模板支架立杆计算中的风荷载体型系数

1模板支架立杆计算中的风荷载体型系数○林伊宁（广西建设工程质量安全监督总站）【摘要】现行规范给出的风荷载体型系数计算式不适用于模板支架计算中的单立杆计算。【关键词】风荷载体型系数0引言在模板支架的立杆计算中，风荷载标准值WK按GB50009-2001《建筑结构荷载规范》式7.1.1-1计算：0WWzszk式中的μS是杆件的风荷载体型系数。本文就μS的取值问题作一探讨,为此，需要涉及如下规范：GB50009-2001《建筑结构荷载规范》（2006年版）JGJ130-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（2002年版）JGJ162-2008《建筑施工模板安全技术规范》JGJ166-2008《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》1现行规范对μS取值的规定对μS的取值,各规范各有规定：――JGJ162-2008第4.1.3条规定按GB50009-2001（2006年版）计算，在GB50009-2001(2006年版)中，与模板支架体型相近的是表7.3.1中第32项至第37项，具体按哪一项取值，JGJ162-2008未作出明确规定。――JGJ166-2008第4.3.2条第3款给出了无遮拦多排模板支架的体型系数为11nsts该式出自GB50009-2001表7.3.1第32（b）项，式中n为顺风向支架立杆的排数；η按JGJ166-2008第4.3.2条规定，当杆件的挡风面积与迎风全面积的比值010AA小于或等于0.1时，取97.0；μSt为单排架的体型系数，0102.12.1AAst。――JGJ130-2001（2002年版）第4.2.4条规定，敞开式单、双排脚手架的体型系数012.1AAst该式与JGJ166-2008的规定一致。按JGJ130-2001对第4.2.4条的条文说明，单排架的体型系数可作如下计算201012.1)325.0(2.12.12.1hldhlhlhlAAAaaaast式中A1为杆件在计算单元内的挡风面积，包括计算杆长为al的水平杆、计算杆长为h的立杆以及计算杆长为每平方米内0.325m平均长度的剪刀撑3种杆件在迎风面上的投影；hlAa0为计算单元迎风面全面积；1.2是节点增大系数。（JGJ130附录A表A-3就是按上式对设定数据进行计算后所制成的表）综合以上各规范的规定，得出支架杆件风荷载体型系数的计算式为单排立杆支架01012.1)325.0(2.12.12.1hldhlhlhlAAAaaaast(1)多排立杆支架11nsts（2）为了在工程实践中应用，先设定几组数据代入试算，然后再讨论如何应用。2试算设：模板支架的立杆纵距、横距、步高均为1.5m，分别求顺风向具有15排立杆、30排立杆和50排立杆的支架的风荷载体型系数。2.1求顺风向为单排立杆的支架的风荷载体型系数μSt已知：mhllba5.1，所用钢管为mm5.3×48管，mmmd048.048。将已知数据代入式（1），得0955.05.15.1048.0)5.15.1325.05.15.1(2.1)325.0(2.1hldhlhlaaast即0955.02.10st其中0796.02.10955.002.2求顺风向具有15排立杆、30排立杆和50排立杆的支架的风荷载体型系数按JGJ166-2008第4.3.2条第3款的规定，当1.0≤0时，97.0，已知n分别为n＝15、30、50，分别代入式（2），得：a)当n＝15167197016333010955097019701095501115.......＝－－＝－－＝nstsb)当n＝30907197014010010955097019701095501130.......＝－－＝－－＝nsts3c)当n＝50489297012181010955097019701095501150.......＝－－＝－－＝nsts3讨论3.1风荷载体型系数μS有随架体顺风向立杆排数不断增多而增大的趋势从以上试算可知：当15n时，167.1s；当30n时，907.1s；当50n时，489.2s。可见，式97.0197.01－－ns，当n无限增大时，s也增大，最后趋向于1/0.03的极限值。3.2s不是单条立杆的风荷载体型系数，而是计算单元全面积上顺风向架体结构的风荷载体型系数从试算可知，μS随架体顺风向立杆排数的增多而增大，所求出的μS不适用于单立杆，而适用于将顺风向n排立杆作为一个结构整体来考虑的情况（对此下文有更详尽的分析）。3.3分析风荷载在单立杆上引起弯矩的计算公式，再看μS的意义JGJ162-2008式5.2.5-15给出了单立杆上由风荷载引起的弯矩值为104.19.022hlWMakw式中的0.92，一个0.9是结构重要性系数、另一个0.9是可变荷载效应组合系数，而1.4是可变荷载分项系数[见GB50009-2001(2006年版)第3.2.2条、3.2.4条、3.2.5条]。除去0.9、0.9、1.4这3个系数之后，将余下的102hlWak与简支梁的跨中弯矩82ql作比较，不同点在于，前者的分母是10，后者分母是8，这是考虑到支架中立杆的支承情况不完全是简支而类似于连续梁。前者分母为10，是考虑完全按简支计算的弯矩值不符合工程实际，应适当减小。再看简支梁两支座的距离。前者是h，即步高，后者是l，即梁长，这两者是同一概念，4即同是计算跨中弯矩时所取的简支梁两支座间的距离。将剩下的aklW与q作比较，发现aklW就是简支梁的线荷载q，即此线荷载是以立杆间距al为迎风面宽度的计算单元的线荷载。换言之，按JGJ162-2008计算风荷载在单条立杆上引起的弯矩，是以计算单元的全面积计算的，不是以杆件受风面积计算的。所以，从104.19.022hlWMakw可知，若wM是以计算单元全面积算出的，则放大了风力的影响，不合理，需要往小的方向修正，修正的手段就是μS，所以一旦1s则不合理。再看GB50009-2001（2006年版）表7.3.1第2项至第23项以实墙迎风来计算的各类房屋，其中风荷载体型系数分别为：迎风面＋0.8，背风面-0.5或-0.4。换言之，就单面实墙而言，其风荷载体型系数的绝对值均小于1。支架中的立杆，排列再密也不可能与实墙相比，所以对于支架立杆，必定有1s所以，从以上按2.2给出条件算出的μS均大于1的结果可知，此μS是将整个架体作为整体结构考虑时，一个计算单元的风荷载体型系数，而不是单条立杆的风荷载体型系数，所以按式（2）算出的μS不可直接用于单立杆的稳定计算。3.4如何确定单立杆上的风荷载体型系数确定单立杆上的风荷载体型系数有两种途径：a）先确定模板支架的计算简图，再按式（2）求出μS，用μS确定风荷载标准值WK，然后通过整架受力分析反求单立杆的风荷载体型系数；b）由风洞试验结果确定。3.5模板支架的计算简图无法确定现在的模板支架计算为什么仅算单立杆的稳定性，而不作整架计算？不是计算量大的原因，因为现在已有计算速度极高的计算机，再大的计算量也不是问题。问题在于模板支架的计算简图无法确定，对此问题讨论如下：a）确定为多层多跨框架不合适，因为杆件节点不是刚节点，不能承受弯矩的作用。b）确定为桁架或网架不合适，因为支架立杆大多数跨内无斜腹杆，其结构形式不同。而且每条立杆均落地，其受力形式也不同。c）确定为多层多跨排架不合适，因为立杆以对接扣件接长，即立杆沿杆高有铰接点，与普通排架柱不同。换一个角度看，如果能确定支架架体的计算简图，就可以进行整架结构计算，而不必进行单立杆计算了，讨论单立杆上的μS已经没有意义。4结论a）现行规范给出的风荷载体型系数计算式511nsts不适用于模板支架中的单立杆计算。b）迄今为止，现行规范未给出可以用于模板支架的单立杆风荷载体型系数计算式。c）单立杆的风荷载体型系数应通过风洞试验确定。2009年4月8日