浅谈双立管外脚手架在施工中的设计及应用

摘要：双立杆双排外脚手架在实际施工中有一定的应用基础，但在施工手册及施工规范中对此涉及较少，本文通过实际案例简单论述了双立杆双排外脚手架的设计和应用，并分析了影响外脚手架搭设的限制条件。

关键词：落地式 外脚手架 双立杆 验算 风载

外脚手架工程在建筑工程施工中属于一个必不可少的的一项施工措施，按照施工规范及施工手册的规定，搭设高度超过50m的外脚手架必须采用双立管或者采取卸荷措施，也可以分段搭设悬挑架；而在中国现有的实际设计中，有很多小高层都在60米左右，这种高度的建筑在学校等公共建筑比较多，而在很多地州县，由于经济等原因的影响，小高层成了主要的建筑设计首选。在这个高度的外脚手架，与落地式脚手架相比，分段卸荷和搭设悬挑架施工显得比较麻烦或是不够经济，在一些工期很紧的项目也不适用。在这里，结合本人接触到的实际案例，对双立管脚手架的设计和搭设做一些浅显的论述。

本人现在所在项目为一所高校的学生公寓楼组团，其中有两栋14层的小高层，总高度58米（包括女儿墙）；综合考虑各方面的因素，选择落地式双立管脚手架，以下为计算书：（因双立管外架的大小横杆承载力验算、扣件抗滑验算、基础承载力验算等跟普通双排单立管外架相同，故在此不赘述，仅对双立管的稳定性及单双立管接头的薄弱位置进行验算。）

一、计算参数:

双排脚手架，搭设高度58.0米，18.0米以下采用双管立杆，18.0米以上采用单管立杆。

立杆的纵距1.50米，立杆的横距1.05米，内排架距离结构0.30米，立杆的步距1.80米。

钢管类型为 48×3.0，连墙件采用2步2跨，竖向间距3.60米，水平间距3.00米。

施工活荷载为3.0kN/m2，同时考虑2层施工。

脚手板采用竹笆片，荷载为0.15kN/m2，按照铺设4层计算。

栏杆采用竹笆片，荷载为0.15kN/m，安全网荷载取0.0050kN/m2。

基本风压0.30kN/m2，高度变化系数1.7500，体型系数0.8720。

二、脚手架荷载标准值:

作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。

静荷载标准值包括以下内容：

(1)每米立杆承受的结构自重标准值(kN/m)；本例为0.1070

NG1 = 0.107×52.000+18.000×0.038=6.248kN

(2)脚手板的自重标准值(kN/m2)；本例采用竹笆片脚手板，标准值为0.15

NG2 = 0.150×4×1.500×(1.050+0.300)/2=0.608kN

(3)栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m)；本例采用栏杆、竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15

NG3 = 0.150×1.500×4/2=0.450kN

(4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网(kN/m2)；0.005

NG4 = 0.005×1.500×52.000=0.390kN

经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3+NG4 = 7.696kN。

活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，内、外立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。

经计算得到，活荷载标准值 NQ = 3.000×2×1.500×1.050/2=4.725kN

风荷载标准值应按照以下公式计算

其中W0 ―― 基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)附录表D.4的规定采用：W0 = 0.350

Uz ―― 风荷载高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)附录表7.2.1的规定采用：Uz = 1.750

Us ―― 风荷载体型系数：Us = 0.872

经计算得到，风荷载标准值Wk = 0.7×0.350×1.750×0.872 = 0.374kN/m2。

考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式

经过计算得到，底部立杆的最大轴向压力N=1.2×7.696+0.85×1.4×4.725=14.858kN

单双立杆交接位置的最大轴向压力N=1.2×5.464+0.85×1.4×4.725=13.18kN

不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式

经过计算得到，底部立杆的最大轴向压力N=1.2×7.696+1.4×4.725=15.85kN

单双立杆交接位置的最大轴向压力N=1.2×5.464+1.4×4.725=13.172kN

风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW计算公式

其中Wk ――风荷载标准值(kN/m2)；

la ―― 立杆的纵距 (m)；

h ―― 立杆的步距 (m)。

经过计算得到风荷载产生的弯矩 Mw=0.85×1.4×0.374×1.500×1.800×1.800/10=0.216kN.m

三、立杆的稳定性计算:

单双立杆交接位置和双立杆底部均需要立杆稳定性计算。

参照施工手册计算方法，双立杆底部的钢管截面面积和模量按照两倍的单钢管截面的0.7折减考虑。

1.不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算

其中 N ―― 立杆的轴心压力设计值，底部N=14.858kN，单双立杆交接位置N=13.18kN；

i ―― 计算立杆的截面回转半径，i=1.60cm；

k ―― 计算长度附加系数，取1.155；

u ―― 计算长度系数， u=1.500；

l0 ―― 计算长度 (m),由公式 l0 = kuh 确定，l0=1.155×1.500×1.800=3.118m；

A ―― 立杆净截面面积，A=6.846cm2；

W ―― 立杆净截面模量(抵抗矩),W=7.112cm3；

―― 由长细比，为3118/16=196；

―― 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l0/i 的结果查表得到0.190；

―― 钢管立杆受压强度计算值 (N/mm2)；经计算得到=14858/(0.19×685)=114.16N/mm2；

[f] ―― 钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2；

不考虑风荷载时，双立杆的稳定性计算 < [f],满足要求!

经计算得到单双立杆交接位置 =13595/(0.19×489)=146.324N/mm2；

不考虑风荷载时，单双立杆交接位置的立杆稳定性计算

2.考虑风荷载时,立杆的稳定性计算

其中 N ―― 立杆的轴心压力设计值，底部N=14.858kN，单双立杆交接位置N=13.595kN；

i ―― 计算立杆的截面回转半径，i=1.60cm；

k ―― 计算长度附加系数，取1.155；

u ―― 计算长度系数，由脚手架的高度确定，u=1.500；

l0 ―― 计算长度 (m),由公式 l0 = kuh 确定，l0=1.155×1.500×1.800=3.118m；

A ―― 立杆净截面面积，A=6.846cm2；

W ―― 立杆净截面模量(抵抗矩),W=7.112cm3；

―― 由长细比，为3118/16=196；

―― 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l0/i 的结果查表得到0.190；

MW ―― 计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩，MW=0.216kN.m；

―― 钢管立杆受压强度计算值 (N/mm2)；经计算得到=14858/(0.19×685)+216000/7112=144.531N/mm2；

[f] ―― 钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2；

不考虑风荷载时，双立杆的稳定性计算 < [f],满足要求!

经计算得到单双立杆交接位置 =13595/(0.19×489)=146.324N/mm2；

不考虑风荷载时，单双立杆交接位置的立杆稳定性计算

2.考虑风荷载时,立杆的稳定性计算

[f] ―― 钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2；

考虑风荷载时，双立杆的稳定性计算 < [f],满足要求!

经计算得到单双立杆交接位置 =13595/(0.19×489)+216000/5080=188.84N/mm2；

考虑风荷载时，单双立杆交接位置的立杆稳定性计算

四、最大搭设高度的计算:

不考虑风荷载时,采用单立管的敞开式、全封闭和半封闭的脚手架可搭设高度按照下式计算：

其中NG2K ―― 构配件自重标准值产生的轴向力，NG2K = 1.493kN；

NQ ―― 活荷载标准值，NQ = 4.725kN；

gk ―― 每米立杆承受的结构自重标准值，gk = 0.107kN/m；

经计算得到，不考虑风荷载时，按照稳定性计算的搭设高度 Hs = 71.172米。

脚手架搭设高度 Hs等于或大于26米，按照下式调整且不超过50米：

经计算得到，不考虑风荷载时，脚手架搭设高度限值 [H] = 50.000米。

考虑风荷载时,采用单立管的敞开式、全封闭和半封闭的脚手架可搭设高度按照下式计算：

其中NG2K ―― 构配件自重标准值产生的轴向力，NG2K = 1.538kN；

NQ ―― 活荷载标准值，NQ = 4.725kN；

gk ―― 每米立杆承受的结构自重标准值，gk = 0.107kN/m；

Mwk ―― 计算立杆段由风荷载标准值产生的弯矩，Mwk = 0.172kN.m；

经计算得到，考虑风荷载时，按照稳定性计算的搭设高度 Hs = 42.279米。

58米处单立杆高度为40m，因此满足要求。

同理，应用上述公式，能够推算出52m架的双立杆部分搭设高度需要6m以上，而64m架的双立杆搭设高度需要达到24m以上，

由以上计算可知：

1、 外脚手架的最大搭设高度受风力的影响很大，当考虑风荷载时，其可搭设高度降低值很大，故在基本风压大的地区，比如沿海一带，其基本风压都比较高，这些地方的外架采用其它方法（如悬挑架等）应该更为经济合理；

2、 落地式外脚手架的搭设高度越高，其双立杆部分的高度也越高，落地式脚手架在这里就显得越来越不经济，所以双立杆外脚手架的应用要充分考虑到成本、工期以及施工难度等各方面因素，综合比较各种方案后再决定是否应用；

3、 当经过计算后如果验算不通过，根据实际情况，可考虑减小荷载的方法来使验算通过（比如减小施工荷载，采用较轻的架体封闭材料等），当然，在实际施工中也必须严格按设计荷载来控制实际施工荷载。

注：文章内所涉及的公式及图表请用PDF查看