腳手架結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分析

腳手架結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分析

1）承載能力極限狀態(tài)  結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到其最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形的某一特定的狀態(tài)。對(duì)于建筑工程結(jié)構(gòu)，當(dāng)出現(xiàn)下列狀態(tài)時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了承載能力極限狀態(tài)：

①整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；

②結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的承載因超過(guò)材料的強(qiáng)度而破壞（包括疲勞）或因出現(xiàn)過(guò)度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載；

③結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；

④結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）。

2）正常使用極限狀態(tài)  結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的特定狀態(tài)。對(duì)于建筑工程結(jié)構(gòu)，當(dāng)出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了正常使用狀態(tài)；

①影響正常使用的外觀的變形；

②影響正常使用的耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；

③影響正常使用的振動(dòng)；

④影響正常使用的其他特定狀態(tài)。

對(duì)于建筑腳手架結(jié)構(gòu)（包括使用腳手架材料組裝的支撐架）來(lái)說(shuō)，由于對(duì)構(gòu)架桿配件的質(zhì)量和缺陷都作了規(guī)定，且在出現(xiàn)正常使用極限狀態(tài)時(shí)會(huì)有明顯的征兆和發(fā)展過(guò)程，有時(shí)間采取相應(yīng)措施而不會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性事故。因此，在腳手架設(shè)計(jì)時(shí)一般不考慮正常使用極限狀態(tài)，而主要考慮其承載能力極限狀態(tài)。

在上述4種承載能力極限狀態(tài)中，傾覆問(wèn)題可通過(guò)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和附墻拉結(jié)來(lái)解決（對(duì)拉結(jié)件進(jìn)行抗水平力作用的計(jì)算）；轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系的問(wèn)題也可用合理的構(gòu)造（如加設(shè)適量的斜桿和剪刀撐）來(lái)解決而不必計(jì)算。因此應(yīng)考慮的是強(qiáng)度和穩(wěn)定的計(jì)算。而腳手架整體或局部喪失穩(wěn)定破壞是腳手架破壞的主要危險(xiǎn)所在，因而是最主要的設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目。

對(duì)于結(jié)構(gòu)的各種極限狀態(tài)，均應(yīng)規(guī)定或給予明確的標(biāo)志或限值，即給定或預(yù)先規(guī)定用以量度結(jié)構(gòu)的可靠度的可靠指標(biāo)。

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能（即設(shè)計(jì)要求）的概率，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。它是結(jié)構(gòu)可靠性的概率量度，并采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法確定。在各種因素的影響下，結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的能力不能事先確定，只能用概率來(lái)描述，這是從統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)出發(fā)的、比較科學(xué)的方法。

能夠完成預(yù)定功能的概率稱為“可靠概率”（p_s），不能完成預(yù)定功能的概率為“失效概率”（p_f），p_s＋p_f＝1。p_s和p_f都可以用來(lái)度量結(jié)構(gòu)的可靠性，而一般習(xí)慣于采用后者。但計(jì)算p_f比較復(fù)雜，需要通過(guò)多維積分，因而采用可靠指標(biāo)β來(lái)代替p_f具體量度結(jié)構(gòu)的可靠性。

p_f和β的計(jì)算式由結(jié)構(gòu)的“極限狀態(tài)方程”（Z＝R－S＝0，Z為結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，S為作用效應(yīng)，R為結(jié)構(gòu)抗力）導(dǎo)出。設(shè)R、S均為正態(tài)變量，則Z亦為正態(tài)變量。

β和p_f的對(duì)應(yīng)關(guān)系列入表5-3中。可以看出，β愈大，p_f愈小，結(jié)構(gòu)愈可靠，故稱β為“可靠指標(biāo)”。

注：I級(jí)重要建筑物，破壞后果很嚴(yán)重；

II級(jí)一般建筑物，破壞后果嚴(yán)重；

III級(jí)次要建筑物，破壞后果不嚴(yán)重。

腳手架結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)采用三級(jí)。

由于“概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法”中所涉及的作用效應(yīng)和抗力值等都是以大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)并經(jīng)過(guò)概率分析后確定的，而對(duì)于各種腳手架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，雖然也作了一些工作，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到用概率理論確定它的數(shù)據(jù)的程度。為了與現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范的計(jì)算理論和方法銜接，以便可以利用它們的計(jì)算方法和有關(guān)適合的數(shù)據(jù)。因此，就必須給腳手架的計(jì)算穿上概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的“外衣”，而所用的計(jì)算方法實(shí)際上仍是半理論和半經(jīng)驗(yàn)的，有待以后繼續(xù)積累數(shù)據(jù)，向真正的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法過(guò)渡。

因此，建筑腳手架結(jié)構(gòu)可靠度的校核方法規(guī)定為：按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法計(jì)算的結(jié)果，在總體效果上應(yīng)與腳手架使用的歷史經(jīng)驗(yàn)大體一致。亦即按新方法設(shè)計(jì)的腳手架結(jié)構(gòu)，如按原《工業(yè)與民用建筑荷載規(guī)范》（TJ9-74）、原《薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（TJ18-75）和原《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ5-73)進(jìn)行安全度校核，其單一安全系數(shù)應(yīng)滿足下列要求：

強(qiáng)度計(jì)算                           K≥1.5；

穩(wěn)定計(jì)算                           K≥2.0。

當(dāng)不能滿足上述要求時(shí)，主要應(yīng)通過(guò)調(diào)整材料強(qiáng)度附加分項(xiàng)系數(shù)γ_m（γ'_a、γ'_t、γ'_b）來(lái)解決。必要時(shí)，也可采取其他有效措施（調(diào)整構(gòu)架結(jié)構(gòu)、卸載等）。