郊区0.41/0.550.51/0.740.69/0.920.83/1.10.94/1.2二、荷载及变形值的规定2、风荷载计算风荷载标准值按照以下公式计算Wk=0.7μz·μs·ω0其中ω0--基本风压(kN/m2)，按n=50年的规定采用；泉州沿海地区取ω0=0.7kN/m2μz--风荷载高度变化系数；μs--风荷载体型系数,按下表规定采用；表4.2.4脚手架的风荷载体型系数μs注：a．μstw值可将脚手架视为桁架，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GBJ50009）的规定计算；b．φ为挡风系数，φ=1.2An/AW，其中An为挡风面积；AW为迎风面积。敞开式单、双排脚手架的φ值宜按本规范附录A表A－3采用。二、荷载及变形值的规定例：密目式安全网全封闭脚手架挡风系数计算目前建筑工地常用的是大于2000目/100cm2的密目式安全网，例如：2300目/100cm2，每目孔隙面积A0=1.3mm2密目式安全网挡风系数：φ1=1.2An/AW=1.2(100-nA0)/100=1.2(100-2300×1.3/100)/100=0.841扣件钢管脚手架挡风系数，查附录A表A－3：φ2=0.089密目式安全网全封闭脚手架挡风系数：φ=φ1+φ2（1-φ1/1.2）=0.868上面计算φ很大，也有试验资料表明，φ1可取0.54。二、荷载及变形值的规定3、荷载效应组合参与计算脚手架荷载效应组合的各项荷载的标准值组合应符合表4.3.1的规定。表4.3.1荷载效应组合二、荷载及变形值的规定4、变形值规定受弯构件挠度不应超过表5.1.8中规定的容许值。表5.1.8受弯构件的挠度三、双排脚手架设计计算1、纵横水平杆承载力计算2、扣件抗滑承载力计算3、立杆稳定性计算4、连墙件计算5、立杆地基承载力计算三、双排脚手架设计计算1、纵横水平杆承载力计算抗弯验算：σ＝M/W≤f挠度验算：ν=αqgL4/(100EI)+βPL3/(100EI)≤[v]水平杆剪切承载力不起控制作用，可不验算。2、扣件抗滑承载力计算纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算：R≤Rc其中Rc--扣件抗滑承载力设计值,单扣件取8kN，双扣件取12kN；R--纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；三、双排脚手架设计计算3、立杆稳定性计算考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式σ=N/(φA)+MW/W≤f不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式σ=N/(φA)≤f其中f--钢管立杆（属冷弯薄壁型钢）抗压强度设计值，取205MPa；lo--计算长度,由公式l0=kuh确定；式中k—计算长度附加系数，其值取1.155，h—立杆步距。μ—考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，应按表5.3.3采用；表5.3.3脚手架立杆的计算长度系数μ三、双排脚手架设计计算虽然在表达形式上是对单根立杆的稳定计算，但实质上是对脚手架结构的整体稳定计算。右图为脚手架失稳的模态及计算长度l0计算模型。l0为h-H之间。即l0=kμh，μ值是根据原型脚手架整体稳定性试验所取得的科研成果，是反映脚手架各杆件对立杆的约束作用。它综合了影响脚手架整体失稳的各种因素，当然也包含了立杆偏心受荷（初偏心e=53mm）的实际工况。k值采用概率极限状态设计法相对容许应力法安全系数K=2的结构抗力调整系数反映到计算长度时的附加系数。三、双排脚手架设计计算脚手架稳定性要求限制了脚手架有搭设高度，经计算，泉州市区落地式钢管脚手架（横距1.05m，纵距1.5m，步距1.8m），允许搭设高度如下(m)：敞开全封闭两步三跨5044.8三步三跨45.428.8三、双排脚手架设计计算4、连墙件计算连墙件扣件承载力起控制作用，承载力按下式计算：Nl=Nlw+N0≤Rc其中Nlw--风荷载产生的连墙件轴向力设计值(kN)N0--连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力(kN),Nl--连墙件的轴向力设计值(kN)三、双排脚手架设计计算泉州是沿海地区，基本风压很大。计算出的连墙件的轴向力设计值都很大，下表为跨距1.5m、步距1.8m，两步两跨、全封闭脚手架（背靠建筑敞开、市区）连墙件在不同高度轴力设计值Nl：高度（m）5256075100Nl(kN)11.212.716.317.519.2从上表知，所处高度60米以内的脚手架，连墙件受力8KN—16KN，需采用双扣件，大于60米，采用双扣件也不能达到要求，应再加密连墙件。双扣件连墙件连接如右图所示。三、双排脚手架设计计算5、立杆地基承载力计算立柱底地基承载力应按下列公式计算：p=N/A≤fgfg=kcfgk式中p──立柱底垫木的底面平均压力；N──上部立柱传至基础顶面的轴向力设计值；A──基础底面面积；fg──地基土承载力设计值；fgk──地基土承载力标准值；kc──地基土承载力折减系数。对碎石土、砂土、回填土应取0.4；对粘土应取0.5；对岩石、混凝土应取1.0。其取值与模板规范略有不同。四、脚手架破坏形式1、倾覆2、侧向变形3、整体失稳四、脚手架破坏形式1.倾覆破坏形式：架体沿垂直于墙体方向整体向外翻倒。原因分析：(1)横向水平力过大(2)联墙点过少或过早拆除(3)架体偏心受荷(4)内外立杆的地基不均匀沉降(5)架体垂直度偏差大四、脚手架破坏形式2、侧向变形破坏形式：架体沿墙纵向侧向变形，引起架体倒塌。原因分析：（1）纵向水平荷载过大（3）纵向长度较短（2）未按要求设剪刀撑四、脚手架破坏形式3、整体失稳破坏形式：立杆失稳承载力剧降，导致架体整体平面外变形。原因分析：(1)荷载过大；(2)联墙点间距偏大；(3)立杆、纵向水平杆接头不当，横向水平杆漏设；(4)未设横向斜杆；(5)立杆偏心受荷；(6)局部地基承载力不足，下沉过大；1―连墙件；2―失稳方向双排脚手架的整体失稳四、脚手架破坏形式影响脚手架稳定性的因素：因素一：步距脚手架的临界荷载与立杆长度有着紧密的关系，它与压杆长度的平方成反比，它随脚手架的步距的加大而减少，实验表明当步距由1.2m增加到1.8m的时候，临界荷载下降26.1%四、脚手架破坏形式因素二：连墙件连墙件一般设置为两步三跨，三步三跨，如果随意扩大连墙件的竖向间距，就会导致脚手架临界荷载大大降低，实验表明当连墙件的竖向距离从3.6m，加大到7.2m时，脚手架的临界载荷下降了33.88%。脚手架发生整体失稳，呈现出内外立杆与横向水平杆组成的横向框架沿垂直于主体结构方向的大波弯曲现象，其波长大致等于连墙件竖向间距。连墙件对立杆起到一个中间支座的作用。联墙点减少，失稳波形波长变大，临界荷载减少，P1P2四、脚手架破坏形式因素三：扫地杆的设置扫地杆一般设置在离脚手架立杆基础上皮20cm处，扫地杆在脚手架中主要是起到对立杆的约束作用，起到降低立杆计算长度的作用。规定中确定的脚手架首步架高为1.5m指的就是扫地杆的步距。因素四：立杆横距加大立杆横距，在其他条件不变的情况下，会加大立杆的长度计算系数，导致脚手架临界承载力下降，实验表明，当立杆横距由1.2m加大到1.5m，时承载力下降11.35%。四、脚手架破坏形式因素五：剪刀撑剪刀撑的存在将脚手架立杆连接在一起，提高了脚手架整体的空间刚度，也提高脚手架的整体稳定性，实验表明，加设剪刀撑的脚手架比不加设剪刀撑的脚手架临界承载力提高了12.49%。因素六：扣件的拧紧程度扣件的拧紧程度越高，则脚手架的压杆类型可近似的向两端固定接近，可大大降低脚手架的立杆计算长度，提高脚手架的承载能力。实验表明，主节点处拧紧力矩30N.m与拧紧力矩为50N.m进行比较，脚手架临界承载力提高20%。四、脚手架破坏形式因素七：水平支撑实验表明，立杆纵距与水平支撑对提高脚手架的稳定性也可以起到一定的作用，但是效果不如其它杆件明显。因素八：横向支撑由于脚手架纵向刚度远大于横向刚度，因此在脚手架横向截面上设置横向支撑有助于提高脚手架的横向刚度，提高脚手架的稳定承载能力。实验表明，横向支撑可将脚手架临界承载力提高15%以上。因素九：连墙件花排实验表明花排比并排提高10%以上。五、脚手架构造及施工要求四、脚手架破坏形式综合上面分析，脚手架坍蹋的原因及承载力影响因素，可归纳以下几点：（1）地基承载力；（2）由立杆、水平杆组成的脚手架空间框架搭设；（3）连墙点设置；（4）剪刀撑和横向斜撑。（5）承受荷载；规范中对脚手架的构造及施工要求主要针对这五大因素展开。五、脚手架构造及施工要求1、地基及立杆底部构造主要是保证地基受力面积，保证地基承载力不随外在因素而发生变化。（1）每根立杆底部应设置底座或垫板。垫板宜采用长度不少于2跨、厚度不小于50mm的木垫板，也可采用槽钢。脚手架底座底面标高宜高于自然地坪50mm。（2）搭设场地应平整无杂物，确保排水畅通，不得出现地基积水现象。（3）当脚手架基础下有设备基础、管沟时，在脚手架使用过程中不应开挖，否则必须采取加固措施。（4）对搭设在楼面上的脚手架，应对楼面承载力进行验算。五、脚手架构造及施工要求自然地面脚手架基础示例[说明]1、脚手架地基应平整夯实；2、脚手架的立柱不能直接立于地面上，应加设底座或垫板，垫板厚度不小于50mm；3、遇有坑槽时，立杆应下到槽底或在槽上加设底梁；五、脚手架构造及施工要求2、立杆及水平杆由立杆及纵横水平杆组成的脚手架框架，是脚手架的受力结构，其正确的搭设将确保脚手架的承载能力。（1）主节点处必须设置一根横向水平杆，用直角扣件扣接且严禁拆除。（2）脚手架必须设置纵、横向扫地杆。（3）在封闭型脚手架的同一步中，纵向水平杆应四周交圈，用直角扣件与内外角部立杆固定。五、脚手架构造及施工要求（4）立杆垂直度偏差、纵向水平杆的高差应控制在允许范围之内。（5）扣件安装应符合下列规定：1）螺栓拧紧扭力矩不应小于40N·m，且不应大于65N·m；2）在主节点处固定横向水平杆、纵向水平杆、剪刀撑、横向斜撑等用的直角扣件、旋转扣件的中心点的相互距离不应大于150mm3）对接扣件开口应朝上或朝内；4）各杆件端头伸出扣件盖板边缘长度不应小于100mm。五、脚手架构造及施工要求（6）立杆接长除顶层顶步外，其余各层各步接头必须采用对接扣件连接。（7）纵向水平杆接长宜采用对接扣件连接，也可采用搭接。五、脚手架构造及施工要求3、连墙件连墙件是脚手架最重要的构件，它是确保脚手架不发生失稳破坏及倾覆的重要构造措施。脚手架从搭设、使用、拆除各个阶段都必须保证连墙件正确设置。（1）立杆须用连墙件与建筑物可靠连接，连墙件布置最大间距不能超过三步三跨。（2）连墙件的布置应符合下列规定：1）宜靠近主节点设置，偏离主节点的距离不应大于300mm；2）应从底层第一步纵