李志贵 姜云鹏

1.中海油烟台港石化仓储有限公司 2.海工英派尔工程有限公司

1 烟囱及脚手架概况

该烟囱地表以上部分高度90m，地面外半径3.76m，内半径3.31m；顶口外半径2.85m。基础埋深为3m，筒身C30砼浇筑从±0.00到90m高，内衬红砖砌筑，从-1.8m处开始砌筑保温板填装从±0.00到90m处，采用移横法施工，每次提升1.43m，每10m一道内牛腿圈。该脚手架从－1.8m搭设到92m高度，59m以下采用双排封圈型脚手架，每面有两跨，每跨1.4m，横距0.8m，步距1.43m，连墙件采用2步2跨设置，每10m一道牛腿圈，在牛腿圈处将大横杆和小横杆均埋入砼体中，并在牛腿圈上设置一圈向上的斜支撑。随烟囱口径缩小，高度59m时只继续向上搭设内侧单排架。脚手架随烟囱筒壁的提升同步搭设。

2 脚手架设计计算

钢管脚手架的计算参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》JGJ 130-2001。工作平台边缘处的脚手板实际搭设时应借助内砌砖的支撑，为加强安全性，设计计算时取最不利因素，故不计内砌砖的支撑力。因烟囱半径变化导致脚手架26m以下、26～59m和59m以上结构不同，故分三段分别进行计算验证。[1]

2.1 脚手架26m以下大横杆受力分析

为减少作业量，使用大横杆代替部分铺板杆来铺设脚手板，铺板杆和大横杆平行放置，且位于小横杆上方，然后在小横杆下方立杆安装防滑扣件。大横杆和铺板杆按照简支梁进行强度和挠度计算。按照大横杆和铺板杆上面的脚手板和活荷载做为均布荷载计算大横杆的最大弯矩和变形。

2.1.1 均布荷载值

（1）大横杆自重标准值：P1=0.038KN/m。

（2）取冲压刚脚手板取数量最多，长度最长时计算，此时脚手板共计24.875m2，得出脚手板最大自重为7.4625KN，故脚手板自重标准值：P2=0.393KN/m2。

（3）活荷载自重标准值Q=1.585KN/m2。

（4）最大均布荷载值q=2.130KN/m。

2.1.2 抗弯强度

大横杆和铺板杆的最大应力计算值 σ=102.726n/mm2小于其抗压强度设计值[f]=205.0n/mm2，故满足要求。

2.1.3 挠度

（1）大横杆和铺板杆边缘处的悬臂梁均布荷载作用下最大挠度为：V悬臂qmax=0.879mm。

（2）大横杆和铺板杆简支梁均布荷载作用下最大挠度为：V简支qmax=3.737mm。

（3）大横杆和铺板杆均布荷载作用下的最大挠度为简支梁的最大挠度3.737mm，小于水平杆的最大容许挠度1400.0/150=9.333mm，故满足要求。

2.2 脚手架26m以下小横杆受力分析

小横杆的最大应力计算值σ＝99.85n/mm2，小于205.0n/mm2，抗弯强度满足要求。

小横杆的最大挠度和V＝3.306mm，小于1400.0/150=9.333mm，挠度满足要求。

2.3 脚手架26m至59m的横杆受力分析

26～59m作业平台与26m以下的作业平台相似，仅随着烟囱建设高度的提升而适当减小的作业平台的面积，同理可算得26～59m的脚手架横杆受力满足要求。

2.4 脚手架59m以上的横杆受力分析

59m以上脚手架作业平台每层都利用内砌砖作为辅助支撑，并将横杆始终插入砖砌体内，充分减轻了脚手架载荷，并加固了脚手架的稳定性。减少工作人员及物料，利用牛腿圈作为悬挑梁来减轻立杆载荷。故59m以上的脚手架横杆受力满足要求。

2.5 扣件抗滑力的计算

26m高度以下，小横杆在下，大横杆在上，大横杆或铺板杆与小横杆或斜支撑接触的受力点共37处，而连接大横杆与立杆的直角扣件共20个，故连接大横杆与立杆的直角扣件承受更多的载荷，因此只需验算连接大横杆与立杆的直角扣件的抗滑承载力。

连接大横杆与立杆的直角扣件承受载荷的设计计算值：R＝1.43KN≤Rc=8.0KN，故单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求。同理，26m以上亦满足要求。

2.6 脚手架立杆荷载

静荷载标准值：59m以上NG=5.179KN；59m以下内立杆N内GL2=11.409KN。

59m以内立杆和59m以上立杆活荷载：NQ=5.56KN；

不考虑风荷载时，立杆的轴向压力设计值：

59m以上Nd=1.2NG+1.4NQ=13.999KN；59m以下内立杆Ns=1.2N内GL+1.4NQ=21.475KN；

2.7 立杆的稳定性

59m以上立杆稳定性：σ=141.024小于[f]=205N/mm2，满足要求。

59m以下立杆承受最大载荷的是内立杆，其稳定性：σ=154.63小于[f]=205N/mm2，满足要求。

2.8 最大搭设高度

最大设计搭设高度Hs=153.794m大于93.8m，满足要求。

2.9 连墙件的计算

由于不考虑水平风荷载，连墙件的轴向力无需计算。

2.10 内立杆的地基承载力计算

地基承载力设计值：fg=fgk×Kc=280.000KN/m2；

立杆基础底面的平均压力：p=N/A= 28.33KN/m2；

p=28.33KN/m2

3 脚手架的搭设与拆除

（1）将地面全部用水泥沙浆将原基础承台表面找平并夯实。

（2）放线定位，并沿定位线铺设枕木垫，其上放置12号槽钢。

（3）按照设计图纸安放立杆于槽钢上。立杆全部使用4.5m和6m，错开对接扣件。

（4）安放扫地杆于立杆内侧，扫地杆距槽钢15cm，用水平尺进行水平校准后方能固定扣件；因长度允许，故每一层的横杆均使用整根脚手杆，不得搭接或对接，以最大程度加强稳定性；扣件使用直角扣件，扣件螺栓拧紧，扭力矩介于40～65n·m；固定大横杆和小横杆的直角扣件的中心点的间距不得大于150mm。[2]

（5）安放第二层横杆于立杆内侧，步距为1.43m，用水平尺进行水平校准。所有固定横杆的直角扣件开口方向均朝上，防止搭设过程中横杆脱落而砸伤人员；在第一步设置四道斜撑，通过斜撑、横杆和立杆形成稳定的三角形，并以此确保横杆水平和立杆垂直。需要强调的是，须先加斜撑，再校准立杆垂直度，然后才能固定旋转扣件确保立杆在该平面内的垂直。

（6）按照如上搭设方法，依次向上搭设。

（7）考虑到烟囱不宜留下脚手架孔洞，且为节约工程费用，该脚手架使用预埋钢筋法设置连墙件。该脚手架工程在烟囱内部，可忽略风载荷的作用，因此可以使用预埋钢筋法，间隔为两步两跨，从第一步便开始设置，预埋钢筋由砖缝探出，砖缝间的石灰砂浆可加固钢筋的稳定。该脚手架为四方形，同一层有八个横杆探头与连墙件连接，纵向横向都有连墙件加固，故无需再设置剪刀撑。

（8）依次往上搭设，连墙件与烟囱壁的提升同步设置。脚手架每次搭设超过烟囱壁两步，作业平台与烟囱壁保持同等高度；作业平台中心位置留0.2m×0.2m小孔，作为施工过程中测定筒身中心线的孔洞；偏心位置留出0.9m×0.9m进料输送孔；作业平台上方的两步只先铺设两块脚手板，供临时使用；在作业平台上方第二步设置滑轮杆，滑轮杆与双立杆中的主立杆连接，且必须位于小横杆之上，并用六根斜支撑加固；作业平台、滑轮杆与烟囱壁同步搭设提升。

（9）搭设简图及注意事项：冲压刚脚手板满铺，脚手板长度不足时采用搭接，搭接接头应在0.3～0.6m之间；边缘处缺少有效铺板杆时利用已做好的烟囱壁作为脚手板支撑；准备合适短木板，待灌浆时可根据拆除方案挪动或拆除部分边缘处脚手板，用短木板代替，以避免妨碍灌浆；中心位置留0.2m×0.2m小孔以测定筒身中心线，偏心位置留0.9m×0.9m进料输送孔；制作1.2m×1.2m封洞板，待料桶上到平台后封住洞口。26m以下作业铺设平面图，如图1。

随着烟囱高度提升半径逐渐缩小，脚手架自身高度在26～59m时需缩短部分横杆长度，并撤掉两端的铺板杆，只留下中间两根铺板杆；铺板杆两侧立杆需加设防滑扣件。搭设平面图，如图2。

59m以上高度将作业平台的横杆两端埋入砖砌体中，然后将预埋钢筋直接与砖砌体内的横杆焊接在一起，从而达到减少架体载荷并增加稳定性的目的。本层作业完毕将脚手板和铺板杆上移到上层，大横杆和小横杆继续埋在砖砌体中；因圆心需预留观测孔洞，故横杆AB用直角扣件固定在其下方的小横杆上；除角立杆外的四根主立杆均加设防滑扣件，作业平台拆除后可拆除该层防滑扣件。脚手板两端利用内砌砖作辅助支撑；未能满铺的地方用木板遮盖；随着烟囱半径减小可适当切割脚手板的长度以适应烟囱半径。

（10）烟囱每10m设置一道牛腿圈，当搭设到牛腿圈高度时，将大横杆和小横杆均埋入砼体中，并在牛腿圈上设置一圈向上的斜支撑，既能分担重力载荷，又能加强稳定性。

（11）构件上传时用麻绳提升，人员从烟囱外爬梯上下，不上料时上料孔必须用木板覆盖。

（12）脚手架钢管需有效接地，接地电阻不大于10Ω。

当搭设高度超过30m时需设置闪光频率不低于每分钟20次，不高于每分钟70次的航空障碍指示灯。

（13）连墙件应随脚手架逐层拆除，严禁先将连墙件整层拆除后再拆除脚手架。

拆除顺序遵循先搭后拆，后搭先拆，从上至下依次拆除。

因59m以上单排脚手架的横杆插入到砖砌体内，故每拆除一层便将孔洞补上。

4 结论

烟囱内部脚手架与其它常规脚手架最大的不同点在于随着烟囱半径减小要及时改变脚手架的搭设方法，因此分段设计了作业平台及立杆的搭设方案，并已成功应用。但是，烟囱砼壁不宜留下脚手管孔洞，而且内砌保温砖，因此需要采用预埋连墙件法，定位钢筋位置，保证每根钢筋都是从砖的左右缝隙中伸出来，以便将钢筋与脚手管焊接的同时不影响砖的铺设，同时，在脚手架搭设过程中，只有确保整个作业流程的完整和有序，才能最大程度的减小事故发生的可能性，保证作业安全。

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ130-2011 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB 15831-2006钢管脚手架扣件[S].北京:中国标准出版社,2007