脚手架钢管及扣件现场调查与试验分析

王振兴 陈 奎

(河南五建建设集团有限公司，河南 郑州 450007)

0 引言

建筑工程与市政工程中钢管脚手架大量使用。脚手架的安全与脚手架钢管(简称钢管)和各类扣件的材质及安装质量密切相关。实际工程中脚手架设计通常采用的参数为：钢管直径48 mm、壁厚3.5 mm；扣件上螺栓的拧紧扭力矩40 N·m～65 N·m，直角扣件和旋转扣件抗滑承载力8 kN[1]。实际流入施工现场的钢管、扣件壁厚通常偏小，螺栓拧紧力矩小于规范标准，导致脚手架验算中参数取值偏差，使现场施工存在安全隐患。

本文对郑州市建筑、市政10个工地脚手架构件随机抽检，实地调查钢管壁厚、扣件重量、扣件螺栓拧紧力矩等指标；并针对直角扣件和旋转扣件，设计了不同拧紧力矩的抗滑试验，为脚手架设计提供参考。

1 现场调查

1.1 钢管壁厚

对郑州市建筑、市政等10个工地的钢管壁厚进行随机抽检，每个工地50根，共500根。调查结果如图1所示。

从图1可知，由于钢管制作偏差及周转使用中的锈蚀和磨损现象等，钢管实际壁厚普遍偏小。工程中的钢筋壁厚集中在2.5 mm～3.5 mm。

从图1还可以发现，壁厚分布大致服从正态分布。当按正态分布来进行统计分析时，可得μ=3.015 mm，σ=0.214 6 mm。仿照文献[2]对截面尺寸和材料强度取值的基本原则，针对当前施工管理水平，取相应于97%的保障率来确定其概率密度曲线上的分位数，从而得到脚手架设计时钢管壁厚取值t=2.7 mm。

1.2 扣件重量

由于扣件外形较复杂，不易直接测定其壁厚等尺寸，本文选择扣件重量作为统计参数。扣件重量间接地反映了其截面尺寸，因此也是影响扣件抗滑极限承载力的重要参数。

根据文献[1]附录A的规定：单个直角扣件的重量是13.2 N(1.35 kg)，旋转扣件的重量是14.6 N(1.49 kg)，对接扣件的重量是18.4 N(1.88 kg)。

对郑州市10个建筑、市政工程工地脚手架扣件重量进行调查，每个工地直角扣件、旋转扣件、对接扣件各30个，调查成果见图2～图4。

从图2～图4可见，仅有10%左右现场使用的扣件重量达到文献[1]规定的标准重量。这将影响扣件的抗滑移能力和极限承载力，从而影响整个脚手架体系稳定性。

1.3 拧紧力矩

扣件式钢管脚手架使用过程中，立杆、水平杆、斜杆相互间用扣件连接，扣件螺栓的拧紧力矩对它们的连接起着关键的作用，文献[3]规定扣件的拧紧力矩应为40 N·m～65 N·m。现场施工中，由于扣件数量巨大，螺栓的拧紧力矩通常小于标准值，导致扣件抗滑能力降低，影响架体安全。

对郑州市建筑、市政10个工地共500个旋转扣件的拧紧力矩进行随机抽检。抽检时针对工地已搭设完成、尚未加载的脚手架扣件进行复紧，并以复紧的起始力矩作为抽检结果。拧紧力矩的抽检结果如图5，图6所示。

从图5，图6可以看出，现场抽检得到的扣件拧紧力矩集中在20 N·m～40 N·m，超过40 N·m约占10%，远低于文献标准值。

2 扣件抗滑移试验

扣件的抗滑能力对脚手架的安全至关重要。一般认为，抗滑移能力与扣件的几何尺寸、螺栓拧紧力矩、钢管表面粗糙程度等多个因素有关。

本文针对直角扣件、旋转扣件进行抗滑试验，得出螺栓拧紧力矩与极限抗滑力之间的关系。试验装置如图7所示，试验结果如表1,表2及图8所示。

试验结果表明，扣件的拧紧力矩在40 N·m～50 N·m时，一部分扣件螺栓就会发生滑丝(见表1,表2)，扭矩达到60 N·m时甚至会出现扣件脆性断裂(如图8所示)，表明当前建筑市场扣件质量普遍低下。

表1 直角扣件抗滑试验参数表

表2 旋转扣件抗滑试验参数表

由表1可知，当螺栓拧紧力矩小于50 N·m时，随着荷载逐渐增大，扣件抗滑极限承载力也相应增大，最终发生滑移破坏。当拧紧力矩大于50 N·m时，在发生滑移破坏之前，钢管会产生较大变形，扣件甚至会发生脆性断裂，导致承载力下降。相应于当前钢管和扣件质量实际情况，螺栓拧紧力矩在40 N·m～50 N·m时脚手架结点极限抗滑承载力较高。

3 结语

结合现场调查和试验分析，针对当前脚手架钢管与扣件的实际质量现状，得出以下结论：

1)按97%的可靠度保障率，脚手架设计中钢管壁厚宜取为2.7 mm。

2)从重量角度看，现场使用的直角扣件、旋转扣件和对接扣件仅10%左右达到规范要求。

3)扣件螺栓的拧紧力矩宜在40 N·m～50 N·m之间，此时脚手架结点极限抗滑承载力较高。