新型钢管脚手架外挂防护体系现场试验及承载力分析的学习体会

文献概况与研究背景

本文出自兰州理工大学王秀丽、王康、靳立佳和甘肃第三建设集团公司马永炯之手，发表于2020年《科学技术与工程》第20卷第29期，属于国家重点研发计划（2017YFC0703905-05）和国家自然科学基金（51778273）资助项目。高层及超高层建筑施工中，钢管脚手架的安全防护是保障施工人员安全和工程顺利进行的重要环节。传统的外挂防护体系在风荷载作用下可能存在安全隐患，因此开发新型钢管脚手架外挂防护体系具有重要的工程意义。

核心观点与技术方法解读

本文对新型钢管脚手架外挂防护体系进行了现场试验和有限元数值分析，研究其破坏形式和极限承载力。研究结果表明：有限元得到的极限承载力接近试验值，破坏形式与试验一致，相互之间得到了很好的验证；在风荷载作用下，新型钢管脚手架外挂防护体系能够承受的最大风荷载为3.25 kN；外挂防护体系最薄弱的环节是卡座，变形最大的部位是外挂网斜撑交叉处。

这些结论为高层及超高层建筑施工钢管脚手架的安全合理设计提供了重要依据。特别是关于卡座是薄弱环节的发现，对设计优化具有重要的指导意义。

关键技术参数与工艺要点

以下表格总结了新型钢管脚手架外挂防护体系的关键技术参数和设计要点：

从钢管脚手架的制造和焊接质量角度看，以下措施建议：

1. 钢管材质应采用符合GB/T 6725标准的焊接钢管，常用规格为Φ48.3×3.6mm，材质为Q235或Q355。
2. 钢管的几何尺寸偏差应符合GB/T 6725中的规定，外径偏差应控制在±0.5mm以内，壁厚偏差应控制在±10%以内。
3. 脚手架的焊接节点（如扣件、卡座等）应采用铸造或冲压成型，并进行严格的质量检验，确保无铸造缺陷（如气孔、砂眼、缩孔等）。
4. 外挂网的钢丝网应采用符合标准的镀锌钢丝，网孔尺寸应符合设计要求，镀锌层厚度应满足防腐要求。
5. 脚手架的组装和拆卸应按照标准操作规程进行，严禁超载和违规连接。

与工程实践的结合

在高层及超高层建筑施工中，脚手架的安全防护体系面临以下挑战：

• 风荷载效应显著，特别是超高层建筑，顶部风速可能远超地面风速；
• 脚手架高度大，整体稳定性要求高；
• 施工周期长，防护体系需承受长期的风荷载和施工荷载；
• 安全防护体系与主体结构之间的连接可靠性至关重要。

本文的研究结论对实际工程具有重要指导意义。特别是关于卡座是薄弱环节的发现，提示设计师在卡座的设计中应采用更高强度的材料（如Q345或Q390），并增加卡座的壁厚或采用加强结构。同时，外挂网斜撑交叉处是变形最大的部位，建议在该部位增加节点连接件或采用更刚性的连接方式。

从风荷载计算的角度，本文依据风荷载作用计算公式，结合工程实例进行了分析。在实际工程中，风荷载的计算应考虑以下因素：

• 基本风压：根据当地50年一遇基本风压确定；
• 风压高度变化系数：考虑风速随高度的变化；
• 风荷载体型系数：根据脚手架的几何形状确定；
• 风振系数：考虑风荷载的脉动效应。

对于超高层建筑，建议采用更精确的风洞试验方法确定风荷载，而不是仅依赖规范公式。

关键疑问与思考

本文的研究为新型钢管脚手架外挂防护体系的设计提供了重要依据，但我认为还有以下方面值得进一步探讨：

第一，本文的现场试验是在特定风荷载条件下进行的，但实际工程中脚手架可能承受的风荷载范围更广。后续研究可以开展不同风荷载水平下的试验，建立更全面的承载力-风荷载关系曲线。

第二，脚手架的疲劳性能也是一个重要问题。脚手架在施工期间长期承受风荷载和施工荷载，可能存在疲劳损伤累积。建议开展脚手架的疲劳试验，评估其疲劳寿命。

第三，本文主要关注风荷载作用下的承载力，但实际工程中脚手架还可能承受施工荷载、雪荷载、冰荷载等。建议开展多荷载工况的组合分析，评估脚手架的综合承载能力。

第四，从脚手架的焊接质量角度看，扣件和卡座等焊接节点的焊接质量对脚手架的安全性至关重要。建议对焊接节点进行严格的无损检测，包括磁粉检测（MT）和渗透检测（PT），确保无焊接缺陷。

学习心得与启示

本文通过现场试验和有限元分析，揭示了新型钢管脚手架外挂防护体系的破坏形式和极限承载力，为高层及超高层建筑施工的安全防护设计提供了重要依据。卡座作为薄弱环节的发现，对设计优化具有重要的指导意义。在实际工程中，应严格执行脚手架的制造和安装标准，加强焊接节点的质量控制，定期进行检查和维护，确保脚手架在施工期间的安全性。同时，建议设计师采用有限元分析方法进行脚手架的设计优化，提高设计的科学性和经济性。