关于建筑施工脚手架风荷载计算中有关问题的探讨

关于建筑施工脚手架风荷载计算中有关问题的探讨

摘要：建筑施工脚手架所承受的风荷载大小对架体稳定起着重要作用，但部分工程技术人员在脚手架设计时，对风荷载计算的有关规定在理解上存在一些误区，笔者对发现的问题进行总结分析，提出了一些建议和改进措施，供广大技术人员参考。

关键字：脚手架 风荷载

建筑施工现场脚手架承受的水平风荷载对架体侧向稳定以及连墙件设置起着决定性作用，随着社会经济、建筑技术和施工脚手架形式等的不断发展，现行有关建筑施工脚手架的规范、标准，如《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130—2001）（简称“130规范”）、《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ128—2000）（简称“128规范”）、《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008）（简称“166规范”）等中有关风荷载计算的规定，不符合目前脚手架搭设的实际情况，同时与新修订的《建筑结构荷载规范》不一致，造成方案编制人员无所适从，给脚手架施工和使用安全埋下了隐患，因此笔者结合目前最常见的几种脚手架形式，就在方案编制和现场脚手架搭设中发现的问题进行探讨，并提出了解决办法和建议。

一、关于荷载效应组合系数的修正建议。

根据“130规范”和“128规范”规定，验算脚手架在风荷载作用下的立杆稳定时，其效应组合为：永久荷载+0.85*（施工均布荷载+风荷载），其组合系数0.85是以1987版本的《建筑结构荷载规范》（GBJ9—1987）为依据，但《建筑结构荷载规范》在2001年出台了新的版本GB50009—2001，2006年又作了局部修改，故2008年颁布的“166规范”第4.4节中，以新版《建筑结构荷载规范》第3.2.4条规定为依据，将相应的效应组合规定为：永久荷载+0.9*（施工均布荷载+风荷载），故笔者认为对于扣件式和门式钢管脚手架，在验算立杆稳定性时，荷载效应组合系数也应根据现行《建筑结构荷载规范》的规定统一取0.9。

二、关于基本风压的修正建议。

上述3本“脚手架规范”规定，风荷载标准值均按下式计算：

（公式2.1）

式中：wk—风荷载标准值（kN/m2）

μz—风压高度变化系数

μs—脚手架风荷载体型系数

w0—基本风压（kN/m2）

其中基本风压直接套用1987年出版的《建筑结构荷载规范》中重现期30年的基本风压，考虑到脚手架使用周期一般都较短，少则几个月，多则1~2年，遇到强风的概率较30年一遇相比小得多，故公式2.1中将基本风压乘以0.7修正系数，但2001年出版的《建筑结构荷载规范》将基本风压的重现期从30年调整为50年，并增加了重现期为10年和100年的基本风压数据，笔者认为公式2.1中基本风压取值也应随之调整，建议直接取2006年修改版的《建筑结构荷载规范》附表D.4重现期为10年的基本风压，同时取消0.7的修正系数。

三、关于脚手架挡风系数的计算和调整。

根据“130规范”第4.2.4条规定，脚手架挡风系数按下式计算：

（公式3.0.1）

式中：An—挡风面积

Aω—迎风面积

同时，规程根据上述公式，在附录中列出了“敞开式脚手架”的挡风系数，但是目前建筑施工现场实际搭设的“敞开式脚手架”与“130规范”所定义的“敞开式脚手架”存在较大差别，而且较多脚手架满挂安全网，有的还要张挂一定数量的广告、标语等设施，甚至采用竹笆板、绝缘板等作为脚手架外侧的安全防护，这些材料的透风率各不相同，脚手架的挡风系数必需按照实际情况进行调整。

2、采用密目安全网全封闭脚手架挡风系数的计算。

目前工程上最常见的是采用密目安全网全封闭的脚手架（某些地区已不允许采用“敞开式脚手架”），挡风构件包括：敞开式脚手架的钢管（包括立杆、大横杆、防护栏杆、剪刀撑等）和作为安全防护的密目网。

（1）密目安全网的挡风系数可直接咨询生产厂家，常用的2300/100cm2密目网的挡风系数一般为0.841，也可根据厂家提供的参数按下式计算：

（公式3.2.1）

式中：An2—密目安全网在100cm2内的挡风面积

Aω2—密目安全网在100cm2内的迎风面积，即Aω2=100cm2

n—密目安全网在100cm2内的网目数，根据规定n≥2000

A0—每目空隙面积

（2）采用密目安全网全封闭脚手架时，脚手架的挡风面积=密目网的挡风面积+脚手架钢管的挡风面积-两者重叠部分的挡风面积，故此时脚手架挡风系数可根据“敞开式脚手架”的挡风系数和密目安全网的挡风系数，按下式计算：

（公式3.2.2）

3、一些特殊形式的脚手架挡风系数计算。

（1）建设单位为了庆祝建筑物主体封顶或售房需要在脚手架上大面积张挂标语、广告的情况时有发生，而且也难以制止，标语一般采用化纤布制作，广告一般采用专用广告布或胶合板制作，其透风性能较差，加上安全防护网和脚手架钢管的挡风作用，笔者认为其相应部位的挡风面积已非常接近迎风面积，此处的挡风系数可直接取1。

（2）有时因某种原因（如外电线路防护），需要在脚手架外立面采用密目安全网加竹笆板作双重防护，甚至采用绝缘板等密不透风材料进行安全防护，同样笔者认为其挡风系数也应直接取1。

对于上述（1）（2）所述情况，有些企业直接套用规范提供的公式3.0.1计算，笔者认为不妥，公式3.0.1中之所以乘以了一个截面放大系数1.2，是考虑了脚手架为桁架结构和扣件位置的挡风面积放大作用等因素，对于（1）（2）中采用的多种安全防护形式，显然不存在截面放大作用，仅仅是减少了透风率，其挡风面积≈迎风面积，故挡风系数可直接取1。

四、验算立杆稳定性时的最不利位置分析。

“130规范”第5.3.1条规定，组合风荷载计算脚手架立杆稳定，按下式计算：

（公式4.1.1）

式中N—计算立杆段的轴向力设计值

φ—轴心受压构件的稳定系数

A—立杆截面面积

MW—计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩

f—钢材的抗压强度设计值

众所周知，由于脚手架钢管的自重作用，底步架立杆所受的轴力最大，离脚手架顶部越近，立杆轴力越小；相反，在底步架处由风荷载产生的弯矩最小，

离脚手架顶部越近，弯矩越大。因此，在确定最不利位置时，应对每个步段的脚手架立杆所承受的轴力和弯矩进行组合，然后取效应最大值，这样计算起来非常繁琐，所以大部分施工单位为贪图方便，直接取脚手架底部立杆承受的轴力和脚手架顶部位置由风荷载产生的弯矩进行组合，这种组合明显偏于安全，经济性比较差，为此笔者对落地式和悬挑式钢管脚手架进行了大量演算，通过编制电算程序，对脚手架的搭设高度（脚手架总高）、步高、立杆纵距、立杆钢管壁厚、基本风压、使用荷载和悬挑式脚手架的起挑高度等，取不同数值进行组合和计算，对计算结果比较分析后发现，取底部架立杆复核稳定性（即取底步架立杆的轴力和底部架处的风荷载进行组合）能达到安全性与经济性的统一，并符合实际情况。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。