建筑施工扣件式钢管脚手架安全专施工方案编制与实施

建筑施工扣件式钢管脚手架安全专项施工方案编制与实施（讲义）一、概述扣件式钢管脚手架在建筑施工过程中被广泛采用，具有搭建速度快、成本低廉，可重复利用等优点。脚手架作为施工的载体，不仅承受各种建筑材料、工具设备等荷载，同时还是施工作业人员的通道和作业平台，是施工人员伤亡事故的多发部位。据建设部2005年对各类脚手架事故的分析，在脚手架上发生的伤亡事故占高处坠落事故的12.66%，并且多数事故为脚手架失稳坍塌所致。2001年建设部颁布了行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》编号为JGJ130-2001，并于2001年6月1日起施行，2002年9月27日，建设部对该标准的局部条文进行了修订，自2003年1月1日起实行，因此，编号改为JGJ130-2001（2002年版）。《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》从1985年组织编制，至2001年颁布实施经历了16年的时间，期间规范编制组对19个城市的24个施工企业的74个高层脚手架的使用荷载的布置，结构与尺寸，立杆垂直偏差，纵向水平杆水平度，扣件螺栓拧紧扭力矩等进行了调查与实测。收集与翻译了英、美、日、德等国家共7种同类规范与资料。调查了115个省、市建筑施工企业，收集企业标准、论文、试验、使用荷载、构造尺寸等资料80多份。在编制过程中以脚手架设计计算与构造为中心，开展了52个原型脚手架及19个模型架破坏试验，通过大量的数据处理与理论分析，确定了脚手架设计计算的重要科学依据。（二）高度超过50m的脚手架验算实例：现有一位于某市郊区的建筑工程，需要搭设高度超过60m的双排外装修脚手架，初拟内立杆离开外墙皮的距离b1=O.35m，立杆横距lb=1.05m，立杆纵距la=1.5m，步距=1.8m，全架共铺设钢脚手板6层，两层同时作业，连墙点则按2步3跨设置。试确定该脚手架的可搭设高度?当可搭设高度达不到应超过60m的要求时，需采用何种措施予以满足?1．荷载作用计算即计算立杆由恒载、活载和风载标准值产生的轴向力NGk、∑NQk和NWk。由于外立杆有围挡材料的荷载作用，而内立杆有靠墙脚手板的荷载作用，因此，应分别计算内立杆和外立杆的荷载作用。(1)恒载作用NGk计算本例题中需组合风载作用，故将铺板层构造和围挡材料荷载作用均纳入∑NQk中计算。由于无其他构配件设置，则无NG2k一项，即NGk=NGlk=Hsgk，Hs为脚手架的可搭设高度，每米高结构自重在计算立杆中产生的轴向力gk可查《扣件架规范》附录的表A-1，得gk=O.15kN/m。因内、外立杆的NGk相同，故得到：NGk内=NGk外=gk.Hs=O.15Hs(a)(2)活载作用∑NQk计算这类活载容易计算，一般不用查表，只需查出其材料自重即可计算(查不到自重时，可取样称量确定，按大于其平均值加2倍均方差取值即可)。但计算要仔细，尽量避免漏项。1)作业层施工荷载作用NQk1已知参数为作业层数n1=2，作业层荷载qk1=2kN/m2，内、外立杆的承载面积分别为：S内=la(O.5lb+b′1)=1.5(0.5×1.05+0.25)=1.1625m2，其中在内立杆里边铺一块钢脚手板，宽b′1=O.25m；S外=O.5lalb=O.7875m2。则NQkl内=2×2×1.1625=4.65kN；NQk1外=2×2×O.7875=3.15kN。2)铺板层构造荷载作用NQk2已知铺板层数n=6，铺板层构造包括钢脚手板和平接头下增加的支承横杆及其连接扣件(按每跨有1根2m长横杆计)，即22/352.0052.03.0)01.0038.0(5.13.123.0mkNqk则NQk2内=6×1.625×O.352=3.432kN；NQk2外=6×O.7875×O.352=1.663kN3)围挡防护材料作用NQk3仅外立杆有此荷载作用。围挡防护常用的有以下5种设置形式：a.铺板层外侧设挡脚板和栏杆，NQk3=n2laqk31；b.铺板层半高封闭，NQk3=la(1.2n2qk32+n2n3qk33)；C.铺板层全高封闭，NQk3=la(n2hqk32+n2n3qk33)；d.沿架全高半封闭，NQk3=lahHS(1.2qk32+n3qk33)；e.沿架高全封闭，NQk3=la(Hsqk32+hHSn3qk33)。以上各式中，qk31为挡脚板、栏杆自重，查表4.2.1.2，取qk31=0.11kN/m；qk32为围挡材料单位面积自重，可查《实用手册》表15.31，或取安全网、编织布为O.002kN/m2，竹席为O.005kN/m2，竹笆板为0.045kN/m2；n3为每一步距h中因固定围挡材料增加的横杆数，可取n3=2；qk33为支承横杆及其连接扣件的单位自重，qk33=0.038+O.013=0.051kN/m。半封闭的高度取1.2m。当la=1.5m、h=1.8m和Hs=60m时，5种围挡作法下的NQk3值列入表5中。la=1.5m．h=1.8m．Hs=60m时的NQk3值表5围挡作法NQk3(kN)，当qk322(kN/m2)为0.0020.005O．045A0.99B0.940O.9721.404CO.9510.9991.647d5.225.407.80e5.285.559.15由于围挡的全高设置荷载太大，故采用b种围挡作法，并将每步支承围挡的增加横杆减为l根，在采用竹笆板时，NQk3=1.404-O.459=0.945kN。由此得到内、外立杆的∑NQk值为：∑NQk内=NQk1内+NQk2内=4.65+3.432=8.082kN：∑NQk外=NQk1外+NQk2外+NQk3=3.15+1.663+O.945=5.758kN(3)风载作用NWk计算立杆受风载作用产生的NWk=WAMWk，式中立杆截面积A=489mm2时，立杆截面模量W=5078mm3，则Nwk=5078489Mwk=O.0963(mm-1)Mwk。为说明计算Mw的(5.3.4)式的形成过程，将Mwk分步计算如下：1)计算风载标准值Wk=O.7μsμzWoW0为基本风压值，从《建筑结构荷载规范》或《实用手册》(P413)可查得某地区的W0=0.25kN/m2。μz为风压高度变化系数，为考虑验算的需要，按市郊(B类)地区，从《实用手册》(P413)查得μz=0.8(5m高处)；1.25(20m高处)；1.42(30m高处)；1.67(50m高处)。μz为脚手架的风载体型系数。由于采用连续6层的半封闭围挡作法，当脚手架背靠的建筑物为框架时，其μs=1.3。内、外立杆都要考虑风载作用，且其挡风系数不同。内立杆所在的内立面无围挡，当la=1.5m、h=1.8m时，可从规范附录表A-3中查得1=O.089，外立杆每层的围挡高度为1.2m，1.2/1.8=0.667，则外立面的=0.667+O.333×O.089=O.697。则计算内立杆的μs1=1.3×O.089=O.116；计算外立杆的μs=1.3×0.697=O.906。不同高度处内、外立杆计算的风载标准值Wk列入表6中。wk的取值表6类别wk(kN/m2)，当计算高度为(m)5203050内立杆O.0162O.02540.0288O.0339外立杆0.12680.1982O.2251O.26482)计算风线荷载qwkqWk即立杆所受到的均布风载，qWk=laWk3)计算风载弯矩MWk按受均布荷载qWk作用的三跨连续梁计算，Mwk=101qwkh2。由于MW=1.4×O.85MWk，将MWk和qWk的计算式代人，即可得到规范给出的计算式(5.3.4)式。4)计算风载引起的轴力NWk将MWk的单位化为kN.mm，即可用NWk=O.0963MWk计算出NWk。以上qWk、Mwk和NWk的计算数据列入表7中。qwk、Mwk和NWk的计算值表7项目单位类别风压计算高度(m)5203050qwkKN/m内立杆0.02430.03810.04320.0509外立杆0.19020.29730.33770.3972MwkkN.mm内立杆7.87312.34413.99716.492外立杆61.62596.325109.415128.693MwkkN内立杆0.7581.1891.3481.588外立杆5.9359.2761.53712.3932.计算可搭设高度脚手架整体稳定的计算式为：1.2NGk+1.4×O.85(∑NQk+NWk)≤Af(b)式中A=489mm2，f=205N/mm2=0.205kN/mm2，稳定系数的确如下：查表5.3.3得立杆计算长度系数μ=1.5，立杆的计算长度lo=kμh=1.155×1.5×1.8=3.119m=3119mm，立杆的回转半径i=15.78mm，则立杆的计算长细比入=il0=3119／15.78=197.66，查《实用手册》(P584)附表15-5-1得=0.185。将NGk=0.15Hs代入上式中，移项得到：)(61.603.10318.0)(19.1205.0489185.015.02.1)(19.1WKQKSWKQKWKQKSNNHNNNNAfH若要求Hs≥60m，也即103.03-6.6l(∑NQk+NWk)≥60m，由此得到：kNNNWKQK51.661.66003.103即欲使脚手架的搭设高度≥60m，就必须使∑NQk+NWk≤6.51kN，且∑NQk+NWk的数值每增(减)0.15kN，Hs就要相应减(增)1m。此外，还应注意对高度每升高1m时的风荷作用增加值△NWk进行控制。因为，在∑NQk不变的情况下，当△NWk0.15kN时，越往上越危险(荷载越大)；当△NWk=0.15kN时，架子全高都是危险截面；只有当△NWk0.15kN时，其危险截面方在底部。将上述内、外立杆的∑NQk和NWk的计算值代人以下二式，即可确定其可搭设高度的数值：mHkNNmHkNNNHNNkNNSkSkSWKQKK45.2515.0183.560)(183.5)935.5758.5(51.647.4415.033.260)(33.2)758.0082.8(51.615.060)(51.6外外内内外立杆为：内立杆为：显然，当上述计算参数都不改变的话，则该架只能按对外立杆的要求搭设到26m。若要搭设高一些，就必须相应降低可变荷载标准值在立杆中所产生的轴向力。3．设计荷载的调整即调整NQ2k、NQ3k和NWk的计算值，其调整效果分析如下：(1)将铺板层由6层改为4层，则NQ2k的降低值△NQk2=2×O.7875×O.352=0.5544kN，相应围挡荷载的降低值396.0188.16231QKN，该项调整可增加搭设高度mHS34.6)396.05544.0(15.01(2)将封闭挡护材料的竹笆改为安全网或编织布。则相应围挡荷载的降低值△NQk32=4×1.5×1.2(O.045-O.002)=O.310kN。而风载作用的降低值△NWk计算如下：1)采用800目/cm2密目安全网时，网的挡风系数取O.4，则作业层挡风系数为=0.667×0.4+O.333×O.089=O.296；μs=l.3=0.385；Wk=O.0539kN/m2，qWk=O.0809kN/m；Mwx=0.1×1.82×0.0809=0.0262kN.m=26.2kN.mm；NWk=O.0963×26.2=2.523kN；△NWk=5.935-2.523=3.412kN。△NQk32+△NWk=O.310+3.412=3.722kN，mHS81.2415.0722.32)采用2000目/cm2密目安全网时，网的挡风系数取O.5，则：=O.667×O.5+O.333×0.089=O.363；μs=1.3×O.363=0.472；Wk=0.0661kN/m2；qWk=O.0991；MWk=0.0321kN.m=32.1kN.mm；NWk=O.0963×32.1=3.09kN；△NWk=5.935-