脚手架结构承载能力稳定性分析
摘要：脚手架结构在工程中的作用越来越大，其承载能力稳定性直接关系到施工人员的安全，因此防止失稳破坏是保证脚手架结构安全工作的重要要求。本文首先简单介绍脚手架的使用和发展现状，并简要阐述脚手架结构承载能力稳定性的重要性，然后详细分析影响脚手架承载能力稳定性的因素，分析加强其承载能力稳定性的措施，最后进行总结分析。
关键词：脚手架 结构承载能力 稳定性分析
1 概述
随着国民经济的不断发展，建筑业逐渐成为我国的支柱产业之一，工程建设的规模和数量越来越大、越来越多，对工程的质量要求也越来越高，在这种大环境的驱使下，施工技术在不断地发展和创新。脚手架是施工的重要工具，形式多样，包括碗扣式钢管脚手架、扣件式钢管脚手架、门式钢管脚手架、桥式脚手架、竹木脚手架和塔式脚手架等十多种。脚手架应用技术不断深入和发展，形式也随着发展而不断增加，增加了选择的余地，更适应了施工技术发展多变的需要，在提供方便的同时创造更高的经济效益。但是，脚手架在工程中的作用是临时的，作为临时结构，其本身的强度和稳定要求往往不受重视，特别是承载能力稳定性，在设计时可能会考虑不周，造成稳定能力不足而导致脚手架失稳倒塌的伤亡事故。
2 脚手架结构承载能力稳定性的重要性
脚手架结构承载能力稳定性的重要性分析，可以从反面后果来分析，即如果其承载能力稳定性不足，会造成严重的后果和极大的损失，从而可以看出足够的承载能力稳定性的重要性。20世纪90年代以来，脚手架、模板等临时结构设施倒塌的事故时有发生，甚至造成重大事故，给国家和人民的生命财产安全造成了极大的伤害。举例来说，2010年1月12日，安徽芜湖某建设工地在混凝土浇筑过程中发生脚手架倒塌事故，造成8人死亡，同日，贵州福泉市也发生了类似事故，造成8人死亡，2人受伤。可见，脚手架结构承载能力稳定性至关重要，如何防止脚手架失稳倒塌酿成惨剧，是施工企业高度重视的问题之一。我国建设部早在1993年就发布了“关于防止建筑施工模板倒塌事故的通知”，其中,就对防止脚手架倒塌事故提出了要求，并给与承包商、施工企业以一定的压力，以引起他们对该类事故的足够重视，进而采取相应的措施。综上分析可知，脚手架结构承载能力稳定性的重要性体现在安全和经济上，众所周知，安全是工程的第一重要原则，而经济是一个国家的命脉，作为关乎国民经济的建设项目的支柱工程，脚手架的质量也成为影响国民经济的重要因素。
3 影响脚手架承载能力稳定性的因素
3.1 构架尺寸 脚手架结构的稳定承载能力，也就是验算脚手架整体或单肢立杆稳定性的设计抗力值Rd，其表达式为Rd=■，其中A——立杆的截面面积，也是构架尺寸的一部分。由抗力公式可见，随着截面积的增大，设计抗力值也会增大，从而脚手架的抗失稳能力增大。此外，脚手架整体结构的形式、连接杆件的长度等都是影响其承载能力稳定性的重要因素。
3.2 整体刚度 脚手架的整体刚度是保证结构整体稳定性的重要参数，而实验表明，单根立杆的稳定承载能力要比整体的稳定承载能力大，所以具体反映在计算公式上时表现为整体稳定系数，该系数可以确切地反映脚手架整体稳定的概念，并使得用单根轴心受压杆件计算脚手架整体稳定性的方法依然符合实际。根据稳定性抗力设计值可知，整体刚度越大，越有利于承载能力稳定性的提高。
3.3 节点连接 脚手架节点连接的松紧程度，是影响其抗失稳能力的重要因素，节点的连接越紧，脚手架的压杆类型与两端固定的连接形式越接近，可以大大降低脚手架的立杆计算长度，从而提高脚手架的承载能力稳定性。实验表明，主节点处拧紧力矩50N.m比30N.m的临界承载力要提高20%。可见，节点连接对整体结构的抗失稳能力影响重大，但是需要注意的是，节点拧紧力不能过大，要根据结构材料的承载能力综合考虑。
3.4 连墙点和连墙件 脚手架连墙点的设置数量及连墙件的刚度，都是影响脚手架稳定性的因素。连墙点的数目越多，与工程结构的连接强度越大，从而可以增大抗稳能力，但是过多的连墙点会造成施工的复杂性，因此需要综合考虑分析，确定合理的连墙点数。连墙件一般设置为两步三跨或者三步三跨，若扩大连墙件的竖向间距，可能导致脚手架的临界承载力大大减少，因为在增大脚手架步距的同时也增大了立杆的计算长度。实验表明，当连墙件的竖向距离从3.6m增大到7.2m时，脚手架的临界荷载下降33.83%。
3.5 横杆和立杆截面积 脚手架的横杆和立杆截面积是否一致也是影响结构稳定性的一个因素，一般情况下脚手架横向尺寸比纵向尺寸小得多，对一面墙的脚手架可以视为一块格构式平板，它在垂直于主体结构表面的刚度远小于其纵向刚度，因而脚手架必须依靠与建筑物的可靠连接才能承受其自重、施工荷载与风荷载的作用。横杆和立杆的截面积都是属于构建尺寸的范畴，一般较大的尺寸都会对增大抗失稳能力起到作用，但是两者的比例也是影响结构的因素，有时采用合适的比例可以起到节省材料同时增大强度的双效作用。
3.6 扫地杆的设置 扫地杆是脚手架工程的一部分，是贴近地面、连接立杆根部的水平杆。纵向扫地杆：沿脚手架纵向设置的扫地杆；横向扫地杆：沿脚手架横向设置的扫地杆；横向扫地杆在纵向扫地杆的下面，承受纵向扫地杆传来的力，通过横向扫地杆传给力杆至基础。扫地杆的作用是在脚手架中对立杆起到约束作用，从而起到降低立杆计算长度，增大抗稳承载力。一般扫地杆设置在离脚手架立杆基础上20cm处，且规范对扫地杆的布置有着严格的要求。
4 加强脚手架承载能力稳定性的措施
4.1 设计方案审批及施工过程的控制 脚手架的搭设施工必须由专业施工队伍承担，施工人员必须持有建筑登高架设特种作用上岗证。在选择设置方案时，要针对工程平面布置、立面造型的特点，确定脚手架的类别、架体的形式和尺寸、基础支承的方案、拉结和附墙的措施。在升降脚手架施工方面的设计，要严格控制有关标准，因为高层作业的危险系数比普通楼层的脚手架更高。
4.2 加强脚手架的检查及安全管理控制 加强脚手架工程的检查验收及安全管理工作，是关系到后期使用安全的一个重要环节。在脚手架的施工过程中和施工后要定期对架体进行检查，发现质量问题，立即更换。多数的脚手架事故是因为没有做到定期检查，导致事故的隐患得不到消除，从而造成事故的发生。加强建筑施工现场脚手架钢管扣件的质量安全控制，主要是在采购和生产的源头上、在回收发放过程中、在维修和报废方面、在施工设计方案审批以及现场安全检查管理等五个方面严格把关，坚持对钢管扣件的管理和施工以程序化、制度化进行。
