房屋建筑工程门式钢管脚手架设计计算与施工应用及研究

引言

在现代建筑工程领域，门式钢管脚手架因其模块化设计、装拆便捷、承载性能稳定等特点，在各类房屋建筑与市政工程施工中扮演着不可或缺的角色。理论计算的精确性与施工实践的可行性，是确保脚手架安全的一体两面。《建筑施工门式钢管脚手架安全技术标准》(JGJ/T128-2019) 的颁布，为这一闭环管理提供了权威的技术基准。本文的研究正是立足于服务工程应用的视角，旨在深入分析从计算依据合规性审查、荷载参数精细化分析，到稳定性、连墙件、地基承载力等关键项目的验算全过程，并辅以计算机模拟进行验证。

1. 计算书关键点分析

1.1 计算依据与规范合规性

计算依据是设计的根本。本项目严格遵循以下核心规范：

《建筑施工门式钢管脚手架安全技术标准》(JGJ/T128-201《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)

《钢结构设计标准》(GB50017-2017)

意义：确保计算方法、荷载取值、分项系数及构造要求均符合国家现行标准，从源头上保证设计的合法性与安全性，避免因依据过时或错误导致系统性风险。

1.2 基本参数设置的科学性

基本参数的合理选取是准确计算的前提。结构重要性系数γ₀ 为1.0；依据GB50009，对设计使用年限少于50 年的结构进行调整，可变荷载考虑年限系数 γ=0.9 ；脚手架安全等级Ⅱ级；架体高度H（实际搭设高度需≤理论计算最大高度，并留有安全裕量） 40m ；步距 h（采用标准门架高度，直接影响立杆计算长）取 1700mm ；门架纵距l（标准门架间距，决定了荷载的分布与传递路径)1830 mm

1.3 荷载参数分析与组合荷载统计的精确性是计算成败的

永久荷载：精细化计算了每米高度内门架、交叉支撑、水平加固杆、脚手板及安全网等全部构配件的自重，避免了经验估算的偏差。

可变荷载：

严格按照规范取施工荷载标准值为 2.0kN/m² 。按2 个同时作业层计算，准确反映最不利工况。

风荷载：

基本风压w₀ =0.3kN/m² ，根据地区实际取值。

风荷载体型系数μs=1.0（按全封闭脚手架考虑）。

风压高度变化系数μz 按B 类地貌、40m 高度查取，体现了风荷载随高度的变化。

荷载组合：采用以概率理论为基础的极限状态设计法，分别计算了由永久荷载控制和可变荷载控制的组合，并取最不利值进行后续验算。

1.4 门架稳定性计算

门架立杆的稳定性是整个架体安全的核心。

轴向力设计值：通过荷载基本组合，计算得到一榀门架立杆的轴向力设计值 N= 40.192 kN。

稳定承载力：

选用 MF1017(Φ 142×2.5) 门架，据此查表得稳定系数φ=0.371。

进行应力验算：σ (φA) Σ=Σ 196.41 N/mm² < f = 205 N/mm² (Q235 钢)，满足规范要求。1.5 最大搭设高度计算

理论最大搭设高度是指导施工的重要指标。

设计取值：最终取用 33m. 。此取值低于计算值，是保守且安全的设计策略，同时完全满足规范对落地式脚手架搭设高度的限制。

1.6 连墙件计算连墙件是抵抗风荷载和防止架体倾覆的“生命线”。

布置：采用2 步2 跨，符合规范对连墙件间距的强制性要求。

受力计算：风荷载与约束变形产生的轴向力设计值 Nl=9.653 kN。

强度验算： ，满足要求。

连接强度：采用双扣件连接，其抗滑承载力设计值 Rc=2×8=16kN>Nl ，连接可靠。

2. 模拟计算情况分析

为验证手算结果并更精确地分析架体性能，采用了专业的结构分析软件进行模拟计算。稳定性模拟分析：

模型：建立了门架空间单元模型，精确考虑了立杆与加强杆的协同工作效应。

荷载：将风荷载模拟为作用于架体迎风面的均布荷载，计算出由此在门架立杆中产生的附加弯矩 Mwd Σ=Σ 0.063 kN·m。

结果：模拟软件自动进行荷载组合，并输出立杆在“轴力+弯矩”复合受力状态下的应力云图。结果显示，最大组合应力为196.41 N/mm²，与手算结果高度吻合，验证了门架在压弯受力状态下的稳定性。

最大搭设高度迭代模拟：

方法：通过编程进行迭代计算，动态考虑架体自重随高度增加而增大，以及风荷载随高度变化的影响。结论：模拟清晰地显示，风荷载是控制搭设高度的主要因素。组合风荷载后，最大允许搭设高度比不组合风荷载时降低了约 14% ，这与手算结论一致，凸显了在较高脚手架设计中风荷载的极端重要性。

连墙件工作状态模拟：

边界条件：将连墙件简化为限制架体水平位移的刚性支座。

分析：模拟结果显示，在风荷载作用下，连墙件受力明确，内力分布均匀。对扣件连接节点的抗滑移模拟证实，双扣件方案提供了足够的安全储备，能够有效传递水平力。地基受力简化模拟：

模型：将立杆底座荷载简化为均布荷载作用于地基之上。

意义：模拟验证了手算简化模型的合理性，确认立杆压力在岩石地基中能够有效扩散。同时提示，施工中必须现场核实地基情况，确保与设计假设一致，尤其是回填土区域需进行夯实或加固处理。

3. 结论与施工控制要点

通过对本工程脚手架全面的计算与模拟分析，得出以下结论与控制要点：

规范先行，计算为本：严格遵循现行规范是安全的基石。任何设计必须以详尽、准确的计算为依据，尤不能忽视荷载组合、风荷载和稳定系数等关键参数。

风荷载是高层脚手架的控制因素：计算表明，风荷载显著降低了架体的最大搭设高度。在方案设计和施工中，必须给予充分重视，并按要求设置可靠的连墙件。

构造措施是计算的延伸：所有计算结论最终需通过构造措施实现。如连墙件的 ^*2 步2 跨”布置、剪刀撑的连续设置、底座垫板的铺设等，必须与设计方案完全一致，才能确保架体的整体稳定性。

模拟计算验证与优化设计：计算机模拟验证了手算的正确性，还能更精细地分析架体受力状态，是复杂高大脚手架工程不可或缺的辅助设计手段。

动态管理与验收：施工中应加强过程控制，重点监测立杆基础是否沉降、连墙件是否被擅自拆除、扣件是否松动等，并通过严格的分阶段验收，将安全隐患消除在萌芽状态。

本案例的成功实践表明，以JGJ/T128-2019 为标准，通过科学的计算、精细的模拟与严格的施工控制，能够经济、安全地完成门式钢管脚手架的搭设与使用任务。

参考文献

[1] JGJ/T128-2019, 建筑施工门式钢管脚手架安全技术标准[S].

[2] GB50009-2012, 建筑结构荷载规范[S].

[3] GB50017-2017, 钢结构设计标准[S].

[4] 刘群, 李清. 建筑施工脚手架安全技术[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2020.