建筑施工脚手架立杆稳定性计算的探讨

【摘要】本文通过对比标准有关建筑施工用脚手架相关立杆稳定性计算的规定，从安全和经济方面权衡，探讨标准相关规定的安全性与经济性。

《建筑施工脚手架安全技术统一标准》（GB51210-2016）（以下简称GB51210）于2016 年12 月2 日起颁布实施，该标准按技术先进、安全适用、经济合理的原则，统一了房屋建筑工程和市政工程施工用脚手架的设计、施工、使用及管理，是行业和地方各类建筑施工脚手架和其他脚手架相关标准遵守的基本准则。

本标准关于支撑脚手架立杆稳定承载力计算的有关规定作了优化和加强，主要体现在以下二方面：

1、脚手架的稳定承载力计算是衡量脚手架是否安全的重要指标之一。现行脚手架的稳定承载力计算均是将对脚手架的整体计算转化为步距为h 的单立杆的稳定承载力计算，本标准根据脚手架种类、搭设高度、荷载的不同，将脚手架划分为两个安全等级，分别为Ⅰ级、Ⅱ级，相对应的结构重要性系数γ0 取为1.1、1.0。

对于支撑脚手架搭设高度大于8 米、荷载标准值大于15kN/m2 或大于20kN/m 或大于7kN/ 点，安全等级为一级。

2、本标准规定在脚手架结构或构配件抗力设计值确定时，综合安全系数指标β，对于支撑脚手架应大于等于2.2。

按本标准关于支撑脚手架立杆（门架立杆）稳定承载力的计算按下列二式：

（本标准6.2.4-1、6.2.4-2）

上述二式中的φ 为立杆的轴心受压构件的稳定系数，本标准6.2.10 条第 3 款规定：支撑脚手架立杆轴心受压构件的稳定系数φ，应根据反映支撑脚手架稳定因素的立杆长细比 λ（门架应根据立杆换算长细比）按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018 的规定选用；立杆长细比λ 值应按脚手架相关的国家现行标准计算。按照相应的规范约定：立杆轴心受压构件的稳定系数φ，通过先确定立杆长细比 λ，然后查表确定。立杆长细比 λ 在不超出立杆容许长细比的前提下，通过公式λ ＝ l0/i 确定，式中l0 为立杆计算长度，i 为立杆旋转半径。我们来看一下相关的规范是如何约定的。

1、立杆容许长细比按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》

GB50018 － 2002 第4.3.3 条表4.3.3“受压构件的容许长细比按主要构件150，其他构件及支撑200 取值”。《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）（以下简称JGJ162）第5.1.6 条亦规定：

“受压构件长细比：支架立柱及桁架，不应大于150；拉条、缀条、斜撑等连系构件，不应大于200”。

本标准规定“立杆长细比λ 值应按脚手架相关的国家现行标准计算”。立杆长细比λ ＝ l0/i，其中l0 为立杆计算长度，目前涉及钢管扣件式脚手架的主要行业规范有：JGJ162 和《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130-2011）（以下简称JGJ 130）。JGJ162 中5.2.5 条第3 款中提出“ 计算长度采用纵横水平拉杆的最大步距，最大步距不得大于1.8m，步距相同时应采用底层步距”，按该条款，钢管扣件式脚手架一般使用的是?48×3.6 的钢管，l0=h=1800mm，i=1.59cm， 则λ ＝ l0/i ＝1800/15.9=113.2<[λ]=150。由此计算结果可知，JGJ162 规定的立杆计算长度直接取支架最大步距，而不考虑直角扣件的半刚性情况（理论分析及试验证明，直角扣件的刚度为刚性节点的27.54%、20.43%）以及立杆伸出顶、底层水平杆的长度、支架的整体搭设高度情况，即便第5.1.6 强条中规定立杆长细比不应大于150 看似严格，但高大模板支架的立杆计算长度如只套用最大步距，其长细比是不可能超出此值的。如果一个30m 高支架与1个3m 高支架的步距一样，则立杆稳定性验算结果基本相同，这不符合支架立杆稳定与支架整体稳定的基本力学理论，而且还会造成严重的安全事故。因此，JGJ162 规范的这个条款危害极大。

典型实例即是北京“西西”工程4 号地项目，该项目21.8m 高支模架整体坍塌事故造成8 死21 伤，其扣件式钢管高支撑架立杆间距1.2m，步距1.5m，立杆顶端伸出长度1.2 ～ 1.5m，扫地杆距地300 ～ 500。经东南大学陈安英等采用有限元计算表明，因架体较高且立杆顶端伸出长度大，立杆轴力远大于其稳定极限承载力，模板支架由于立杆顶端局部侧移过大导致支架呈现整体失稳破坏形式，是导致整体坍塌的主要原因。

2、新版JGJ130 规范规定立杆的长细比参考国外标准，根据国内长期脚手架搭设经验与脚手架试验确定，满堂脚手架压杆容许长细比[λ]=250；满堂支撑架压杆容许长细比，按脚手架双排受压杆容许长细比[λ]=210 取值，符合整体稳定试验结果。

JGJ130 规范针对JGJ162 规范中立杆计算长度有了较大的优化，第5.4.6 条规定：满堂支撑架立杆的计算长度应按下式计算，取整体稳定计算结果最不利值：

顶部立杆段：

非顶部立杆段：

本规范规定的满堂支撑架立杆的计算长度在老版JGJ130 －2001 规范考虑了立杆伸出顶层水平杆中心线长度（a）的基础上，引入了k、μ1、μ2 三个参数。满堂支撑架立杆计算长度附加系数k 值根据满堂支撑架整体稳定试验分析，随着满堂支撑架高度增加，支撑体系临界荷载下降，参考国内外同类标准，引入高度调整系数调降强度设计值，给出满堂支撑架立杆计算长度，保证安全系数不小于2.0。计算长度系数μ1、μ2 系通过对满堂支撑架整体稳定实验与理论分析，采用实验确定的节点刚性（半刚性），建立了满堂扣件式钢管支撑架的有限元计算模型；进行大量有限元分析计算，得出各类不同工况情况下临界荷载，结合工程实际，给出工程常用搭设满堂支撑架结构的临界荷载，进而根据临界荷载确定。规范给出的计算长度系数综合反应了影响满堂支撑架整体失稳的各种因素，保证了施工现场安全搭设满堂支撑架的需要。

综合以上所述，GB51210 规定的“立杆长细比λ 值应按脚手架相关的国家现行标准计算”中的“现行国家标准”应按JGJ130规范执行，如果按照JGJ162 标准执行，显然是不安全的。但是如果在GB51210 标准已引入脚手架结构重要系数γ0 以及综合安全系数β 大于等于2.2 的情况下，再按JGJ130 标准计算立杆长细比，显然又是不经济的。

JGJ130 标准除了在立杆计算长度的取值上相较于JGJ162 标准有较大的安全储备外，在荷载取值与组合、支架搭设高度、可调托撑的伸出长度、支架与结构柱的刚性连接、剪刀撑的设置等方面都有更加合理、更加全面、更偏于安全的规定。限于篇幅，这里不再赘述。

因此，笔者建议在计算立杆稳定性时，仅按JGJ130 规范计算，即可满足支撑架立杆稳定性计算的安全要求，而不必再引入脚手架结构重要系数γ0 以及综合安全系数β，而增加不必要的成本投入。

参考文献：

[1]《建筑施工脚手架安全技术统一标准》（GB51210-2016）[2]《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018

[3]《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）[4]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130-2011）

张永新（1972.8 － ），男，汉族，江苏海门人，高级工程师，主要从事工程监理和项目管理