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摘要：随着超高层大跨度空间结构的长足发展,外脚手架体系是施工的难题。图1,由于脚手架的设计理论有待完善,搭设很大程度上依靠经验,石油化工结构形式的变化会对支撑架体作出新的要求,全面了解脚手架的受力特点,使脚手架工程架体设计不断得以优化,是我们面临的重要课题。
关键词：石油化工；施工现场；脚手架；稳定性
1脚手架搭设优化在施工中的必要性
在施工中,脚手架搭设采用劳务分包。由于责任不够明确,工程监督管理责任缺失。施工中盲目赶工期,导致架体没有形成完整的支撑系统,从而引起脚手架失稳倒塌事故经常发生。为了搞清支撑体系承载力稳定性的影响因素,总承包单位对细节重点监控:审查材料的规格数量等;控制管控节点;规范验收程序。在具体施工中力求悬挑工字钢排列间距大小一致;脚手架立杆间距均匀;保证脚手架体搭设美观实用。杜绝仅凭经验搭设,悬挑槽钢底部封闭不严实。对材料及工具、外脚手架体平面和立面布置、细部构造的优化、材料的计划、施工过程管理等作业工序加强优化。脚手架搭设施工优化对于有效预防工程安全事故的发生,具有积极深远的社会经济效益。
2脚手架工程存在危险有害因素
根据现场的勘查,经过本项目的施工性质、构筑物材料、结构、地质地理和气象等因素的分析,该项目有危险、有害的因素有坍塌、高处坠落、物体的打击、机械的伤害、火灾、触电、雷电有攻击、人员拥挤、其他危害等。
2.1坍塌
工程构筑物以脚手架为骨架,调查脚手工程的工程方案是不合理的,检查脚手结构的计算、脚手结构、脚手架结构,拆除的方法不满足规范的要求,检查缺乏及时的保守的保养,在强风、暴雨等自然灾害或人员紧急疏散时,有太大的积压,所以使石油化工倾斜、倒塌。
2.2高处坠落
本项目主要是脚架的配置,在施工、维护、维护过程中,地上的落下事故容易发生,往往没有受到重视。在高处落下的主要原因:(1)没有按要求使用安全网、安全带、安全帽。(2)在高的地方工作的时候,安全防护设施被损坏。(3)安全保护装置在不完备或缺乏保护设施的设备和设施上进行作业。(4)没有戴防滑的软底鞋。
2.3物体打击
在本项目的工程中,因为使用的工具,其他物品的配置不符合安全要求,或者是安全防护措施不规范,或是不正确使用安全网络,或者便宜因为没有根据所有的操作规程操作,坠落,或者倒下,工作人员没有安全的帽子。
2.4机械伤害
这个项目在施工中需要使用电锯,违反操作规定或注意力不集中的情况下,操作者会受到伤害。另外,施工中使用的空气压缩机,如果没有防护罩和防护罩的话会有障碍。
2.5车辆伤害
本工程的脚手架和各种材料等都是由运输车辆进行运输,车辆进入工程的时候的机械故障和人员的失误驾驶等发生时,容易导致车辆出现问题。驾驶者驾驶失误,或车辆的刹车失灵,容易在立足处崩塌从而发生重大事故。
2.6火灾
本项目需要材料和板材等都是可燃材料,由于施工中发生了电气设备的故障、线路和接尾路的火花,施工者在禁烟区吸烟,吸烟后随地扔,然后发生火灾。紧急措施的不及时将扩大火灾事故,使人员伤亡。
2.7触电
本项目的电气设备包括空气压缩机和电圆锯,在没有电线路和正常电的金属零件的异常情况下,可能会对人体进行电击和电伤。另外,在施工中使用各种电动工具,即使有不合格等缺陷,也有可能导致触电事故。
2.8雷击
本项目的脚手架铁管立棒高,遭雷击的可能性比较大。雷击电气设备和设施,会产生一定程度的损坏,另外,增加了触电事故发生的可能性。
2.9人员拥挤踩踏
工程中,由于火灾、倒塌、治安事件、刑事案件、恐怖事件等,有可能产生人们的紧急退避。如果失力的话,会引起拥挤,可能会发生重大的死伤事故。
2.10其他伤害
管理制度不严,指挥错误和违反操作会发生其他类型的伤害,发生跌倒、扭曲等伤害。
3整体稳定承载力
(1)实腹式部材弯曲的时候,切割的变形很小,一般来说是无法想象的。由于脚手架的两条立杆没有与实体相连,所以水平杆的剪切比实际腹式杆的腹板弱,考虑了微曲线的平衡的情况下,除了弯曲变形以外,必须考虑变形的影响。长对L,两端铰接的理想等截面直柱,轴心压力达到临界值时,杆处于弯曲的细微的平衡状态。考虑到切割的变形,可以换算成杠杆为:
整体分析方法的计算结果与有限元的计算结果基本一致,并且计算结果都是有限的原计算结果,是安全的。那么不相同的原因主要是在推论的过程中,假设各杆的逆曲线都在杆中的点上,扭矩是直线性的变化,实际的分析,数量越高,接近这个假设。在导导过程中,没有考虑到端部效果。在数量少的时候,端部的效果明显了。计算模型和实际情况之间有差异。
4分肢稳定承载力
(1)每2段在N点之间,台体分肢是各自的腹式受压部材。对于脚手架来说,不仅要分析整体的稳定性,还必须分析分肢的稳定性。由于脚手架体有初期缺陷,所以在各台阶中,加上轴心的压力加上扭矩,根据各自的分肢使轴力相等,并且部分兼一部分的扭矩。由于扭矩的作用,各部分的轴力不相等。
另外,根据剪切力,各部分的肢能的局部曲线,此时,应按曲部的对分肢稳定性进行检查,但是由于脚手架体的变形曲线复杂,所以不容易计算扭矩和切割,所以在“钢结构设计规范”中板式部材分肢长的规定,稳定性和强度满足分肢所需要的。
(2)与板式部材相比,脚手架的水平棒的长度大,由于扭矩对分轴力的影响小,所以基本上可以无视。从这种角度来说,是简单的安全。采用SAP2000软件的是一般的各种类型的框架。根据变形状况分析,也适用这个简化。
(3)立竿是1.2m和1.8m,水平棒的长度为1.5m,层数比3大的时候,各列架的身体变得不稳定的时候,为了整体的稳定,最大限度保证脚手架体的分肢稳定性,给对分肢给予一定的限制。一般来说,考虑到墙中的多层立杆的整体稳定性的话,分肢长不应该超过1.8m。
5计算方法适用性
在墙壁之间存在多层立杆,如果没有走廊的斜棒,可以使用整体的分析方法,真实反映其装载力,但整体的分析方法是复杂的,脚手架的数量少的话,一般用单棒进行分析可以。因此,在使用这个方法的情况下,有一定的适用性限制条件。
(1)对层数的要求:(1)当层数少时,水平杆数少,对框架的约束小,整体效果不明显,单杆分析结果差别不大;(2)在分析过程中,重复。一般采用分段统计分析,层数少,端部效应明显,计算模型误差大。
(2)各框架对高宽比的要求如下:(1)高宽比较小时,水平杆相对较长,竖向杆约束较小,整体效果不明显;(2)高宽比较小时,剪切变形较大。在影响下,不能反映连接墙间距对稳定承载力的影响。
(3)根据计算结果,当层数小于3或高宽比小于4时,该方法与有限元法的计算结果有很大差别。此时,考虑多层竖杆的整体效应,计算承载力与单杆铰链的承载力基本相同,计算复杂,适合于单杆的稳定性计算。
6脚手架的倾覆验算
6.1通用的验算公式推导
无连墙杆的脚手架,作为一个刚体应按如下表达式进行倾覆验算:
将其整理后可得到:H/B≤0.6429gk/(Kwk)
取k=1.2代入式(4),得:H/B≤0.5357gk/Wk
式中:gk为脚手架按受风面面积平均分布的自重标准值(kN/m2);wk为风荷载标准值,wk=μzμsw0。风压高度变化系数μz按现行国家标准《石油化工结构荷载规范》GB50009-2001规定采用,风荷载体型系数μs可参考JGJ130-2001采用,基本风压w0(kN/m2)按GB50009-2001规定采用,也可按风力计算确定。由式(4)、(5)可知,保证脚手架不倾覆,其高度与宽度之比值应受到限制,比值与脚手架自重大小成正比,与风荷载成反比。
6.3计算实例
设规整脚手架的立杆间距为1.0m×1.0m,步距1.2m,长度L=20m,宽度B=4m,高度H=19.2m的敞开式满堂扣件式钢管脚手架。现应用式(5)对该脚手架作倾覆验算。1)无纵、横竖向剪刀撑时。脚手架自重标准值:立杆5×21=105根,设每根长20m,共2100m;纵向水平杆85根,横向水平杆357根,共3128m;直角扣件共3570个。脚手架自重Gk=247.879kN,gk=247.879/(20×19.2)=0.6455kN/m2。基本风压取九级风。平均风速产生的w0=0.32kN/m2,μz=1.25(B类粗糙度地面,高20m),μs=1.3φ=0.1625,风荷载标准值wk=0.065kN/m2,以上数值代入式(5)得:H/B≤0.5357×0.6455/0.065=5.32,而本脚手架的高度与宽度之比为19.2/4=4.8<5.32说明九级风时本脚手架不会发生倾覆倒塌。纵向外侧面设竖向剪刀撑,与水平横杆夹角50.2°,共80根。横向每4跨设竖向剪刀撑,与水平横杆夹角50.2°,共48根。剪刀撑合计长度800m。转角扣件共640个。脚手架自重增加37.184kN,gk=0.6455+37.184/20/19.2=0.7423kN/m2,H/B=6.12。高宽比增加了15%,说明脚手架的剪刀撑对抗倾覆作用不大,但对提高稳定承载能力作用很大。
7脚手架的稳定性计算
脚手架属于杆系的结构,对于杆系的构造的弹性的稳定性成熟,解决了很多实际的问题。可以查查常用的刚机、脚手架等复杂的平面和空间结构的稳定性。但是,脚手架由于施工原因的强烈干扰,脚手架的立棒和水平横棒的连接性能不确定,不能适用前人的成果。但是,计算式和图表不能直接使用,稳定理论也会过时。很多学者从实际的工程和稳定理论到实践的经验,应用了结构措施和简单的稳定检查方法。现在唯一的解决方法是进行必要的稳定测试。
一些标准是在脚手架的设计条文中脚手架的高宽有一个标准模板的支架,承载能力设置比5大需要安装一个稳定的措施。这个“5”是从什么来的,却不得而知。另外一个标准规定的高宽比比最大值不超过2.5,比高宽比和大小,脚架的立杆计算长度系数有关系,但不知道有什么关系。必须与梁柱一起考虑单层或多层刚柱的稳定性。关于现在的常用脚手架,由于立杆和横梁的连接与热器接战的期间,考虑施工等的影响,假定铰链是好的,所以计算一根立杆的稳定性,可以计算整个脚场的稳定性计算。从这件事可以看出,脚手架的稳定性的装载能力与脚手架的倾覆有关系,但是与高宽比没有关系。假设脚手架已经有高稳定性的装载能力,因此,建议脚手架的立杆的计算长度系数的规定比脚手架的高宽比的要求更高。
结论
通过对采用外脚手架搭设施工优化的工程实例分析研究,阐述了外脚手架的稳定性机理。具体施工中,为了提高外脚手架的承载力稳定性,我们要确保现场和资料一致,执行安全施工操作规程,从而保证脚手架的施工安全。
参考文献：
[1]刘希月.门式钢管脚手架稳定承载能力研究[D].中南大学,2010.
[2]路亮.砾质土加筋高挡墙稳定性数值模拟研究[D].西北农林科技大学,2013.
论文作者:张红军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/14
标签：脚手架论文; 稳定性论文; 承载力论文; 稳定论文; 工程论文; 水平论文; 扭矩论文; 《建筑学研究前沿》2018年第31期论文;