JGJ/T 231—2021建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准修订分析

单位：广联达科技股份有限公司

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摘要：JGJ/T 231-2021《建筑承插式盘式钢管脚手架安全技术标准》，采用Q355替代Q345，立杆稳定系数

但仍沿用Q345的稳定系数。文章通过计算分析稳定性系数

，通过比较得到稳定系数的具体变化，为今后标准的修订提供具体依据。

关键词：承插式盘式钢管脚手架，钢材强度稳定系数

一、Q345钢改为Q355钢的背景和影响

2019年，中国钢铁产量位居全球第一，约占全球钢铁产量的一半。但我国钢结构材料标准GB/T 1591-2008《低合金高强度结构钢》与国际主流标准欧洲标准EN 10025略有不同。最常用的Q345钢材的材料强度略低于欧标S335材料强度。

世界上许多国家都采用了欧洲标准，但国标钢材的国际应用还存在一些障碍。因此，本次标准钢号参数的修改符合“一带一路”建设。国标钢材在国际工程中的应用具有充分的技术标准基础，为国标钢材的国际化铺平了道路。

表1显示了EN 10025-2：第2部分：非合金结构钢的技术交货条件的钢材强度。

力学性能——S235～S500钢种室温拉伸试验性能 表1

因此，GB/T 1591-2018《低合金高强度结构钢》[1]采用屈服强度更高的Q355钢，用Q355钢级代替Q345钢级及相关要求。并根据《冷弯型钢结构技术规范》（征求意见稿）[2]，对原规范GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》[3]进行了修订和统一，根据Q235钢相应稳定系数表（附录B），其他材料采用正则长细比

通过查找表格即可获得。

JGJ/T 231-2021《建筑承插式盘式钢管脚手架安全技术标准》[4]式(5.3.3)中立杆轴压构件的稳定系数

，按其附录C取值，其中附录C.0.2为Q355钢管轴压构件的稳定系数。该值直接依据GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》的冷弯冷弯结构[3]Q345薄壁钢稳定系数

使用。本文研究钢种变化和《冷弯型钢结构技术规范》（征求意见稿）[2]变化对稳定系数的具体影响。

2 轴压构件稳定性理论在钢结构设计中的应用

对于实际的轴压构件来说，既有残余应力，也有初始几何缺陷。另外，由于弯曲轴方向和长细比不同，构件的极限应力也不同。

和屈服强度

比率。鉴于不同工况下轴压构件性能的差异以及不同时期的研究成果，钢结构理论[5]对于此类构件的稳定性计算有以下三种不同的处理方法：

(1) 根据分叉屈曲载荷确定轴压构件的稳定系数。

(2)以截面边缘纤维屈服强度为准则确定轴压构件的稳定系数

(3)根据轴压构件的极限荷载确定轴压构件的稳定系数。

目前国内法规主要采用后两种方式。

第三种是GB 50017-2017《钢结构设计标准》[6]中使用的方法，第二种是GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》中使用的方法[3] ]。

下面介绍第二种方法，即脚手架钢管用冷弯薄壁型钢的计算方法（图1）。

图1 计算图

在计算轴心杆件稳定性时，采用基于佩里公式的柱曲线，将轴心受压杆的稳定性问题简化为偏心受压杆的强度问题来处理，并假设：元件材料为理想的弹塑性体；分量 的变形曲线为半波正弦曲线；元件的初始缺陷被视为

，在

是横截面芯距，

是组件的长度；构件承受载荷后中心截面边缘处的最大压应力纤维达到材料的屈服强度

（即所谓“边缘屈服”）作为其承载能力的极限状态。在此基础上，可以利用Perry公式推导柱平面内的稳定系数。考虑到这样计算出的系数值在大长细比范围内偏高，故将长细比

轴压杆>100需要乘以小于1.0的系数α来减小。

两端铰接的轴压构件的屈曲载荷，即欧拉载荷

。将具有各种约束的轴压构件的屈曲载荷转换为欧拉载荷的通用公式为：

杆件截面上的平均应力称为屈曲应力：

式中：

是横截面积：

是长细比，

是回转半径。

轴压力

和初始弯曲值

，初始偏心率值0.05

在 的共同作用下，计算构件中心截面边缘纤维开始屈服时的载荷（该状态下称为临界载荷），作为稳定性计算的判据。应用该准则时，根据构件的实际受力情况，对于失稳时塑性发展很小的冷弯薄壁钢构件，其临界载荷非常接近极限载荷，计算也比较方便。

当采用构件的平均应力作为边缘纤维屈服准则的临界应力时，稳定系数

基于佩里公式的柱曲线计算公式可表示为：

式中：

从公式中可以看出，轴向压力杆的稳定系数

主要取决于构件的长细比

和初始相对偏心率

。根据我国目前的建设水平、构件质量状况及相关标准，构件的初步缺陷为：

，在

是截面在屈曲方向上的回转半径。所以：

文章认为，采用方管作为典型截面较为合适，相应的理论值与实验值也较为一致。因此，现行规范采用的单柱曲线为

（考虑方管截面圆角的影响），对应的初始相对偏心率为：

当前规范中使用的柱曲线可以得出：

式(2)称为Perry-Robertson公式，也是现行规范中的柱曲线公式。

目前规范采用调整初始相对偏心率的方法，使得基于Perry-Robertson公式计算的柱曲线计算公式中使用的初始相对偏心率

数值如表2所示。

轴压构件初始等效偏心距

表2

20世纪70年代之前，西欧许多国家都采用这种计算方法来确定

价值。我国冷弯薄壁钢结构技术规范TJ 18-75、GBJ 18-87[7]和GB 50018-2002[3]也采用该公式作为稳定系数的表达。

冷弯薄壁型钢由柔性薄板组成。计算柔性薄壁轴压构件的承载力时，需折减其屈曲强度。一种常见的设计方法是用有效截面代替元件的全部面积。 GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》[3]轴压构件的稳定性设计公式如下。考虑到板屈曲对构件承载力的影响，式中截面积采用有效截面积：

式中：

为轴压设计值；

为钢材强度设计值；

是构件的有效横截面积。

3、采用Q345和Q355钢种进行比较。

根据长细比，最终计算出轴向受力构件的稳定系数。其中，相对长细比公式，其数值

是屈服强度。由此可见，稳定系数与钢材的屈服强度有关。如果调整钢号，稳定系数肯定会发生相应的变化。

《冷弯型钢结构技术规范》征求意见稿[2]附录B.1轴压构件稳定系数

,按长细比

，规范修订统一采用原规范GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》根据Q235钢对应的稳定系数表（附录B），其他材料（包括Q345）得出采用正则化长细比查找表，并按照GB 50017-2017《钢结构设计标准》

原理是一样的。

我们用Python来检查一下稳定性系数

Python 编程：

# 弹性模量（N/mm2）

# 数据数量

# 长细比

# 稳定性系数

# 等效长细比

# 等效偏心率

# 稳定性系数

# 等效偏心率

因此，Q345和Q355钢均采用。计算得出，《冷弯型钢结构技术规范》（征求意见稿）[2]的稳定系数低于GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》的稳定系数[3]（图2）。

图2 长细比-稳定系数

从图中可以看出，将钢号从Q345改为Q355，如果稳定系数不变，无论从理论上还是在今后的实施草案中都是不合适的。其中，在细长比方面

当 时，两者的差异最大达到8%，超出了一般允许的误差。

4、稳定性系数

和屈服强度

对轴压构件的影响

根据GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》公式[3]

，公式变换为

，所以它被转换成

值的大小（图 3）。

图3

曲线

从长细比就可以看出

≥64时，《冷弯型钢结构技术规范》（征求意见稿）Q355钢

该值小于原规范GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》，可获取。如果按照Q355考虑，现行规范是不安全的，长细比

=102，两者相差最大，达到5.4%。

5、其他调整对稳定性的影响

GB/T 1591-2018《低合金高强度结构钢》[1]采用新钢级Q355，替代旧规格的Q345[8]。湖北工业建筑设计院张忠全[9-10]在制定GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》时，于20世纪80年代初对冷弯薄壁钢结构进行了相关试验并安排三个测试。轴压杆承载力试验、“短柱”压缩试验、标准试件拉伸试验共31组93个试件（表3）。

测试成分表3

16号锰钢和3号钢是我国早期钢种的表达方式[11]，相当于Q235和Q345。目前的规格为Q235和Q355。

GB 50017-2017《钢结构设计标准》[6]和GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》[3]计算的稳定系数采用不同的计算理论。目前，行业专家也在研究如何统一稳定性系数，如果规范有相应修订，各级人员也应关注最新修订情况。

六、结论

现行JGJ/T 231-2021《建筑承插式圆盘式钢管脚手架安全技术标准》[4]附录C.0.2，Q355的轴向稳定系数，直接取GB 50018-2002《冷弯型钢管脚手架》 《薄壁钢结构》《技术规范》[3]中Q345的稳定系数不合适。或根据屈服强度重新确定

值，或使用钢号修正系数

，确定稳定系数

。

目前，GB 50017-2017《钢结构设计标准》和GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》两个规范采用不同的公式计算稳定系数。业界也在推动两者使用相同的公式，但在规范合并之前，一线工程师仍然要按照当前的规范来实现。

（原文发表于《建筑安全》杂志2022年第2期）